Tesla ändrar nästan allt i sitt batteri för Kina

Det har hänt mycket kring Teslas batterier under de senaste veckorna. I början av februari hade någon hackat Tesla och insett att de jobbar på ett batteripack på drygt 110 kWh – en räckvidd på drygt 400 miles (runt 650 km). Ryktet spreds snabbt via Twitter [1]. Dock finns det annat än rykten att analysera kring Teslas batteriplaner. I början av februari steg Teslaaktien med 20 % på en och samma dag – första gången sedan 2013 – på grund av att Panasonic visade på första kvartalsvinsten i USA efter senaste tidens leveransproblem [2].

omEV har försökt att sammanfatta läget kring vad som händer kring batterier på Tesla.

Sammanfattningsvis kan man säga att följande:

• Tesla skippar moduler i sitt pack – går direkt från cell till pack och sparar 15 % i både volym och kostnad
• CATL ska leverera prismatiska celler – en stor utmaning då små cylindriska celler tidigare använts
• LFP-celler ska användas i Kina och kommer sänka kostnaderna för packet uppåt 25 %, men påverkar styrsystemet
• En helt ny battericell är på gång och i april får vi veta mer från Tesla under deras Battery Day

Viken av dessa utmaningar är svårast att ro i land med?

Ny packdesign öppnar dörren för nya celler

Tesla jobbar nu med att ta fram ett helt nytt pack-koncept där cellerna inte ska ingå i moduler innan de sätts ihop till ett pack – Cell-to-pack (CTP). CTP-teknologin ändrar designtänket från ‘cell → modul → pack’ till ‘cell → pack’. Dock ställer det högre krav på cellerna. Det öppnar upp dörren för litium-järnfosfat-celler (LFP) – en Li-jonvariant som är helt koboltfri. Både CATL och BYD har visat upp CTP-designade pack baserat på LFP-celler [3].

Genom att skippa modulerna minskar volymen med 15-20 % [4], energitätheten på packnivå ökar med 10-15 % [4] och kostnaden minska med 15 %, mycket på grund av färre komponenter (upp till 40 % färre) [4,5]. Enligt andra beräkningar skulle kombinationen av en CTP-plattform och LFP-celler minska kostnaderna med närmare 30% jämfört med andra Li-jonkoncept och energitätheten på packet skulle bli i paritet med Teslas nuvarande pack, detta trots den lägre energitätheten på cellnivå för LFP-celler. [6]

I en ny rapport från Cairn Energy Research Advisors ger inblick i detaljer kring kostnaderna för Teslas batterier – kanske de lägsta i branschen? – och var drygt 158 USD/kWh 2019, en minskning på 100 USD på fyra år [7]. Övriga fordonstillverkare har en packkostnad på över 200 USD/kWh, enligt Cairn Energy Research Advisors. Förutom billiga, små cylindriska celler har Tesla ett väl genomarbetat BMS som ger konkurrensfördelar. 

Tesla kommer med allra största sannolikhet att i Kina använda koboltfria Li-jonceller av LFP-typ i och med leveransavtalet med CATL [8]. Enligt Reuter kommer cellerna att bli avsevärt billigare – “double-digit percentage” – jämfört den de celler Tesla än så länge använder [4]. Som vi rapporterat tidigare kommer Tesla även att använda sig av celler från LG Chem för den kinesiska marknaden (MAGNUS: länk till 8/10 2019).

Även om Tesla använder LFP-celler i Kina kommer de inte sluta använda Panasonics celler för övriga världen – celler av NCA-typ. LFP-celler har mest använts i tunga hybridfordon (så som bussar), men används även av BYD. Annars använder alla nästan uteslutande NMC- eller NCA-celler.

Från cylindriska till prismatiska celler – sparar 25 % av kostnaderna

Det är inte bara packdesignen och cellkemin som kommer att vara annorlunda för Tesla i och med samarbetet med CATL. Det blir även ett helt nytt cellformat. Tesla använder cylindriska celler av formatet 18650 och 21700 (dvs. 18 eller 21 mm i diameter och 65 eller 70 mm i höjd). Nu kommer det med allra största sannolikhet bli prismatiska celler som CATL levererar. Från och med juli i år ska CATL börja leverera celler till Tesla, men produktionen av cellerna ska redan starta i maj.

Enligt Benchmark Mineral Intelligence kommer de prismatiska cellerna från CATL att anpassas till batteripacket till Model 3 och att Tesla endast kommer använda cellerna från CATL i standardvarianten av Model 3 i Kina, medan Model 3 med längre räckvidd kommer använda NMC-celler från LG Chem (NCM-811). Vidare beräknar Benchmark Mineral Intelligence att kostnadsbesparingen för Tesla är mer än 25 % för standardvarianten av Model 3 om de använder LFP-celler istället för NCA-cellerna. [9]

Nytt batteri – mer detaljer i april…

Det som känns mest utmanande och spännande kring Tesla och batterier är att de utvecklar ett eget koncept. Projektet kallas Roadrunner och syftar till att ta fram en battericell för massproduktion som ska reducera kostnaden till under 100 USD/kWh [10].

För ett år sedan köpte Tesla supercap-tillverkaren Maxwell [11]. Mycket troligt är att Teslas nya koncept tar tillvara Maxwells kunnande och teknologi. Maxwell har tidigare indikerat 500 Wh/kg år 2027/2028 [10], men frågan är vad i vilken cell och vid vilken effekt. Tesla sägs redan ha testat celler och sätter upp en pilotanläggning i sin batterifabrik för just et nya konceptet. [12]

Nyligen köpte Tesla även Hibar – ett företag som specialiserat sig på produktionsutrustning för celltillverkning [13].

Det har även ryktats om att Tesla kommer tillverka battericeller i Gigafactory 4 i Tyskland och då utan Panasonic [12,14]. Tesla planerar för en Battery Day, troligtvis i april [15]. Då lär vi få veta mer om alla planerna.

Egna kommentarer

Detta är en enorm utmaning då allt Tesla tidigare utvecklat bygger på en annan kemi och ett annat cellformat.

Celler av LFP och NCA olika egenskaper och är definitivt inte ’plug and play’ varianter. Bara en så enkel sak som att urladdningskurvan för de två konceptet än olika torde vara en utmaning rent styrsystemsmässigt. På cellnivå har de olika energitätheter, men även hur materialen är beskaffade får man olika effektegenskaper. LFP behöver göras i nanopartiklar som beläggas med kol för att materialet ska fungera och NCA kan man inte ladda upp helt och hållet (dvs. inte utnyttja allt litium) för då kollapsar kristallstrukturen och man kan inte använda batteriet.

Prismatiska celler beter sig annorlunda än cylindriska och Tesla torde behöva göra en helt ny design av batteripacket – mekaniska, kylsystemet, elektroniken, mjukvara, osv.

En intressant fråga är hur samarbetet med Panasonic kommer att påverkas av att Tesla utvecklar egna celler? Även samarbetet med CATL och LG Chem i Kina torde påverka relationerna.

Ser fram emot april då vi förhoppningsvis får veta mer…

[1] länk

[2] länk

[3] länk

[4] länk

[5] länk

[6] länk

[7] länk

[8] länk

[9] länk

[10] länk

[11] länk

[12] länk

[13] länk

[14] länk

[15] länk