Batteriutbyte – på gång i Kina

Då och då dyker det upp nyheter om ’battery swap’, trots att många anser det passé för att ersätta utvecklingen kring snabbladdning. omEV skrev senast om ämnet under 2018 och då med fokus på Indien. Under våren och sommaren har ämnet kommit på tapeten igen och idag försöker vi sammanfatta läget.

Hett intresse i Kina med bibehållna subventioner

Efter att företaget Better Place gått i konkurs där bland annat Renault engagerade sig i ’battery swap’ i Israel, Danmark och USA har intresset svalnat för tekniken på grund av att det inte finns ett ’standardbatteri’. Kanske den största utmaningen för ’battery swap’ är att batteripacken inte är exakt lika hos alla tillverkare: storlek, form, styrning, etc. måste vara identiskt för att det ska fungera mer än för en given tillverkare och/eller bilmodell.

Men i Kina kan detta bli verklighet där myndigheterna vill skapa en industristandard kring ’battery swapping’, enligt en rapport från Bloomberg [1]. Batteribytet ska ta högst tre minuter och ska gälla för alla bilmodeller och batterier. I takt med att Kina minskar subventionerna för elbilar kvarstår subventionerna för bilar som är anpassade för ’battery swap’ och detta oberoende av vad bilen kostar [2,3]. Alldeles nyligen har man från kinesiska myndigheter godkänt säkerhetskraven kring batteribyte [13]. Det är en frivillig nationell standard som jobbats fram tillsammans av BAIC BJEV, Nio och China Automotive Technology & Research Center (CATARC) och som är tänkt att vara en guideline.

Den kinesiska biltillverkaren Nio har sedan länge ett koncept kring batteribyte och har i dagsläget (från maj 2018 till maj 2020) genomfört över 500.000 byten vid 131 bytesstationer i 58 städer [4]. Ytterligare 50 stationer ska öppna under 2020 för de 38.900 fordon som Nio totalt sålt. Dock är det inte alla Nio-ägare som använder batteriutbyte; knappt 50% har använt möjligheten till att byta batteri. Nios kunder kan även hyra ett större batteripack för längre resor, till en extra kostnad på ca. 10 USD per dag [1]. Tillsammans med celltillverkaren CATL skapar nu NIO ett initiativ kring Battery-as-a-Service (BaaS) där man köper bilen och leasar batteriet [14]. NIO planerar även att ta steget in på den europeiska marknaden [15].

BAIC BluePark, en del av BAIC Group, ska sätta upp närmare 200 batteriutbytesstationer i 15 städer för att serva taxibilar [3].  Förra året sa BAIC att till 2022 skulle de öppnat 3000 batteriutbytesstationer, vilket skulle före en halv miljon elbilar med batteriutbyten. Och även Geely planerar batteriutbytesstationer, dock oklart när [5].

Affärsmodeller och värdekedjor

Hur ekonomiskt lönsamt det blir med batteriutbytesstationer baseras på ett antal beslut: hur många enheter per station (likt antalet pumpar per bensinstation), hur många batterier i stort och hur många batterier ska kunna laddas per station. Det finns säkert fler frågeställningar.

Att frågan väcks har många gånger att göra med bristen på laddinfrastruktur och snabbladdningsstationer, men även som affärsmodell för mikromobilitetslösningar, såsom e-trottinetter och elcyklar.

För personbilar är de största utmaningarna att det är dyrt att installera stationer, utmanande med fordonsdesign som anpassats för batteribyte och acceptansen hos kunderna. För Better Place slutade kostnaden på ca. 2 miljoner USD per station [6], vilket ska jämföras med en snabbladdningsstation med 50 kW DC-laddning är ca. 20 gånger lägre [7]. Tesla gjorde ett försök med ’battery swap’ under 2013 för Model S och 54% av ägarna till en Model S var helt ointresserade [8]. En av anledningarna kan ha varit att det var gratis att snabbladda upp till 80 %, medan det kostade att förboka ett helt uppladdat batteri för ’battery swapping’.

För mikromobilitetslösningar kan lönsamheten vara helt annorlunda än för personbilar. I Indien är marknaden för ’battery swapping’ delad i två olika möjligheter likt tidningsförsäljning: ’prenumeration’ eller ’lösnummer’, och man tror att ’prenumeration’ kommer vara det som kommer växa mest i ett land där infrastrukturen inte är fullt utbyggd [9]. Där andra mikromobilitetslösningar förlitar sig på att företag eller privatpersoner får betalt för att lokalisera, ladda och ställa ut igen kan ’battery swapping’ vara ett led för ökad lönsamhet. För BIRD, som tillhandahåller e-trottinetter i ett antal större städer, stod just kostnaden för denna typ av laddning för 47 % av omsättningen 2018 [10]. ’Battery swapping’ kan då vara intressant ur två aspekter: minskade kostnader för laddning och ökad närvaro av fordonen på gatorna (maximera up-time). Antingen har man team ute som byter batterier och samlar in för laddning, eller så sätter man upp stationer, likt det som görs för personbilar.

