Elbiler skal klare 100 mil med nytt batteridesign

Allerede i 2013 leflet Volvo med tanken på å gjøre batteriene til bestanddeler i elbilenes karosseri. I nyere tid har en videreutvikling av denne ideen for alvor slått rot.

Under Teslas «Battery Day»-arrangement i fjor demonstrerte Tesla-sjef Elon Musk en ny batteriarkitektur konstruert rundt en ny battericelle som sto sentralt i presentasjonene: Den store sylindercellen 4680 (46 mm x 80 mm).

Motor kunne måneden etter fortelle at Elon Musk bekreftet at en ny måte å bygge biler på, med ny batteriteknologi, var under oppseiling. Denne teknologien ville debutere ved den nye fabrikken som bygges nær Berlin.

Integrere batteri og karosseri

Musk var inspirert av flyindustriens nyskaping der flyenes vinger blir bensintanker, fremfor at bensintankene blir plassert inne i vingene. Tesla besluttet også å utvikle en batteripakke som tjener som karosseristruktur ved å binde sammen fronten og bakparten.

I dag arbeider både bilprodusenter og batteriprodusenter globalt med utviklingen av en ny type elbilbatterier som både kan styrke bilenes struktur og føre til nye gjennombrudd i arbeidet for å forbedre rekkevidde, viser en oversikt fra nyhetsbyrået Reuters.

Ingeniørene kaller dette «strukturelle batterier». Det man vil oppnå, er å redusere vekt, samtidig som energieffektiviteten forbedres.

De magiske 1000

Det snakkes om rekkevidde mellom hver lading på rundt 1000 kilometer, det mange i industrien ser som det magiske tallet for at elbilene skal få sitt endelige gjennombrudd. Selv om enkelte – som Audi-sjef Markus Duesmann – ikke er overbevist om at markedet i fremtiden hovedsakelig vil være opptatt av rekkevidde.

Volvo har på sin side har ikke glemt gamle ideer, selv om disse er blitt vesentlig oppdatert. I juni kunne de avsløre et strukturelt batteridesign selskapet er i ferd med å utvikle i samarbeid med den svenske batteriprodusenten Northvolt.

Ifølge svenskene skal også elbiler basert på denne teknologien kunne få rekkevidder på rundt 1000 kilometer i løpet av dette tiåret.

Reuters, i sin oversikt over status for denne teknologien, understreker at strukturelle batterier fortsatt er i sin barndom, og at produsentene ikke har landet på noen standardtilnærming til teknologien.

Kutte ut modulene?

Relativt nylig begynte man å snakke om et konsept kalt cell-to-pack (CTP). Det muliggjør vektbesparelse, ved at man hopper over mellometappen med moduler og i stedet pakker cellene direkte i en batteripakke.

For rundt et år siden begynte et nytt foretak, Our Next Energy (ONE), arbeidet med et slags tvillingbatteri som kombinerer strukturell cell-to-pack-design med en høyenergipakke som kan lade den første – noe som potensielt skal kunne doble rekkevidden.

– Vi vil gjenoppfinne batteriet fullstendig, sier Mujeeb Ijaz, grunnlegger og daglig leder for selskapet, til Reuters i juli.

Han sier at tvillingpakkedesign både er tryggere og mer bærekraftig, fordi det hverken trenger nikkel eller kobolt, to viktige bestanddeler i de fleste av dagens litiumion-batterier.

Både i USA og Kina

Flere store elbilprodusenter er i ferd med å utvikle strukturelle batterier. Det gjelder selvsagt Tesla, men også General Motors (GM) og kinesiske BYD (som leverer både elektriske busser og personbiler blant annet i Norge), og den kinesiske batterigiganten CATL.

– Hvis de har en hjerne, er det måten å gjøre det på. Det sparer store mengder penger, tid og vekt, sier en av industriens mest renommerte konsulenter, Sandy Munro, også til Reuters.
Munro er kjent for å plukke fra hverandre nye biler som kommer på markedet og analysere alle de tekniske aspektene i detalj.

Naturlig nok går utviklingen av batterier som kan styrke bilenes struktur, hånd i hånd med en innsats for å forbedre batterikjemien og for å få ned kostnadene.

General Motors' storsatsing

I GMs tilfelle starter tilnærmingen under utviklingen av det nye Ultium-batteriet, som vi omtalte i fjor da GMs elbilsatsing ble presentert for publikum – og det starter med de minste elementene. Dette er tynne poseceller, som samles i moduler. Disse monteres deretter i store pakker.

Senere i år skal GM lansere den svære elektriske pickup-en og SUV-en Hummer EV, under merket GMC.

Ultium-batteripakkene er installert i bilens chassis, som de bidrar til å styrke.

Ifølge Josh Tavel, GMs sjefsingeniør med ansvar for batterielektriske «trucks» (SUV-er og pickup-er), skal dette gi forbedrede og mer behagelige kjøreegenskaper samt redusere vibrasjoner.

BYD – rimeligere med LFP

Tidligere nevnte BYD (som er både bil- og batteriprodusent), og CATL, i Kina har på sin side utviklet batterier uten moduler. Begge aktørene benytter såkalt LFP-kjemi (litium jernfosfat) på katodesiden.

Det har flere store fordeler: Mineralene er lett tilgjengelige, det er mer av dem og de er billigere. Dessuten er slike celler mindre brannfarlige enn klassiske batterier med nikkel-kobolt-katoder.

Det har også ulemper: Slike celler lagrer mindre energi. Med samme størrelse på batteripakken vil derfor en bil med LFP-batterier få kortere rekkevidde enn en basert på nikkel-kobolt. Man vil derfor måtte installere større og tyngre batterier for å få like lang rekkevidde.

Ved å designe litiumion-batteriene for å forsterke bilens struktur, vil man imidlertid kunne redusere vekten og dermed forskjellen i rekkevidde.

Nylig lanserte BYD sin store elektriske SUV med slik teknologi, BYD Tang, i Norge.

Den nye typen strukturelle batterier Elon Musk viste i september i fjor og som forventes å benyttes først i Model Y, består av hundrevis av de nevnte 4680-sylindercellene av stort format, som er festet til hverandre med strukturlim. De er deretter plassert mellom to metallpaneler som er designet for å integreres med bilens karosseri og chassis, og dermed stive opp bilens struktur.

Til sammenligning bruker tidligere nevnte ONE en rekke prismeformede LFP-battericeller, limt sammen i en metallpakke, som så integreres i bilens chassis med lignende resultat - avstiving av strukturen.

Uenighet

To aktører Reuters snakket med, mener imidlertid at cell-to-pack ikke er noen god idé. Tony Aquila, som leder oppstartsselskapet Canoo Inc, en produsent av originale elektriske kjøretøy, er enige i at strukturelle batterier gir god mening, men bare dersom cellene først er gruppert i moduler.

– Det må være modulært for å kunne repareres, påpeker han.

Daglig leder Daniel Barel i et annet oppstartsselskap, israelske Ree, som utvikler og produserer elbilplattformer, mener også at cellene bør være plassert i moduler for maksimal fleksibilitet.

Barel fastslår bastant:

– Hvis du ikke bygger modulene direkte inn i chassiset, gir det ingen mening.

Elbil-andelen vokser rekordfort:

Må alle være med på elbil-revolusjonen?