Ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία:Νέα νοοτροπία κινητικότητας ή καλύτερες μπαταρίες;

Οι τεχνολογικές καινοτομίες συχνά οδηγούνται στην αγορά χάρη στον ηδονιστικό τρόπο ζωής των καταναλωτών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η υιοθέτηση ή η προσαρμογή της τεχνολογίας είναι αρκετά γρήγορη και ομαλή. Οι άνθρωποι όχι μόνο είναι πρόθυμοι να πληρώσουν μια ακριβή τιμή για μια νέα γενιά smartphone, αλλά και ουρά νωρίς το πρωί μπροστά στα καταστήματα για να αγοράσουν ένα. Η κατάσταση είναι λίγο διαφορετική για τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία (BEV) ως τεχνολογική καινοτομία στον τομέα των μεταφορών.

Σήμερα, τα BEV κατέχουν αμελητέο μερίδιο (<1%) στην παγκόσμια αγορά επιβατικών αυτοκινήτων, παρά την ευαισθητοποίηση του κοινού σχετικά με τα περιβαλλοντικά οφέλη από την ηλεκτροκίνηση των οδικών μεταφορών. Τα σημερινά BEV προωθούνται από την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου (LIBs) και έτσι έχουν μηδενικές εκπομπές καυσαερίων. Αυτό το μοναδικό σημείο πώλησης, ωστόσο, φαίνεται να είναι πολύ βαρετό από την υψηλή τιμή και το περιορισμένο εύρος οδήγησης σε σύγκριση με τα συμβατικά οχήματα εσωτερικής καύσης (ICV). Είναι οι LIB οι μόνοι που κατηγορούνται για την ασήμαντη διείσδυση των BEV στην αγορά αυτοκινήτων;

Πρόσφατα παρουσιάσαμε έναν τεχνικό δείκτη που είναι το αλγεβρικό γινόμενο της εμβέλειας οδήγησης και της μέγιστης ταχύτητας ενός οχήματος, δηλαδή, Συντελεστής Διάχυσης Κινητικότητας (MDC ). Αυτός ο συντελεστής μας δίνει τη δυνατότητα να αντιπαραθέσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τα BEV με τα ICV από τεχνική άποψη και από άποψη τιμής. MDC είναι απλώς ένα πρόχειρο μέτρο της ισχύος κινητικότητας ενός οχήματος:οχήματα που χαρακτηρίζονται από υψηλότερο MDC μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη απόσταση σε μικρότερο χρόνο με γεμάτο ρεζερβουάρ ή πλήρως φορτισμένη μπαταρία. Ενώ αυτός ο δείκτης συσχετίζεται με τον κινητήρα και το μέγεθος της δεξαμενής ενός ICV, σε ένα BEV, καθορίζεται κυρίως από την ενεργειακή χωρητικότητα του πακέτου μπαταριών που αναφέρεται σε kWh. Για να κατανοήσετε καλύτερα τη σημασία του MDC , ας αναλύσουμε μια ομάδα BEV και ICV από την αγορά επιβατικών αυτοκινήτων το 2016-2017.

Κατασκευάσαμε ένα δείγμα που αποτελείται από 13 ζεύγη BEV/ICV μαζί με τρία μοντέλα BEV από την Tesla (S-60D, S-75D και S-90D). Σε καθένα από τα 13 ζεύγη, οι τεχνικές προδιαγραφές (ταχύτητα, ροπή, αριθμός θέσεων) μοιράζονται στενά μεταξύ του BEV και του ICV και τα δύο οχήματα επιλέγονται από τον ίδιο κατασκευαστή αυτοκινήτων:Smart, Peugeot, Citroen, Chevrolet, Nissan, Volkswagen, Fiat , Renault, Kia και Ford. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι βρίσκουμε μια αξιοπρεπή συσχέτιση μεταξύ του MDC των BEV και το μέγεθος των μπαταριών. Αυτή η συσχέτιση απεικονίζεται με τη βοήθεια ενός χάρτη περιγράμματος στο Εικόνα 1 .

BEV (λευκό κύκλο) και ICV (λευκά τετράγωνα) από το δείγμα μας μαζί με αυτοκίνητα Tesla (λευκά διαμάντια) είναι διάσπαρτα σε αυτόν τον χάρτη περιγράμματος. Το MDC έχει χρωματική κωδικοποίηση σύμφωνα με τη γραμμή χρώματος στη δεξιά πλευρά του σχήματος. Κάθε μαύρη συμπαγής γραμμή αντιστοιχεί σε διαφορετικό μέγεθος της μπαταρίας και μας βοηθά να προσδιορίσουμε το μέγεθος της μπαταρίας για τον επιθυμητό συνδυασμό μέγιστης ταχύτητας και αυτονομίας οδήγησης. Οι ορθογώνιες ζώνες 1 και 2 αντιπροσωπεύουν τα εύρη τεχνικής ικανοποίησης για τα κύρια προγράμματα οδήγησης BEV και προγράμματα οδήγησης ICV, αντίστοιχα.

