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LG Chem annuncia batterie al litio da 145 $/kWh: il costo delle batterie al piombo!

5 Ott

LG Chem rivela di aver industrializzato un metodo per produrre batterie a 145 $/kWh! Ma, non contenta, conta di portarlo a 100 $/kWh entro il 2020. E le produrrà pure in Europa.

Attualmente le batterie al litio costano intorno ai 600 $/kWh.
150$/kWh è il prezzo delle batterie al piombo! (che pesano il triplo e durano un quarto del tempo).

Tradotto in unità di misura inusuali:

  • 600 $/kWh –> 90$ per km di autonomia
  • 150 $/kWh –> 22$ per km
  • 100 $/kWh –> 15$

 

Se si trattasse delle stesse batterie attualli, da 100 Wh/kg, per un’auto con 100 km di autonomia la batteria peserebbe 150 kg e costerebbe:

  • 9000$
  • 2250$
  • 1500$

Ma attenzione perchè pare che sia aumentata anche la densità di energia; se è vero che si tratta di batterie litio-zolfo, sarebbe quadruplicata. Quindi una batteria per percorrere 100km non peserebbe 150 kg ma 38 kg!
Solo che a questo punto non avrebbe più senso accontentarsi di 100 km di autonomia; restando nello stesso peso di prima, avremmo quindi un’auto elettrica con batteria da:
2250$, 400km, 150 kg.

Che diventerebbero 1500$,400km,150kg nel 2020.

 

Calcoli basati sull’assunzione che un’auto elettrica consumi 0,150 kWh/km.

  • Prezzo batteria = costo per kWh * autonomia richiesta * consumi
  • Prezzo batteria = Cw * A * Wk
  • consumi = kWh/km

 

  • Peso batteria = Autonomia richiesta * consumi / densità
  • Kg = A * Wk / D
  • densità = kWh/kg

Effetti della temperatura sull’autonomia della Nissan Leaf

7 Mar

Da http://insideevs.com/real-world-nissan-leaf-fleet-data-reveals/?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+InsideEvs+%28Inside+EVs%29

 

Consumi reali Nissan Leaf USA

Consumi reali Nissan Leaf USA

Variazione consumi Nissan Leaf con temperatura

Variazione consumi Nissan Leaf con temperatura

I grafici mostrano i dati reali ricavati da una flotta di Nissan Leaf nel corso di 7000 viaggi.

I grafici confermano quanto già noto: aria condizionata e riscaldamento sottraggono circa il 30% dell’autonomia totale.

Che distanza posso REALMENTE coprire col mio mezzo elettrico

31 Ago

L’ “ansia da autonomia” è il problema più grosso che affligge sia chi è in dubbio se acquistare o no un mezzo elettrico, sia per chi già lo possiede e non sa bene in quali circostanze potrà usarlo.

Foruntatamente esistono un sito e un’app per cellulare che permettono di calcolare automaticamente e visivamente fino a dove si può arrivare con una autonomia di TOT km; la cosa interessante è che non si limitano a disegnare un cerchio centrato sul punto di origine, ma calcolano la “distanza stradale”, piuttosto che la distanza “in linea d’aria”.

Tramite il sito si può ad esempio ottenere questo risultato:

raggio-autonomia-tutte

 

Consideriamo il mezzo elettrico “medio”: uno scooter con batteria al litio da 40 Ah e 50 km di autonomia, e un’auto come la Citroen C-zero, che ha 100 km di autonomia.

Con 50 km di autonomia si può andare dal centro al confine dell’area da 25 km e tornare indietro senza bisogno di ricaricare la batteria, nè dello scooter nè della macchina.

Se ci si vuole spingere fino a 50 km, lo scooter avrà bisogno di una ricarica.

Per raggiungere i 100 km dal centro di Roma, anche un’auto avrà bisogno di fare rifornimento.

Normalmente per calcolare l’autonomia REALE di uno scooter con batteria al litio, a prescindere dalla potenza e peso dello stesso, basta moltiplicare gli Ah della batteria per il “numero magico” 1,2; questo numero risulta da vari calcoli effettuati su scooter con potenze diverse e tensioni di lavoro diverse (48V o 60V), e dà una sorta di “autonomia minima garantita”, ma in certi casi potrebbe essere maggiore, mentre molto difficilmente risulterà inferiore.

Nel caso invece di uno scooter equipaggiato con batteria al piombo, considerando che la resa di una batteria al piombo è il 60% dei dati di targa, anzichè moltiplicare gli Ah per 1,2 bisognerà moltiplicarli per 0,72, o, più facile da ricordare, per “meno di 3/4”; quindi, uno scooter con batteria al piombo da 40 Ah avrà un’automomia minima garantita di meno di 30 km.

Tutto ciò tenendo conto del fatto che non bisogna mai scaricare una batteria oltre l’80% della sua capacità, altrimenti si danneggia: i due numeri magici “1,2” e “3/4” tengono già in considerazione questo fatto.

