Arkiv / Teknik

Nissans batterisläkte

Creative commons license

Förra veckan blev det offentligt att Nissan kommer med ett nytt batteri till Leaf [1]. 2016 års modell kommer med två batterivarianter – 24 kWh och 30 kWh – 25% längre räckvidd till en extra kostnad på 7%… 50 km extra enl. NEDC: från 200 till 250 km.
För att få ett grepp om läget har vi ägnat oss åt lite släktforskning… Släktforskning grenar lätt ut sig och till slut är alla släkt med alla. Idag försöker vi hålla oss bara till en familj – Nissan… Att följa det mänskliga släktet från generation till generation handlar mycket om födda och dödda. När det gäller batterier blir det lätt att hamna i födelsevikt och energikonsumtion genom livet.
Nissans battericeller verkar hålla för längre räckvidd och bli lättare och lättare, men så ändrar de genuppsättningen och minskar på inaktivt material. Så likheten med mänskligheten försvinner snabbt…
Räckvidden version för version
När Leaf lanserades 2011 sa Nissan att räckvidden var 160 km; 117 km enl. EPA och 175 enl. NEDC. Uppgraderingen 2013 gav marginellt längre räckvidd enl. EPA (121 km) och 200 km enl. NEDC. Stora skillnaden är hur långt man kör per laddning, där EPA inte är lika aggressiva som NEDC [2]
2011 års modell hade en energiförbrukning på 0.21 kWh/km (motsvarar ca. 2,4 L/100 km). 2013 hade man förbättrat denna siffra med 15%. Bilen hade då blivit 80 kg lättare med en integrerad drivlina och förbättrat batteripack [2,3]. Även miljömässigt gjorde Nissan en uppgradering genom att minska de sällsynta jordartsmetallerna i elmaskinens magneter med 40% [3]. I en EV med Li-jonbatteri finns endast sällsynta jordartsmetaller i elmaskinen, inte i batteriet. Batteriet innehåller däremot ofta sällsynta metaller så som kobolt – vilket inte är en sällsynt jordartsmetall…
Olika IT-lösningar har man sagt ska vara till hjälp för att optimera räckvidden. Bland annat kan man för-värma eller för-kyla fordonet utan att använda batteriet [1]. Hur?
Ett helt nytt batteri?
24 kWh fås från ett pack bestående av 192 celler som är fördelade fyra och fyra i 48 moduler. Cellerna tillverkas av Automotive Energy Supply Corp. (AESC); ett JV mellan Nissan, NEC och NEC Energy Devices i Japan – ett JV som hållit i sju år och som troligtvis gör sitt stora genombrott nästa år.
Det som skiljer batteripacket mellan 2011 och 2013 års modeller är att packet har blivit 20 kg lättare, och 2% mindre i volym. Energiinnehållet per cell har även mer än dubblerats. Det 30 kWh-pack man nu lanserar är 21 kg tyngre (samma volym som 24 kWh-varianten) [1]
Vad är det då som skiljer dessa två batterivarianter åt? Nissan säger att de ändrat batteripackets interna design, ändrat cell-layout och ändrat i kemin för att göra 30 kWh-packet [1]. 24 kWh-packet torde vara identiskt med det pack som fanns med när Leaf introducerades 2011 och som förfinades i och med uppgraderingen 2013.
För det nya packet har antalet moduler i packet halverats från 48 till 24, men antalet celler totalt är samma (192). På detta sätt har man lyckats minimera andelen inaktivt material, färre enheter att kontrollera (mindre mängd elektronik) och även gjort packet mer robust.
Vad de gjort rent kemiskt kan vi än bara spekulera om men med största sannolikhet använder de nu samma katodmaterial som bl.a. LG Chem använder – en nickel-mangane-kobolt-oxid (NMC). Och att den cell som nu lanseras är ett test på den cell som kommer i nästa generation.
Batterikemin spelar stor roll
Sedan starten av AESC har man använt ett katodmaterial bestående av en manganoxid (LMO, ofta även kallat spinell). En 13 Ah cell med en energitäthet på 89 Wh/kg var det man hade 2008 [7]. Sedan dess har AESC uppgraderat cellen till 33 Ah och blandat in ytterligare ett aktivt material i katoden – en oxid bestående av nickel, kobolt och aluminium (NCA); samma material som finns i Panasonics celler som tillverkas för Tesla. På detta sätt har man ökat energitätheten till 155 Wh/kg [4].
2010 uttalade sig Dr. Anderman om Nissans val av kemi och cellformat [5]. Han var mycket skeptisk till valet och tyckte att man, för denna kemi, borde valt en prismatisk cell med hårt skal istället för de laminerade (pouch) celler AESC utvecklat. Det var främst hur temperaturstyrning ska kunna fungera optimalt för kombinationen kemi-cellformat som Anderman ställde sig skeptisk till.
AESC har dock sedan starten haft ambitionen att ta fram en helt ny cell. Redan 2009 sa man att en ny cell ska finnas 2015 [6]. Min gissning är att de nu lanserar en batteriplattform för att lätt kunna erbjuda olika celler för olika kunders behov, och att den helt nya cellen kommer i och med Leaf II.
Leaf II
Ryktet säger att Leaf II kommer 2016/2017 med en räckvidd på 400 km [8], ännu inget officiellt från Nissan. Nytt ska vara batteriet, en effektivare motor och mer aluminium i chassit. I januari i år meddelade Nissan att det nya batteriet kommer kunna ge dubbla räckvidden. Och nu i juni sa Nissans VD Carlos Ghosn vid ett aktieägarmöte att inom en femårsperiod kommer vi se en BEV från Nissan med 500 km räckvidd. För att klara detta torde den nya cellen ha en energitäthet på ca 250 Wh/kg, inte helt orimligt men inte helt trivialt.
Egna kommentarer
Om nu Leaf II visas upp i Tokyo i oktober – är det nya 30 kWh- batteripacket ett test på om de nya cellerna håller måttet?
Att nu även Nissan gifter in sig i NMC-släkten är inte helt oväntat. Kommer AESC snart att tas över av LG Chem-klanen? Renault har ju valt LG Chem, kommer även japanerna att inkorporera koreansk teknik?
Personligen är jag nyfiken på hur Nissan gör för att för-värma eller för-kyla bilen utan att använda batteriet. Har du kunskap eller idéer så tipsa oss gärna.
Inte nog med att man kan välja batteri i och med 2016 års modell, nya karossfärger finns också. Brons är en av dessa – anser Nissan sig redan omkörda av både BMW och Tesla i BEV-racet? Kampen om guldet är nog dock inte avgjord än…
[1] 2016 Nissan Leaf Offers 107-Mile Range With 30-kWh Battery; Leaf S Unchanged. Green Car Reports. 10 sep 2015. länk
[2] THE AGE OF ELECTRIC MOTORING BEGINS IN EUROPE -100% electric Nissan LEAF arrives onboard new energy-saving ship-. Nissan. 3 feb 2011. länk
[3] Electric Vehicles. Nissan. länk
[4] Total Battery Consulting at AABC Europe, Mainz, Januari 2015.
[5] Battery guru a skeptic about Leaf, Volt batteries. SAE Article. 27 maj 2010. länk
[6] Report: Nissan On Track with Nickel Manganese Cobalt Li-ion Cell for Deployment in 2015. Green Car Congress. 29 nov 2009. länk
[7] AESC: Lithium-ion Batteries for Nissan-Renault’s Hybrids, PHEVs and EVs. Green Car Congress. 16 maj 2008. länk
[8] Next Nissan LEAF to target 400km. 2015. Motoring. länk