Forskningen kring lönsamhet och lokaliseringen av batteribytesstationer

Var man väljer att lokalisera en batteriutbytesstation finns det en hel del forskning kring. Hur flödet av batterier är kring en station är ytterst tidsberoende och så kan även prisbilden vara för både konsumenten och den som står för återladdningen av ett inbytt batteri. Att hitta den optimala strategin när det kommer till hur många batterier som ska finnas i omlopp och hur laddningen ska gå till, men även att balansera antalet fordon som står i kö vid en station.  En studie har med hjälp av olika flödesmodeller funnit att bäst lönsamhet fås när efterfrågan på batterier är högt och elpriset för att ladda är lågt: att ladda till full kapacitet under tider då elpriset är lågt kan reducera både kostnaden för laddning och kostnaden för köbildning. [11]

Andra studier har tagit fram modeller för att förstå var batteriutbytesstationerna bör placeras. Problemet som ska lösas är att samtidigt finna optimal lokalisering av stationerna som bästa rutten för ett större antal kunder tas fram och få till en minimikostnad för alla parter [12]. Att reducera totalkostnaden (även då kostnaden för att bygga själva stationerna) görs om det införs tätare stopp för batteribyte, dvs. att byta batteri innan den tänkta räckvidden nåtts. I studien spelade det ingen roll om fordonens räckvidd var lång utifrån att få ett optimalt flöde av fordon per station. Däremot behövs inte lika många stationer byggas, och därmed lägre totalkostnader, om räckvidden var längre. [13]

Egna kommentarer

Är ’battery swapping’ nödvändigt? Kommer OEM:erna vilja standardisera batteripacken och även fordonsdesignen för att möjliggöra gemensamma batteriutbytesstationer? Eller kommer det bli en station för varje bilmärke? Eller är det så att det som nu sker i Kina kommer bli standard världen över?

I städer, regioner eller länder med undermåliga elnät kanske ’battery swapping’ är en lösning, men även där hemmaladdning inte är en möjlighet (alla bor inte i villa…).

Antar att köbildning vid en batteribytesstation måste hållas nere – tre minuter är i paritet med en tankning av idag, men hur många är det inte idag som är irriterade om det inte finns en ledig pump? Så att kunna förboka ett laddat batteri är nog ett måste.

Att ’battery swapping’ skulle vara mer attraktivt för mikromobilitetslösningar än för personbilar känns spontant rimligt och antagligen lättare för dessa operatörer att hitta gemensamma standarder än för den etablerade personbilsindustrin. Även brukarna av mikromobilitetslösningar kanske kan få olika bonuspoäng eller liknande om de ser till att byta batteri. Men kommer kunderna gilla upplägget?

[1] China Embraces Battery-Swapping System for Electric Vehicles (länk)

[2] China Outlines Cut of EV Subsidies By The End of 2022 (länk)

[3] China embraces battery-swapping system for EVs (länk)

[4] Cumulative Number of NIO Power Battery Swaps Reaches 500,000 (länk)

[5] China’s Geely registers trademark for battery swapping service (länk)

[6] A Broken Place: The Spectacular Failure Of The Startup That Was Going To Change The World (länk)

[7] Estimating electric vehicle charging infrastructure costs across major U.S. metropolitan areas (länk)

[8] Tesla’s battery-swapping plan has a mere shadow of the promise it once showed (länk)

[9] India Electric Vehicle (EV) Battery Swapping Market Report, 2020-2030 (länk)

[10] The Revenue, Costs, And Margins Behind Bird’s Scooters (länk)

[11] Optimal battery purchasing and charging strategy at electric vehicle battery swap stations (länk)

[13] Battery swap station location-routing problem with capacitated electric vehicles (länk)

[12] Solving the battery swap station location-routing problem with capacitated electric vehicles using an AVNS algorithm for vehicle-routing problems with intermediate stops (länk)

[13] China’s first safety standard about EV battery swap approved by national standard authority (länk)

[14] Buy an EV, Lease the Battery? A Chinese Carmaker Is Trying It Out (länk)

[15] EV builder Nio hopes to enter Europe in 2021 (länk)