Prosjekt Rapport Zemantic Transnova Prosjekt: Prosjektansvarlig ZEM AS

Transkript

1 Prosjekt Rapport Zemantic Transnova Prosjekt: Prosjektansvarlig ZEM AS Høvik Egil Mollestad CTO ZEM AS ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 1

2 Innledning Zemantic prosjektets overordnede målsetning har vært å bidra til å forlenge levetiden på el-bil batterier og senke kostnadene ved bruk av disse. Både utvikling av en levetidsmodell og berede grunnen for gjenbruk og verdisetting av brukte el-bil batterier ved leasing, salg og gjenbruk i andre anvendelser enn bil har vært sentrale problemstillinger i prosjektet. Prosjektet har vært realisert gjennom flere delmål og denne rapporten beskriver hvor godt man har lykkes innen de enkelte delmålene ved prosjektets avslutning pr. desember Prosjektet har vært gjennomført som et samarbeid mellom DNV og ZEM med ZEM som prosjektleder. Også IFE, RTWH Aachen University, CEA Chambéry, Aspector og Posten Norge har gitt viktige bidrag til prosjektet. Status ved prosjektet avslutning desember Datalogging og lagring Planen var opprinnelig å utstyre en flåte på 50 biler fra 3 5 ulike bilmerker med dataloggere. Det skulle utvikles og tilpasses et program som kunne ta imot kjøre og batteridata fra de forskjellige bilmodellene og som lagret disse i en database. Oppnådd resultat ved prosjektslutt Ulike dataloggere har blitt vurdert og prosjektet valgte å benytte en data logger med trådløs overføring til ZEMs server fra det nederlandske firmaet Sycada ( I utgangspunktet skulle dataloggerne være ferdig programmert for å kunne logge data fra Nissan Leaf og Mitsubishi MiEV/Peugeot Ion/Citroen C-Zero. Dette viste seg ikke å stemme og det har vært nedlagt mye innsats fra ZEMs prosjektmedarbeidere mot Sycada for både å rette opp hardware og software feil. Oppgaven har vist seg vesentlig mer komplisert enn forutsatt. Både for Nissan og Misubishi bilene har det ikke vært mulig å få tilgang til CAN-BUS protokollen fra produsentene, noe som har vært helt nødvendig for å kunne lese ut batteridataene. Det har derfor vært nødvendig med omfattende re-engineering for å skaffe til veie denne informasjonen. Dette har krevd mye ressurser, tatt lang tid og kun vært delvis vellykket, da det ikke har vært mulig å lese ut alle relevante batteridataene. Produsenten av Ford Transit Connect Electric og THINK City har derimot gitt tilgang til CAN-protokollen, så for disse biltypene har det vært vesentlig enklere å sette opp logge utstyret. Databasen som skal ta i mot informasjonen fra loggerne er etablert og installert hos Aspector AS som er ZEM s leverandør av IT-tjenester. Data har blitt overført automatisk fra loggerne til databasen. Resultatet for dataloggingen har blitt: Ford Transit Connect EV Produsenten Azure Dynamics har gitt full tilgang til CAN-BUS protokollen. 20 dataloggere er installert i Posten sine el-biler som benyttes til daglig postdistribusjon. Dataene er validert og loggerne har generert kjøre og batteridata som har blitt lagret i ZEM s database. I forbindelse ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 2

3 med installasjon og oppfølging av loggerne har det vært et nært samarbeid med Postens bilavdeling og Røhne&Selmer som er Postens leverandør og service partner for bilene. Samarbeidet med Posten har fungert svært godt og vi har opplevd stor interesse for prosjektet blant alle hos Posten som vi har vært i kontakt med. I Vedlegg 5 er vist eksempel på en status rapport til Posten. Postens hovedmotivasjon for å benytte El-biler er å redusere utslipp til luft. Jo flere km El-bilene kjører jo større utslippsreduksjoner oppnår man. En viktig lærdom fra rapporten har vært at bilene gjennomgående brukes på kortere ruter og har kapasitet til å betjene til dels vesentlig lengre ruter. Basert på de innsamlede kjøre og batteri dataene vil noen av El-bilene bli overført til lengre ruter. Nissan Leaf Data logger har blitt installert i en Nissan Leaf som eies av Nissan forhandleren i Bærum, Birger N. Haug. Det er etablert et godt samarbeid med Birger N. Haug og vi opplever stor interesse og har også mottatt mye god hjelp. Data som loggeren selv generer (posisjon, distanse, hastighet og klokkeslett) ble overført uten problemer til databasen. Data som loggeren måtte lese fra bilens CAN BUS har det vært svært vanskelig å få tilgang til da Nissan sentralt ikke har vært villig til å gi oss den nødvendige informasjonen for å kunne lese disse dataene. Gjennom omfattende detektivarbeid har vi likevel klart å få tilgang til det meste av de batteridataene vi ønsket. Dette arbeidet har tatt mye tid. Resultatene fra både innsamlede data gjennom dataloggerne og også levetidsdata som Nissan gir bileierne tilgang til, viser at Nissan Leaf batteriet er svært robust under norske forhold. Bilene har vist en stor grad av driftsstabilitet og det er ikke registrert noen form for degradering av batteriet i løpet av testperioden. Vi har utsagn fra Nissan Leaf eiere som etter to år og kjørte km, sier at de ikke har registrert noe reduksjon i rekkevidden fra bilen var ny. Nissan gir nå 8 års batterigaranti og det er all grunn til å tro at batteriene vil holde minst så lenge. Mitsubishi MiEV/Peugeot Ion/Citroen C-Zero Situasjonen for disse bilene (som alle er identiske) har vært tilsvarende som for Nissan Leaf. Produsenten har ikke vært villig til å gi tilgang til CAN-BUS protokollen og vi har vært nødt til å gjøre mye arbeid for å skaffe de nødvendige opplysningene via andre kanaler. Det meste kom på plass, men noen nøkkel parametere lot seg ikke logge. Logger ble installert på en bil som inngikk i Det Norske Veritas bil pool. THINK City I utgangspunktet var det ikke tenkt installert loggere i THINK biler. Da dataloggeren fra Sycada allerede fra et tidligere prosjekt var programmert til å lese data fra THINK bilene, ble 2 loggere installert i biler som har vært brukt i andre ZEM prosjekter. Følgende biler var i utgangspunktet tenkt utstyrt med dataloggere: Biltype Sted Antall Installert Kommentarer biler Peugeot Ion Høvik 5 1 DNV biler administrert av MoveAbout, 1 installasjon ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 3