Nel caso di una minicar non si può fare questa generalizzazione perchè esistono da 48, 72 e 216 Volt; bisogna allora tenere presente che il consumo medio è di 80 Wh/km, e che i Wh totali disponibili sono dati dagli Ah delle batterie moltiplicati per la tensione: una minicar a 48V avrà 4 batterie da 12V; se sono da 100Ah, avrà 4x12x100 = 4800 Wh disponibili; se le batterie sono al litio, bisogna considerare l’80% di questo valore, cioè 0.8*4800 = 3840 Wh; nel caso del piombo bisognerà considerare anche la resa del 60%, quindi i Wh utilizzabili saranno 0.8*0.6*4800 = 2300.

Quindi, nel caso del litio si avrà un’autonomia di 3840/80 = 48 km,

nel caso del piombo 2300/80=29 km.

Il consumo tipico di un’auto è invece intorno ai 150 Wh/km,  e la capienza della batteria tra 15 e 20 kWh (100-130 km)

 

Dati tecnici dettagliati Volkswagen Golf elettrica

30 Mar

Ho trovato un interessante documento contenente dati molto dettagliati sulla Golf elettrica (presi da questa ricerca), difficilmente reperibili in genere per altri mezzi; oltre ai classici Potenza, Coppia ed Energia delle batterie, abbiamo infatti:

  • Energia effettiva delle batterie: 37 kWh
  • Energia utilizzabile delle batterie: 30 kWh

Quindi è impossibile scendere sotto il 20% di SoC (State of Charge), o, detto al contrario, salire oltre l’80% di DoD (Depth of discharge), requisito indispensabile per garantire una durata di migliaia di cicli – piuttosto che centinaia – per le batterie.

Altri dati:

  • Caricabatterie da 6 kW (230V/32A)
  • Tensione batteria: 330V
  • Corrente massima batteria: 460 A

Da questi dati possiamo ricavare gli Ah della batteria (37000/330=112 Ah), e quindi l‘intensità massima di scarica (460A/112Ah = 4C), un p0′ alta (l’ideale sarebbe non superare 1C), ma come è detto è “di picco”, quindi non costante, ma solo alla massima accelerazione. Per procedere a velocità costante di 130 km/h bastano, secondo lo studio,  37 kW; riassumiamo quindi i dati appena calcolati:

  • Capacità batteria: 112 Ah
  • Intensità massima di scarica: 4C
  • Intensità di scarica a 130 km/h:  27kW/81A/0.72C,  37kW/114A/1.01C

La ricerca indica anche la potenza del recupero di energia in frenata, lamentandone la scarsa efficienza rispetto ai 150 kW di potenza del motore:

  • 50 km/h 7.3 kW
  • 80 km/h 11.6 kW
  • 100 km/h 15.0 kW
  • 120 km/h 19.2 kW

In realtà, se si considera la potenza necessaria per muoversi a quelle 4 velocità costanti, non mi sembra ci sia una grande inefficienza:

  • 50 km/h 5.6 kW
  • 80 km/h 11.6 kW
  • 100 km/h 20.63 kW
  • 120 km/h 30.60 kW

Rapporto potenza rigenerazione / potenza a velocità costante:

  • 50 km/h 130%
  • 80 km/h 100%
  • 100 km/h 73%
  • 120 km/h 63%

La percentuale superiore al 100% è facilmente spiegabile col fatto che la decelerazione di una frenata può essere molto più potente di qualsiasi accelerazione (tant’è che in certi casi la potenza di rigenerazione non può essere indirizzata sulle batterie per evitare di danneggiarle), quindi a maggior ragione la potenza prodotta può essere più alta di quella necessaria per muoversi a velocità costante; il fatto che la rigenerazione sia più potente a basse velocità è spiegabile col fatto che le frenate a bassa velocità (in città e in percorsi extraurbani) sono più intense perchè possono essere fatte anche per fermarsi completamente, cosa che invece alle alte velocità succede raramente, perchè ci si limita a usare i freni per rallentare.

Interessante riportare anche l’intensità di ricarica delle batterie dovuta alla frenata rigenerativa:

  • 50 km/h 5.6 kW/17A/0.15C
  • 80 km/h 11.6 kW/35A/0.31C
  • 100 km/h 20.63 kW/63A/0.56C
  • 120 km/h 30.60 kW/93A/0.82C

Da qui vediamo anche che probabilmente la frenata rigenerativa è anche tarata in modo tale da non ricaricare la batteria a più di 1C per evitare di affaticarla ad ogni frenata (anche se è stato dimostrato che le ricariche veloci, in particolare della Nissan Leaf, influiscono pochissimo sulla vita delle batterie).

Questa “ricarica rigenerativa moderata”, insieme alla menzionata “riserva di carica” del 20% e alla scarica costante di 1C a 130 km/h, lascia pensare a una grande longevità delle batterie di quest’auto (forse anche 3 o 4000 cicli, se si tratta di LiFePO4 di ultima generazione); per le altre auto attuali questi valori sono probabilmnte più del doppio perchè in genere le batterie sono da 15-20 kWh invece che 30-40 come in questa.

