Konsekvenser av 400 kW laddning personbilar

skrivet av Magnus Karlström 

Nästa steg för snabb laddning av personbilarna är laddinfrastruktur som klarar laddeffekter upp till 350 kW.

Skrev om ett antal nätverk i Europa som syftar till att bygga snabbladdare som klarar 150-350 kW i början av veckan.

I USA har de en debatt också om 400 kW laddeffekt. De kallar de laddarna extreme fast charging eller XFC laddare.

Målet med XFC laddare är att på ca 10 minuter eller mindre ladda 320 kilometer elräckvidd.

Frågan är dock vilka konsekvenser det får för batteri, fordon och infrastruktur med så snabb laddning.

De amerikanska forskningslabarotorierna Argonne National Laboratory, Idaho National Laboratory och National Renewable Energy Laboratory har tillsammans gjort en teknisk analys av konsekvenserna [1].

Hela rapporten finns att läsa här (pdf).

Rapporten innehåller en bra skriven icke-teknisk sammanfattning, men också fyra mer detaljerade studier som också blivit publicerade i Journal of Power Sources. Artiklarna är med i rapporten som bilagor. 

De utvärderar konsekvenser, men gör också en bedömning på vilka forskningsbehoven är.

De anser att det finns ett stort behov att forskning och utvecklingen för att snabba på utvecklingen till att XFC ska kunna användas.

Samlad bedömning är att det finns mycket att ta tag i

Rapporten hävdar att det finns många tekniska luckor och utmaningar för att få XFC att fungera bra.

För att lösa dem krävs mycket samarbete mellan olika sektorer som t ex batteritillverkare, biltillverkare, tillståndsmyndigheter, elbolag, nätägare och laddinfrastrukturstillverkare.

Dyrare celler

En konsekvens som de ser är att cellerna blir dyrare för att kunna hantera 400 kW laddning. De bedömer att kostnaden ökar från ca $103 USD/kWh till 196 USD/kWh i ett framtidsscenario med 100 000 pack/år tillverkning.

Orsaken till dyrare kostnad är att de måste använda tunnare anoder i cellerna som ska klara 400 kW laddning. Tunnare anoder ger lägre kWh/kg, men klarar “lithium plating” bättre.

Se bilaga A för diskussion om kostnader och batterikonsekvenser.

De har också fokuserat på hur kravspecifikationen ändras för det termiska systemet för batteripacket. De anser att det finns behov av forskning och utveckling av lämpliga protokoll för styrning av de termiska systemet för att behålla livslängd.

Se bilaga B för den diskussioen.

Högre spänning i fordonet och cybersäkerhet

Den högre spänning (1000 V) från packet kräver forskning och utveckling i eldrivlinan och kraftelektroniken. 

De bedömer att elmaskiner och kraftelektronik kan behöva utvecklas för att klara XFC körcyklar.

Se Bilaga C för den mer detaljerade diskussionen.

De anser också att cybersäkerheten och interoperabilitet behöver förbättras för att möjliggöra XFC laddning.

Termisk kontroll av laddinfrastruktur är en viktig fråga
För konduktiv laddning är det extra viktigt att utveckla kylning av laddstationen med kabel.

Enligt rapportförfattarna behövs tidigt samarbete mellan många partners för att få XFC att fungera och komma ut snabbare på marknaden.

Egna kommentarer

Lärde mig ganska mycket att läsa bilagorna.

Rapporten var ett snyggt sätt att komma fram till forskningsbehov.

Det var mycket diskussion om värme- och kylsystem.

Ökningen av cellkostnaden verkade vara som en konsekvens av att batteriet enbart laddas med XFC. Jag undrar om det verkligen händer med personbilar?

I bilaga 4 om infrastrukturen, så har de en TCO (Total-cost-of-ownership) beräkning om en personbil enbart laddas med XFC. I deras beräkning blir bränslekostnaden dyrare för en batterielbil per km om den enbart laddas med XFC i jämförelse med bensinkostnad för en vanlig bensinbil i USA.

De använder en hårdvarukostnad på 245 000 USD samt en installationskostnad på 41 000 USD för en XFC station.

Samt utnyttjandegraden av XFC är 12 laddningar/dag i medel samt varje laddsession är på 67 kWh.

Då blir enbart laddinfrakostnaden ca 0,24 USD/kWh för att ha kostnadstäckning (15 års livslängd, ej någon vinst). Det kan jämföras med själva elkostnaden från nätet som är 0,1 USD/kWh. Totalt innebär det alltså att batterielbilsägaren måste betala 0,34 USD/kWh per laddtillfälle.

Jag tycker det låter som en väldigt dyr kostnad för en XFC. Är det någon som har bättre insyn?

Deras beräkning är också väldigt känsligt för antagande om utnyttjandegrad av stationen.

I artikeln har de också med TCO konsekvenser om det finns batterilager och/eller egen kraftproduktion i XFC stationen. Deras slutsats är att inkludera de teknikerna minskar kostnaden för stationerna. Det är en intressant utveckling.

[1] Enabling Fast Charging: A Technology Gap Assessment October 2017. DOE. 2017 oktober. länk