4 gjennomført Citroen C- Zero Danmark 2 0 MoveAbout Danmark har lagt ned sin virksomhet Nissan Leaf Bærum/Oslo installasjon gjort hos Birger N. Haug i Bærum Ford Transit Connect EV Østfold/Bergens området Loggere installert i alle Postens biler Citroen C- Zero Tyskland/Skandina via 13 0 EON/MoveAbout prosjektet har blitt forsinket og har ennå ikke startet opp Nissan Leaf Tyskland 3 0 EON + diverse andre firmaer THINK City Høvik 0 2 Loggere installert i ZEM firmabiler Et viktig mål med prosjektet har vært å undersøke betydningen av gjentatt hurtigladning på batteriets levetid og generelle helsetilstand. ZEM har utredet en hurtiglade løsning for DNV Eiendom som eier DNVs hovedkontor på Høvik. Ønsket har vært å sette opp en hurtigladestasjon for ansatte og besøkende ved inngangen til garasjehuset til DNV. 3 ulike leverandører har blitt evaluert og tilbud mottatt. Imidlertid har det vist seg tidkrevende å få frem tilstrekkelig strømforsyning til hurtigladeren. Dette ville kreve ombygging av en lokal fordelingstavle, noe som netteieren (Hafslund Energi) ikke vil forplikte seg til å gjennomføre før på slutten av Det har derfor ikke vært mulig å installere hurtiglader hos DNV. Prosjektet har undersøkt effekt av hurtiglading ved bruk av offentlig tilgjengelige hurtigladere i nærområdet. Det finnes en slik både hos ABB på Billingstad og hos Nissan forhandleren på Rud som begge kun ligger få minutters kjøretur unna ZEMs kontorer hos DNV på Høvik. 2. Levetidsmodell Teoretisk arbeid på levetidsmodeller for litium batterier har vært gjennomført både hos DNV og hos RTWH Aachen. Teamet ved Universitetet i Aachen har hatt god fremdrift og har utviklet en komplett levetidsmodell som tar hensyn til alle de viktigste faktorene som påvirker batteriets levetid. Modellen behandler degradering basert både på lastsykling og kalendereffekter. Lade og utladnings profil gis som input sammen med aktuelle temperaturforhold og modellen beregner så forventet degradering og levetid. Gjenbruk av batterier simuleres ved å starte modellen der den stoppet etter å ha simulert den første anvendelsen for så å angi nye lade og utladingsprofiler. Simuleringsverktøyet er ferdig utviklet og levetidsvurderinger er allerede gjennomført. Modellen synes å fungere bra og vil være et særdeles viktig verktøy i det fremtidige arbeidet med å vurdere bruk av batterier i et annenhånds marked, men vil også være svært nyttig for å simulere degradering fra nye anvendelsesområder som f.eks. marine applikasjoner. Simuleringsverktøyet er utviklet i Matlab/Simulink og kan benyttes på alle PCer som har disse programmene installert. Det er laget brukermanual og det teoretiske grunnlaget for modellen er beskrevet i en PowerPoint presentasjon. Begge disse følger i Vedlegg 1 og 2. I Vedlegg 3 er inkludert en rapport som diskuterer gjenbruk av batterier og hvor modellen er benyttet for å beregne degradering av batterier under ulike forutsetninger.. ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 4