Αυτές οι δύο ζώνες διακρίνονται από μια σημαντική διαφορά (>80%) στο χαρακτηριστικό τους MDC συντελεστών, που με τη σειρά του αποκαλύπτει μια σαφή αντίθεση στην κουλτούρα κινητικότητας μεταξύ των δύο ομάδων οδηγών. Το Zone1 αντιπροσωπεύει τα οχήματα της επιλογής για τους πραγματικούς περιβαλλοντολόγους, τους ευδιάκριτους καταναλωτές και τους οδηγούς με γνώσεις τεχνολογίας που είναι πρόθυμοι να παραβλέψουν τους περιορισμούς ταχύτητας/εμβέλειας οδήγησης των BEV για άλλους λόγους, δηλαδή για «πρώιμους χρήστες». Το Zone2, από την άλλη πλευρά, χαρακτηρίζει μια ομάδα οδηγών που δεν θέλουν να εγκαταλείψουν κανένα από τα τεχνικά χαρακτηριστικά των ICV καθώς και εκείνους που δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά το premium τιμής ενός BEV, δηλαδή την «καθυστερημένη πλειοψηφία». Η ανάλυσή μας δείχνει ότι η λιανική τιμή ενός BEV, εξαιρουμένων των φόρων πώλησης (BEV_τιμή ), που τροφοδοτείται από την τρέχουσα γενιά πακέτων LIB είναι ανάλογη με το MDC σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:

BEV_τιμή =19700 + 0,462 MDC (Εξ. 1 )

όπου MDC είναι σε km/h και BEV_τιμή σε $. Μπορεί να εμφανιστεί εύκολα, χρησιμοποιώντας την Εξ. 1 , ότι η μέση τιμή ενός BEV για ομάδες πρώιμης υιοθέτησης (ζώνη1) και καθυστερημένης πλειοψηφίας (ζώνη2) είναι ~28$k και 63$k. Αυτές οι τιμές είναι σημαντικά υψηλότερες από τη μέση τιμή των ICV στο δείγμα μας, δηλαδή ~14$k. Σε αντίθεση με την κοινή πεποίθηση, το μερίδιο του πακέτου LIB στην τιμή των BEV είναι ~19% και το υπόλοιπο καλύπτεται από 48% παρεπόμενα έξοδα (π.χ. σασί) και 33% από το ηλεκτρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης (π.χ. ηλεκτροκινητήρα). Από αυτή την άποψη, το πακέτο LIB δεν είναι το κόστος που καθορίζει το στοιχείο ενός BEV και ανέρχεται μόνο σε ~250$/kWh. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε καλύτερα το "κόστος ηλεκτροδότησης" ως μετρητή για την ανταγωνιστικότητα των τιμών των BEV που είναι το κόστος συνόλου του πακέτου LIB, του ηλεκτρικού συστήματος μετάδοσης κίνησης και των περιθωρίων λιανικής. Το κόστος ηλεκτροδότησης ενός BEV μεσαίου μεγέθους είναι επί του παρόντος περίπου 700 $/kWh.

Τώρα, το σημαντικό ερώτημα είναι το εξής:πότε θα είναι η τιμή των BEV στο ίδιο επίπεδο με τα ICV; Οι προβλέψεις τιμών που βασίζονται στο τρέχον ποσοστό τεχνολογικής εκμάθησης των BEV (~9%) υποδηλώνουν ότι η τιμή εξισορρόπησης δεν θα επιτευχθεί πριν από το 2040! Αυτή η κατάσταση, πράγματι, μπορεί να βελτιωθεί εάν συμβούν δύο μεγάλες επαναστάσεις. Πρώτον, πρέπει να τεθούν σε εφαρμογή σημαντικά κίνητρα για BEV ή/και αντικίνητρα για ICV σε παγκόσμια κλίμακα. Δεύτερον, απαιτείται να θεσμοθετηθεί μια νέα κουλτούρα κινητικότητας μεταξύ των οδηγών, η οποία εμπλουτίζεται περισσότερο από την περιβαλλοντική αυτο-λογοδοσία. Εν τω μεταξύ, οι επιστήμονες μπαταριών πρέπει να προσπαθήσουν να αναπτύξουν την επόμενη γενιά μπαταριών πέρα ​​από ιόντα λιθίου, οι οποίες είναι λιγότερο ακριβές, ασφαλέστερες και πιο φιλικές προς το περιβάλλον.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο, Ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία:Κοιτάζοντας πίσω για να προχωρήσουμε μπροστά, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Energy Policy. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον M. Safari από το Institute for Material Research (IMO), το Πανεπιστήμιο Hasselt.