Titelaufnahme

Titel
Analysis of rechargeable energy storages for hybrid electric vehicles / von Friedrich Alfred Födermayr
VerfasserFödermayr, Friedrich Alfred
Begutachter / BegutachterinStepan, Adolf
Erschienen2008
UmfangVIII, 236 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Hybrid / Hybridfahrzeug / HEV / Batterie / Superkondensator / Schwungrad / Energiespeicher / Lithium Ionen / Nickel Metallhydrid / Doppelschichtkondensator
Schlagwörter (EN)hybrid / hybrid vehicle / HEV / battery / supercapacitor / flywheel / energy storage / lithium ion / nickel metal hydride / double layer capacitor
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-24701 Persistent Identifier (URN)
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Analysis of rechargeable energy storages for hybrid electric vehicles [3.62 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Energiespeicher bilden einen wesentlichen Bestandteil eines Hybridfahrzeugsystems. Die Auslegung des gesamten Systems richtet sich nach der Beschaffenheit dieser Speicher. Die vorliegende Arbeit behandelt ausschließlich wiederaufladbare Energiepeicher mit Schwerpunkt auf elektrische Hybridfahrzeuge. Hydraulische Systeme werden kurz angerissen.

Die Arbeit ist im Wesentlichen in drei Teile gegliedert:

Im ersteren Teil wird ein breiter Überblick über verschiedene Energiespeichertechnologien und den derzeitigen Stand der Technik gegeben. Theoretische Grundlagen sowie die Auswahl von Speichern für weitere Beobachtungen werden erläutert.

Im zweiten Teil wird von ca. 250 abgerufenen Webseiten von Batterie-, Superkondensator- und Schwungradherstellern eine Menge von Herstellern zur Aufnahme von deren Datenblättern ausgewählt. In weiterer Folge werden einheitlich definierte Kennzahlen und Ziele vom U.S. Advanced Battery Consortium (USABC) adaptiert und geringfügig abgeändert.

Herstellerdaten werden auf diese Kennzahlen bezogen, wobei vorerst Ungleichheiten betreffend verschiedene Definitionen seitens USABC und den Herstellern eliminiert werden müssen. Als wesentlicher Unterschied fällt die Festlegung über den Lade- bzw. Entladewirkungsgrad auf, der in allen weiteren Schritten berücksichtigt wird, indem USABC Ziele umgerechnet werden.

In der anschließenden Analyse der gewonnenen Daten werden zwei Lithium-Ionen Technologien identifiziert, die den Großteil der an sie gestellten Anforderungen erfüllen bzw. überragen. Schwungräder erfüllen die Anforderungen und Graphit Doppelschicht Kondensatoren erreichen die an sie speziell gerichteten Ziele. Erstere könnten jedoch aufgrund der komplexeren Bauweise und daraus resultierenden höheren Kosten wiederum als ungeeignet gelten.

Im dritten Teil dieser Arbeit wird auf die Selektionsumgebung von Batterieherstellern, insbesondere auf Lithium-Ionen Technologie eingegangen, als auch auf die besondere Stellung der AVL List Group, Auftraggeber dieser Arbeit. Der relevante Markt von Batterien für elektrische Hybrid- als auch Elektrofahrzeuge wird betrachtet und als hochkonzentriert befunden. Weiters ist anzunehmen, dass die aktuell marktbeherrschende Nickel-Metallhydrid-Technologie sukzessive von der Lithium-Ionen Technologie verdrängt wird. Geographisch gesehen dominieren japanische Anbieter den globalen Markt. Bezüglich Kostensenkung werden Materialkosten als hauptsächlicher Kostenverursacher identifiziert. Potential für Skaleneffekte ist hinsichtlich Lithium-Ionen Technologie durchaus bezüglich mehrerer Punkte gegeben. Forschungs- und Entwicklungscluster werden in den Vereinigten Staaten und in Japan eruiert.

Zusammenfassung (Englisch)

An energy storage is a core part of a hybrid vehicle. The design of the entire system has to be adjusted to the performance and the characteristics of the storage. The following work solely deals with rechargeable energy storages and in first line storages are observed concerning the usage in hybrid electric vehicles. Brief excursions are made to hydraulic systems.

This theis is structured into three major parts:

In the first part, a broad overview is given about the state-of-the-art of various storage technologies. Theoretical and fundamental basics are indicated and the focus on which which further discussion is put is explicated.

In the second part, from about 250 different accessed websites of battery-, supercapacitor- or flywheel suppliers, product data was collected from a sample of them. In order to compare data on a common basis, definitions of several characteristics as well as goals are adopted from the U.S. Advanced Battery Consortium (USABC). Some modification of these definitions and goals is necessary. Based on these modified characteristics, data is calculated from the suppliers' datasheets. A major difference regarding data provided by suppliers and goals set by USABC is energy efficiency concerning the charge and discharge of a storage. This discrepancy is assessed to qualify any benchmarking and thus is considered in all further calculations.

In the data analysis, two lithium-ion technologies turn out to meet or even outperform most characteristics. Carbon Electric Double Layer Capacitors meet their respective goals. Flywheels also meet the goals but their usage may be qualified by their complex design and probable high cost.

In the third part, the selection environment of battery manufacturers concerning the Hybrid Electric- and Electric Vehicle battery market and the role of the AVL List Group is observed. The relevant battery market is evaluated as highly concentrated. Lithium-ion technology is assessed to displace Ni-MH technology gradually. Currently (i.e., in 2008), the market is dominated by Japanese suppliers. Furthermore, material cost is identified as the main cost driver. Regarding the manufacturing process of lithium-ion batteries, economies of scale are expected. Most R&D activities are detected in the USA and Japan.