Dansk forskning: Understøttelse af elnettet slider langt mindre på elbilbatterier end tidens gang

Ladebil
Illustration: Andreas Thingvad. Se større version
DTU-forskere har over fem år fulgt kapaciteten i elbiler, der bruges til regulering af elnettets frekvens, såkaldt Vehicle-to-Grid (V2G). Konklusionen er klar: Det slider mere på batteriet at tiden går, end de mange små op- og afladninger.
25. august 2021 kl. 05:30
errorÆldre end 30 dage

Hvad nu hvis batteriet i din elbil i fremtiden kunne stå og tjene lidt penge til husholdningen, når du ikke lige kørte i den?

I en verden, hvor elnettet får tilført mere og mere sol- og vindkraft, er der nemlig brug for en buffer der kan sikre balance mellem forbrug og produktion af el og dermed holde frekvensen stabil på 50 Hz. Det er en opgave som kraftværkerne normalt tager sig af.

Men et moderne lithiumion-batteri, som det der sidder i en elbil er også velegnet til opgaven. Teknikken kaldes for Vehicle-to-Grid (V2G) og helt konkret sker det ved at batteriet lynhurtigt op- og aflades når det får et digitalt signal.

Ejeren af elbiler vil altså kunne tjene det samme som et kraftværk ville have gjort for at stå til rådighed på markedet for frekvensregulering.

Men frygten for bilejerne har været, at alle disse op- og afladninger ville betyde, at batteriets kapacitet, og dermed evne til at lagre kWh, blev reduceret – eller populært sagt, at batteriet bliver “slidt” og bilen mister værdi.

Nu har forskning fra DTU, som netop er blevet offentliggjort i et ph.d-projekt, fået sat tal på, hvor meget V2G egentlig betyder for batteriet.

Fem års test på Frederiksberg

Projektet har kørt over fem år og er dermed det første i verden, som bruger konkrete data fra dagligdagen over så lang en periode. Det forklarer Andreas Thingvad, der er manden bag ph.d-projektet:

»Vi ved, at lithiumion-batterier i udgangspunktet er en ustabil konstruktion og altid vil tabe kapacitet over tid. Det gælder især, hvis batteriet konstant er fuldt opladet. Det nye er, at vi kan vise, hvor meget kapacitet elbiler, der har lavet intens V2G i årevis, har tabt,« fortæller han.

Helt konkret har forskerne undersøgt en mindre flåde på 10 elbiler, som tilhører Frederiksberg Forsyning. Der er tale om Nissans lille varevogn e-NV200 med et batteri på 24,2 kWh brutto (23 kWh netto). Bilerne er udstyret med det japanske CHAdeMO-opladerstik, hvilket betyder, at den også kan lade med jævnstrøm, hvilket betyder, at modellen uden problemer kan bruges til V2G.

Artiklen fortsætter under illustrationen.

Lader
Op- og afladninger ses som den blå linje. Effekten skifter mellem cirka plus og minus 5 kW (venstre akse). I løbet af de 24 timer der vises på grafen, er der kørt omkring 75 kWh igennem batteriet. På højre akse ses den reelle (rød) og ideelle (gul) State-of-Charge (SOC). Forskellen mellem de to viser hvor meget energi (kWh) der er gået tabt i konverteringen mellem AC og DC i den aktuelle periode. Illustration: Andreas Thingvad. Se større version

Bilerne har altså været brugt af Frederiksberg Forsyning til almindelige driftsopgaver og dagligt kørt omkring 5-7 km (Frederiksberg kommune er som bekendt ikke særlig stor rent geografisk). Når Frederiksberg Forsyning om eftermiddagen har lukket for service, er bilerne kommet hjem til garagen, og fået opladerstikket sat i. Herefter er de meldt klar til at deltage i frekvensreguleringen (også kaldet FCR-N):

»Bilerne har i gennemsnit leveret FCR-N i 15 timer om dagen og vi kan se, at den ekstra brug af batteriet energimæssigt svarer til, at bilen havde køre yderligere cirka 100 km om dagen,« siger Andreas Thingvad, der gennem projektet har samarbejdet tæt med Nissan Research Center i Oppama lidt syd for Tokyo. Her fik han også mulighed for at sammenligne resultaterne fra Frederiksberg med de bedste modeller for degeneration af batterier.

Batteriet forringes med 5 procent

Resultater fra projektet viser, at når elbiler, som dem der er testet, bliver brugt til V2G, så forringes batteriets kapacitet. Samlet set er batteriernes målte kapacitet på de første to år af testperioden gået fra 23 kWh til lidt under 20,7 kWh i gennemsnit og efter fem år var den nede på 18,9 kWh i gennemsnit for de ti biler - eller hvad der svarer til en reduktion på mellem 15 og 20 procent for de enkelte biler:

»Vores batterimodel forudsagde at kapaciteten ville falde med 5 procent på grund af slid fra V2G og 10 procent på grund af at batteriet er blevet gammelt. Hvis vi sammenligner den degeneration, som skyldes at batterierne bliver ældre, det vi kalder for “calender ageing”, så synes jeg faktisk ikke, at 5 procent er bekymrende, når man tænker på, hvor meget batteriet er blevet brugt ekstra,« siger Andreas Thingvad.

