GM är äntligen med i elbilsracet med modulärt batteri

GM var tidigt ute med att göra elbilar – EV1 kanske är den mest kända som kom redan 1996 och tillverkades i lite drygt tusen exemplar. De första hade bly-syrabatterier, sedan bytte man till NiMH innan man 2003 stoppade tillverkningen. Sedan dess har GM lanserat Chevrolet Bolt, men annars ganska tyst från GM när det kommer till batterielbilar. Under tidigt 2000-tal var det dock bränslecellsbilar som var stort hos GM.

Men nyligen presenterade GM en ny flexible elbilsplattform – Ultimum [1]. omEV har tittat lite närmare på vad som verkare vara unikt.

Plattformen Ultimum presenterade tillsammans med GMs strategi kring elektrifiering och bygger på en modulärt batterisystem som ska passa i princip hela GMs fordonssegment och varumärken (Chevrolet, Cadillac, GMC och Buick).

Plattformen ska göra det möjligt för GM att designa fordon med olika placering av motorn: fram- eller bakhjulsdrift så väl som fyrhjulsdrift, och tillsammans med ett variabelt batterisystem.

Cellerna man tänker använda är större pouch-celler som kan arrangeras vertikalt och horisontellt. Ett batteripack kan sedan innehålla 6, 8, 10 eller 12 moduler och energiinnehållet kan således varieras mellan 50 och 200 kWh [2]. Personbilar har en systemspänning på 400 V, medan tyngre och större fordon har 800 V. Snabbladdning av personbilarna är max 200 kW och 350 kW för de större fordonen.

Varje modul innehåller sin egen BMS, vilket ska underlätta för service men även förbättra återvinning/återanvändning när varje modul kan följas på ett tydligt sätt. Ett pack på 100 kWh innehåller 12 moduler, vilket ger ca. 8,5 kWh per modul [3].

Cellerna är nya – aluminium stabiliserar och reducerar koboltinnehållet

Det har skrivits om att cellerna som GM ska använda har 60 % mer kapacitet (red. anm.: eller menar de energi?) än de celler som idag används i Chevrolet Bolt EV [2]. GM byter även från NMC-kemin (nickel-mangan-kobolt) till NMCA – dvs man lägger även till aluminium i strukturen hos det aktiva materialet. Man säger att man på detta sätt lyckas minska koboltinnehållet med 70 % [2].

NMC, eller rättare sagt Li(NixMnyCoz)O2, är en familj av olika kombinationer beroende på andelen av de olika metallerna. Från början var det lika mycket av varje: NMC111. I takt med att kobolt blivit allt dyrare (och etiskt belastat) så har man försökt att minimera koboltinnehållet. Kombinationer NMC442, NMC622 och NMC811 är vanliga kombinationer. I och med ett ökat nickelinnehåll har även cellerna blivit energirikare, men mer temperaturkänsliga. Ett sätt att stabilisera materialet så att det blir mindre temperaturkänsligt är att införa ytterligare en metall i strukturen – aluminium (NMCA) – är den vanligaste [4]. Dock bör man inte tillsätta allt för mycket aluminium då aluminium inte deltar i den elektrokemiska processen och inte bidrar till kapaciteten och bör inte vara under 5%.

För att benämna detta relativt nya material (NMCA) talar man mer om hur många procent som är Ni i strukturen: t.ex. NMCA89 avser 89% Ni. Det finns studier som visar att det i labskala går att få likvärdig kapacitet från ett NMCA89-material som motsvarande NMC-material med samma Ni-innehåll [4]. En bonus är att materialet verka mer mekaniska stabilt under cykling och torde indikera på en förbättrad cyklingslivslängd.

Prislappen sägs bli attraktiv med plattformen

I december förra året blev det klart att GM och LG Chem startar ett JV för batteriproduktion i Ohio [5]. Den nya NMCA-kemin är utvecklad tillsammans med LG Chem, men patenträttigheterna ägs av GM [2]. Syftet med samarbetet är att sänka kostnaden för battericellerna till under 100 USD/kWh. Och man stänger inte dörren för andra att använda plattformen på licens.

Kombinationen med plattformen Ultimum och den nya batterikemin signalerar att GM är mer rustade för att satsa på elektrifiering. Och det nya elbilar kommer som på ett löpande band från GM. Chevrolet, Cadillac, GMC och Buick lanserar nya fordon under 2020. En ny version av Bolt EV är tänkt att lanseras senare i år och Bolt EUV kommer till sommaren 2021 [6]. En Hummer EV ska presenteras i maj och med produktionsstart hösten 2021 vid GMs nya anläggning för produktionsanläggning dedikerad för elfordon – Detroit-Hamtramck [7,8].

GM hävdar även att deras plattform är skalbar för att möta framtida produktionsvolymer på en miljon fordon världen över till mitten av 2020-talet. Då elfordon är mindre komplexa än konventionella fordon, enligt GM, planerar de för 19 olika batteri- och drivlinekonfigurationer. Detta ska jämföras med ca 550 konfigurationer som de har för konventionella fordon [9].

Egna kommentarer

Utan att veta mer om cellen som GM kommer att använda är siffran 60% helt meningslös. Och ’energy capacity’ står det i referensen. Energi mäts i kWh (eller kWh/kg eller kWh/L) och kapacitet i Ah. Sambandet där emellan är spänningen på cellen. Så det är svårt att mer exakt säga något om cellen, räckvidden eller laddningseffekt.

Att GM indikerat att det är en NMCA-cell man kommer använda betyder det att de har kommit längre än att visa i lab att det fungerar. Troligtvis jobbar andra celleverantörer på liknande material.

Kanske det mest intressanta med nyheterna från GM är att de tänker modulärt för sina batterisystem. Det är tvärt emot vad Tesla gör för den kinesiska marknaden, vilket vi nyligen rapporterade om. Dock har GM ett bredare fordonssegment att förse med batterier så att jobba med moduler låter relevant.

Med en enskild BMU per modul torde kosta… men GM kanske räknar med att ta igen detta med bättre möjlighet för relevant service och att deras batterier och moduler ska bli mer eftertraktade på andrahandsmarknaden i andra applikationer. Så kostsamt initialt kan bli lönsamt i längden.

Kul att GM verkar vara med i elbilsmatchen igen.

Referenser

[1] GM Reveals New Ultium Batteries and a Flexible Global Platform to Rapidly Grow its EV Portfolio (länk)

[2] GM says its new low-cobalt EV battery cell has 60% more capacity (länk)

[3] GM reveals 10 new production EVs all at once, with range up to 400 miles (länk)

[4] Quaternary Layered Ni-Rich NCMA Cathode for Lithium-Ion Batteries, U.-H. Kim, L.-Y. Kuo, P. Kaghazchi, C. S. Yoon and Y.-K. Sun, ACS Energy Lett. 2019, 4, 576−582.

[5] GM, LG Chem to build $2.3 billion electric vehicle battery plant in Ohio (länk)

[6] Chevy Bolt EUV (länk)

[7] A quiet revolution is coming (länk)

[8] G.M. Making Detroit Plant a Hub of Electric and A.V. Efforts (länk)

[9] GM Shares Battery (Ultium) & EV Platform Details During EV Day Event (länk)