Invece la potenza necessaria per andare da 0 a quelle velocità dipende dal tempo impiegato, quindi non è direttamente confrontabile, a meno che non si abbiano i dati opposti, di tempo per frenare da quelle velocità fino a zero.

Tornando invece ai dati “classici”:

  • Potenza di picco: 150 kW
  • Coppia: 220 Nm
  • Massa: 1602 kg

Questo ci permette di ottenere altri due parametri, utili per valutare la capacità di accelerazione dell’auto:

  • W/kg = 94 (Rispetto al “minimo sindacale di 40 per le auto e 20 per le minicar)
  • Nm/kg = 0,137 (al momento non ho valori con cui confrontarlo)

Il documento non indica  quale accelerazione 0-100 km/h permettano questi dati, ma sapendo che 20 W/kg bastano per andare da 0 a 50 in 5 secondi (GreenGo Icaro) e 40 bastano per andare da 0 a 100 in 15, dovremmo essere intorno ai 10 secondi, come appunto dichiara la Casa.

Particolarmente insolito è poter conoscere i dati di potenza assorbita dai vari apparati di bordo:

  • Sistemi di base: 300 W
  • Fari: 200 W
  • Riscaldamento: 3000 W
  • Condizionatore: 3600 W

I consumi di energia restano sotto i 120 Wh/km in città (<50 km/h), arrivano a 150 entro velocità di  80 km/h (extraurbano), mentre in autostrada, alla velocità massima di legge di 130 kW/h, sono di 300 Wh/km, e in media sono stimati in 206 Wh/km (e non kWh/km come erroneamente indicato nella ricerca).

La massima autonomia, 310 km, si avrebbe alla velocità costante di 30 km/h, mentre a velocità più comuni di 50 e 90 km/h diventa di 270 e 180. Con il riscaldamento acceso (3000 W), questi valori si riducono, secondo il modello, a 170 km di autonomia massima, che questa volta si ha a 50 km/h, e 140km a 90 all’ora; col condizionatore (3600W) si potrebbero ipotizzare 100-130 km.

  • Autonomia a velocità costante : 180-270 km (140-170 con riscaldamento, 100-130 con condizionatore)

In realtà ovviamente un’auto non viaggia a velocità costante, quindi per calcolare l’autonomia bisogna conoscere i Wh/km consumati in media su un determinato ciclo di test.

Dalle decine di test effettuati e/o simulati risulta che l’autonomia minima possibile nelle peggiori condizioni possibili (basse temperature, riscaldamento acceso, fari accesi, velocità estremamente alte o estremamente basse…)  sarebbe di 45 km, mentre nelle condizioni migliori, a qulunque temperatura e su qualunque ciclo di prova utilizzato e senza riscaldamento/condizionamento, l’autonomia complessiva non supera mai i 200 km, rispetto ai 330 massimi ipotizzati a velocità costante di 30 kmh.

Questo interessante grafico riassume questi dati:

autonomia-golf

(Dalla linea che rappresenta il modello ideale si capisce facilmente perchè per gli scooter elettrici l’autonomia dichiarata sia sempre quella a 30-40 km/h…)

Lo stesso grafico, ma in “situazione pessimistica” (inverno, -5°C, riscaldamento sempre acceso) diventa un po’ “triste”:

autonomia-golf2

 

Preoccupante pensare che le auto elettriche attuali hanno batterie grandi la metà… e quindi, teoricamente, grafici alti la metà di questi, che rendono molto preoccupante l’autonomia di un’auto elettrica attuale con climi molto rigidi: possibile che a New York (ciclo NYCC) un’auto con batteria da 15 kWh d’inverno abbia autonomia di 23 km?!?

Un altro dato interessante che si legge nella ricerca è che la capacità disponibile della batteria varia tra 30 kWh a 20°C e 23-24 kWh a -5°C, quindi il 77%; oltre a questo, come detto, d’inverno bisogna considerare i 3000 W in più consumati costantemente dal riscaldamento.

La ricerca dice che tra situazione-base (fari spenti e riscaldamento spento) i consumi sarebbero di circa 180-210 Wh/km, che salirebbero a 240-260 con fari e riscaldamento accesi; nei due casi si avrebbero quindi autonomie di 143-167 km e 115-125 km, e un’autonomia media, dati i consumi medi di 206 Wh/km, di 145 km.

Va detto che la ricerca stima nel 30% l’efficienza della frenata rigenerativa, mentre a me risulta che i sistemi di rigenerazione abbiano un’efficienza prossima al 100%, ma che al massimo l’energia recuperabile con la decelerazione è del 10-40% (perchè non si può recuperare l’energia dispersa dall’asfalto e dall’aria, che ammonta al 60% in città e addirittura al 90% in autostrada). Nella ricerca non è chiaro se il 30% sia il prodotto dell’efficienza per la percentuale fisicamente recuperabile, o altro.