Hver bil i forsøget har tjent omkring 8000 kroner om året i kapacitetsbetaling fra Energinet.

Artiklen fortsætter under illustrationen.

V2G
10 testbiler. Batteriernes State-of-Health (SOH) viser i forhold til hvor mange år de har deltaget i V2G. Første måling er efter 2,5 år og her er kapaciteten (kWh) faldet med cirka 10 procent. Efter fem år er kapaciteten faldet med 15-20 procent. Den lilla linje viser beregningsmodellens forudsigelse for degenereringen. Det ses at virkelighedens batterier er lidt dårligere end forventet af beregningerne. Illustration: Andreas Thingvad. Se større version

Det hører også med til resultaterne, at de undersøgte biler fra Nissan, har et, efter nutidens standard, ret lille batteri. I dag er mange elbiler udstyret med batterier på 58 og 77 kWh, ja nogle har helt op til 100 kWh, og her er beregningsmodellen for slid med V2G, ret simpel: for hvis batteriet er tre gange så stort, altså 69 kWh, så vil de 5 procent slid, også skulle divideres med tre, altså 1,67 procent, mens “calender ageing” stadig er cirka 10 procent:

»Om det er en stor eller lille degenerering på grund af V2G må være op til den enkelte elbilsejer, men der er også være en økonomisk gevinst ved at stille sin bil til rådighed og fortjenesten kan helt klart kompensere for tabet. Faktum er, at bilens batteri “taber” mere ved bare at blive ældre end ved at bruge det aktivt til frekvensregulering,« siger Andreas Thingvad, som også kan fortælle, at Frederiksberg Forsyning under projektperioden har fået gratis strøm til deres elbiler for at stille dem til rådighed for elnettet.

V2G er mest til store flåder

Spørgsmålet er så om det i fremtiden bliver den enkelte elbilsejer, som kommer til at stille sin bil til rådighed for elnettet, når den parkeres hjemme i garagen eller ved ladestanderes i byrummet.

Det er Andreas Thingvad dog usikker på og det skyldes flere faktorer. Blandt andet vil DC ladestandere, der kan håndtere både op- og afladning altid være en stor omkostning selvom de bliver billigere end dem, der har været brugt i projektet, som kostede 60.000 kroner:

»Så det er ret sikkert, at det ikke bliver hjemme i garagen og jeg tror heller ikke på V2G-ladestandere i byrummet, for der vil man jo gerne have ladet sin bil op hurtigt. Men hvis vi ser på større kommercielle flådeejere, der kan investere i ladestandere og har en tilpas stor andel elbiler, som i perioder står stille og lader, så kan det sandsynligvis give en økonomisk gevinst,« siger han.

Men der er også nogle udfordringer, som skal løses. Blandt andet er virkningsgraden for den effektelektronik, der sidder i ladestanderne i dag meget lav - faktisk tabes der lige nu omkring 20 procent af energien i hver retning, hvilket giver en total effektivitet på cirka 64 procent.

Oven i det, er det stadig kun biler med det japanske CHAdeMO-stik (alle Nissans elbiler), som kan bruges til V2G og dem bliver der færre og færre af, da de fleste elbilsproducenter er gået over til den europæiske CCS-standard - også Nissan (se boks). Men Andreas Thingvad understreger, at det i fremtiden kan blive muligt at levere V2G med CCS hvis bilproducenterne beslutter det.

Så indtil videre opfordrer han bare til at have fokus på at op- og aflade batteriet optimalt for at bevare kapaciteten længst muligt. Det vil generelt betyde, at batteriet helst ikke skal aflades fuldstændig, men hellere bruges i området fra 20-80 procent af kapaciteten:

»Hvis man gerne vil passe på sit batteri, så skal man ikke lade bilen stå så længe, opladet til 100 procent. Hvis du kan nøjes med at have det på 70 procent eller først lade det op til 100 procent lige inden du skal køre, så er det langt bedre for levetiden,« siger han.

Opladerstik til elbiler

Alle elbiler kan oplades med AC fra fra nettet ved hjælp af en ensretter inde i bilen. De fleste elbiler kan også oplades med DC, men er er ensretteren er flyttet udenfor bilen og opladningen forbindes direkte til terminalerne på batteriet. Dermed kan bilen oplades med meget højere effekt end hvis laderen i bilen bruges - det bliver ofte kaldt ”hurtigladere”. CHAdeMO var den første DC-ladestandard og stammer fra 2010, hvor en række japanske virksomheder, blandt andet bilproducenterne Nissan, Mitsubishi, Subaru, Toyota og Honda, gik sammen om standarden. I Europa valgte bilproducenterne i stedet at introducere deres egen DC-ladestandard, Combined Charging System (CCS), som næsten alle elbiler solgt i Europa i dag bruger.

Ingen kommentarer endnu.  Start debatten
Debatten
Log ind for at deltage i den videnskabelige debat.