EUCAR sätter ribban för EUs batteriforskning

Olika branschorganisationer försöker påverka beslutsfattare, men även underleverantörer, om vilken riktning branschen är på väg och måste ta för att överleva. Så även inom fordonsindustrin. På den europeiska spelplanen finns ACEA – European Automobile Manufacturers Association (acea.be). ACEA har en forskningsorganisation – EUCAR. Gemensamt diskuterar och föreslår man en samlad bild över forskningsbehoven för branschen och som många gånger får stort genomslag i EUs forskningsprogram.

I dagarna släppte EUCAR en uppdaterad behovsplan kring energilager för elfordon. Dokumentet går att ladda ner här. Dagens nyhetsbrev är en kommenterad sammanfattning.

Bakgrunden till dokumentet

Syftet med EUCARs dokument är att ge fordonsbranschens perspektiv på kravbilden kring batterier för BEV och PHEV. Den version som nu släpptes är en uppdatering och man ämnar årligen att uppdatera dokumentet. Personligen satt jag med, för AB Volvos räkning, i arbetsgruppen som tog fram den första versionen av en samlad och gemensam behovsbild. Redan 2003 bjöd Renault in till en gemensam diskussion kring frågeställningen om vi tillsammans inom EUCAR kunde enas om en gemensam cell – kunde vi enas om en och samma cell-kapacitet? Då gällde frågan HEV och svaret blev givetvis ’nej’. Men tankarna levde vidare att vi borde kunna få till någon form av behovsbild så att cell- och batteritillverkarna skulle få en bättre bild av vad som behövdes göras och att vi som fordonstillverkare skulle kunna få bättre och billigare celler/batterier.

Baserat på state-of-the-art för olika teknologier började vi rita diagram: energi vs. Effekt, SOC-intervall, osv, allt utan att röja egna ’vassa’ krav. 2003 fanns det inte många helelektriska fordon och det gjorde saken lättare för att kunna prata mer öppet. Likaså var det mest NiMH-batterier på tapeten då Li-jonbatterierna inte slagit igenom. Resultatet blev utmanande men realistiska och nåbara mål, och där målen definierades tex. för givna tidsintervall. Första EUCAR-interna versionen där även BEV och PHEV fanns med kom 2008. Iden versionen fanns även konkreta forskningsbehov – tex. nickel-rika NMC-katoder, något som nu är verklighet.

Typfordon i åtanke

Det är omöjligt att ha en och samma kravbild för alla typer av fordon; från små lätta till stora tunga. Därför har man valt ut några typfordon: för BEV är det två personbilar med 400 km respektive >600 km räckvidd och ett kommersiellt fordon (ingen körsträcka angiven). För PHEV är det en elektrisk körsträcka på ca 100 km för en personbil, 70 km för en distributionslastbil och 150 km för en långtradare. Varför distributionsbilen har kortast räckvidd framgår inte (red. anm.).

I dokumentet ger man övergripande krav på energiinnehåll, effektnivåer och förväntningar på livslängd, men på sikt även kommer även andra aspekter såsom hållbarhet, återvinning och återanvändning att inkluderas. Tanken är även att kraven ska vara teknikneutrala, dvs. man förespråkar inte någon specifik batterikemi eller celldesign. Därför är de intressantaste kraven på packnivå, även om kraven på cellnivå är de mest detaljerade.

Kraven är utmanande

Förutom att batteripacket ska klara att leverera energi och effekt så finns krav på hur stor del av vikten och volymen av ett pack som ska utgöras av celler: 80% av vikten och 75% av volymen. För jämförelse så innehåller ett batteri till Tesla Model S 52 vikt% celler… (red. anm.)

Cellerna får inte kosta mer än 70 €/kWh för en BEV och 100-120 €/kWh för en PHEV. Ett pack får kosta 15-20% mer. Energiinnehållet i cellerna och cellernas effektprestanda kommer nog vara det som är mest avgörande för vilka batterikoncept som kan vara av intresse. För energiinnehållet är målet 2030 450 Wh/kg och 1000 Wh/L. State of the art är 250 respektive 500, enligt EUCAR. Liknande krav finns för PHEV.

Givetvis har man även satt krav på säkerheten – EUCAR Hazard level 4: batteriet får inte utveckla brand (eller flammor), brista eller explodera, men att mer än hälften av elektrolyten kan lämna cellen.

Alla krav ska uppfyllas samtidigt – solid-state och Li-luft har svårt att kvala in

Kravlistorna belyser relevanta och typiska egenskaper för celler och pack för att de ska vara av intresse för fordonsindustrin. För varje krav finns en förklaring under vilka förhållanden som data tas fram och varför kravet är av relevans. Till mångt och mycket har kraven från fordonsindustrin anpassats till att matcha sättet cell- och batteritillverkare presenterar sina data.

Man vill vara öppen för framtida teknologier då det är långsiktiga mål som man är ute efter. Om en teknologi är intressant på cellnivå så är det inte intressant om det inte samtidigt är intressant på packnivå. Det kan till exempel krävas extra kringutrustning så att det blir för lågt energiinnehåll på packnivå. Man lyfter fram två exempel på detta: solid-state och Li-luft. För solid-state behövs extra utrustning såsom värmesystem (oftast behövs solid-state-batterier värmas till 60-80 °C, red. anm), vilket gör att intresset är lägre. Li-luft är egentligen en felbenämning då det krävs rent syre för att cellerna ska fungera. Speciella syrgastankar måste då räknas med och batteripacket blir då knappast av intresse, inte ens jämfört med dagens Li-jonbatterier.

I dokumentet framgår det dock att undantag kan vara nödvändiga för att möjliggöra elektrifiering av en viss fordonstyp. Till exempel kan vissa batteriteknologier eller kemier inte vara av intresse för personbilar, men kan vara mer lämpade för tyngre fordon, eller specialfordon så som arbetsmaskiner, och att det är totalkostnaden för transportarbetet som då måste beaktas. Som exempel lyfts i dokumentet LTO-celler (Li-jonbatteri med en anod som utgörs av litium-titanat istället för grafit). Dessa celler har lägre energitäthet än andra Li-jonkemier, men har klart attraktiva effektegenskaper.

Egna kommentarer   

Personligen gillar jag att dokumentet lever vidare och att man tagit ytterligare steg i att definiera upp kraven. Givetvis är detta inte den kravbild alla enskilda OEM:er ställer till sina underleverantörer då det ska tas fram ett batteripack till ett givet fordon för en given användning. Men dokumentet ger en fingervisning kring vad som behöver göras. Forskare runt om bör sätta sig in i hur deras batterikemi/-koncept ter sig på både cell- och packnivå för att fordonsindustrin ska vara intresserade. Så batterikoncept som inte ens är i närheten av kraven göre sig icke besvär…

Ps. jag skulle inte bli förvånad om många av dessa krav dyker upp i nästa forskningsutlysning från EU…