5 Modellen er foreløpig kalibret for pose celler og 18x650 celler med Litium NMC (Nikkel Mangan Cobolt) kjemi. Dette er den kjemien som benyttes av Nissan og Mitsubishi. Det er en forholdsvis enkel oppgave (koster ca ) å kalibrere modellen for andre celle kjemier. DNV har i parallell arbeidet med videreutvikling av levetidsmodellen fra NREL (National Renewable Energy Lab). Arbeidet har kommet så langt at en første versjon er etablert. Også denne modellen er utviklet i Matlab/Simulink og inngår nå som et nyttig hjelpemiddel ved analyse av batteri levetid. Modellen har fått navnet «Battery XT». En nærmere beskrivelse følger i Vedlegg 4. Arbeidet med levetidsmodellene vurderes som svært vellykket. 3. Ekspert System En serie møter har blitt gjennomført med DNV Metric Center for å diskutere rapport generatorer som bearbeider de innsamlede dataene og som automatisk generer hensiktsmessige rapporter og struktur for et Ekspert System. Et «Dashboard» for et slik system har blitt etablert. Vedlegg 6 gir en beskrivelse av Ekspert Systemet som spesifisert av DNV Metric Center. 4. State of Energy Module State of Energy (SOE) inngår som en del av levetidsmodellen som Universitetet i Aachen har utviklet. Oppgaven i dette delprosjektet er således dekket under Delprosjekt Integrator software Det er utviklet en smart phone applikasjon som til enhver tid viser bilenes posisjon, batteri status og en del andre relevante data. Applikasjonen er linket til allerede eksisterende applikasjoner som viser ladeplasser for el-biler, plassering av hurtigladere og om ladeplassene er ledige. Etter hvert som el-bil bransjen utvikler ny funksjonalitet vil denne bli linket opp. En forutsetning for å kunne benytte applikasjonen er at bilen har installert en data logger med Sim-kort som overfører posisjons, kjøre og batteri data. Et eksempel på en slik datalogger er Sycada loggeren som er benyttet i dette prosjektet. Økonomi I Vedlegg 6 følger et regneark som summerer opp prosjekt økonomien fra prosjektstart til prosjektavslutning Det har medgått kr i samlede prosjektkostnader som er i tråd med budsjettet. Kostnader for perioden fra prosjektoppstart i januar 2012 til beløper seg til Transnova støtte på 45 % av dette beløpet (kr ) ble utbetalt i ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 5

6 Kostnader for perioden til utgjør Transnova støtte på 45% av dette beløpet ble utbetalt i Gjenstående prosjektmidler, kr har vært brukt i Avsluttende faktura på 45 % av dette beløpet (kr ) vil bli sendt til Transnovas regnskapsavdeling. Oppsummering Utviklingen av levetidsmodellene vurderes å være svært vellykket. Prosjektet har gitt som resultat to avansert levetidsmodeller som er godt dokumentert, testet og validert for de mest aktuelle batterikjemiene. Modellene er unike og vi kjenner ikke til at tilsvarende avanserte modeller eksisterer andre steder med unntak av hos bilprodusenter som har satset på elektriske biler. Bilprodusentene behandler denne typen kunnskap med stor konfidensialitet og deres modeller vil ikke være tilgjengelig for eksterne parter. Logging av batteridata fra biler i felten har vist seg vesentlig mer komplisert enn forventet. Dette skyldes først og fremst at det ikke har vært mulig å få nødvendig informasjon om CAN-BUS protokollen fra de store bilprodusentene. En ytterligere kompliserende faktor har vært at det har vært mye både HW og SW feil med dataloggerne. Disse har blitt rettet opp, men alle problemene har ført til at ZEM har måtte bruke betydelig mer ressurser enn forventet og vi har heller ikke kommet så langt som planlagt. Det er positivt at Postens biler genererer data. Posten har tegnet 5 års leasing kontrakter på bilene og det er ønskelig å fortsette datainnsamlingen med Postens biler slik at vi kan samle inn data over lengre perioder. De øvrige delprosjektene er i det store gjennomført som planlagt. Kostnadsmessig har prosjektet fulgt budsjettet. Det er dog lagt ned en betydelig tilleggs innsats fra DNV Research i utviklingen av batteri levetidsmodellen som er finansiert gjennom interne forskningsmidler i DNV og følgelig ikke er belastet prosjektet. Høvik Egil Mollestad Prosjektleder ZEM AS Vedlegg: 1. ZEM Levetidsmodell - Bruker manual 2. ZEM Levetidsmodell - Teoretisk grunnlag 3. Vurdering knyttet til gjenbruk av batterier basert på bruk av levetidsmodeller 4. DNV/ZEM Levetidsmodell Battery XT 5. Eksempel på rapport til Posten Norge 6. Ekspertsystem for kjøre og batteri data 7. Kostnadsrapport ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 6

7 8. Faktura på Transnova støtte (også sendt i vanlig post) ZEM AS P O Box 307, Veritasveien 9, 1323 Hovik, Norway. Fax Page 7