Batteribyte i Kina del 1: Erfarenheter från studiebesök

Vi skriver emellanåt om batteribyte [1]. Nio är en av få aktörer i Europa [2]. Men det mesta händer i Kina. Det uppmärksammar vi i två nyhetsbrev. Dagens text beskriver några intryck från en svensk delegation som varit på studiebesök i Kina. I nästa nyhetsbrev ger vi en kort bakgrund, tar upp ytterligare ett studiebesök och några marknadsnyheter.

Svenskar på studiebesök i november

Ett antal svenskar är nyss hemkomna från studiebesök i Kina där de bland annat tittat på batteribytesteknik för lastbilar. Studiebesöket arrangerades av Sweden-China Bridge, ett projekt som finansieras av Trafikverket [3]. Med på resan var forskare och projektledare inom elektromobilitet samt representanter för godsdistributörer och varuägare. Vi har talat med några av dem [4]. Vad fick de se, vad är på gång?

Entreprenadbilar, dragbil och godsdistribution

I staden Hangzhou besöktes en stor byggaktör med verksamhet i ett industriområde. De tillverkar metallbalkar, betongelement och liknade. Färdigproducerade byggelement körs ut till byggen i staden. Batteribytesteknik används både i cementbilarna som levererar råmaterial till tillverkningen och i distributionsbilarna som kör ut färdiga produkter till byggen. Batteribytesstationen ligger intill entrén till byggaktören.

De fick också se ett projekt i Shanghai där dragbilar med containrar körs från djuphamnen till stadens ekonomiska zon (”specialty zone”). Lastbilarna kör autonomt i nivå 4 längs en teststräcka på landsväg. Dragbilarnas batterier byts i speciella utbytesstationer.

I staden Yibin besöktes aktören Zhi Li Wu Lian som bygger batteribytesstationer. Där pågår både tekniktester och kommersiell verksamhet med bytesstationer till entreprenadfordon av typen grusbilar för masstransporter.

Batterier på högkant bakom förarhytten

De flesta studerade projekt har lastbilarnas batterier placerade i en hög modul bakom förarhytten. En robotarm ovanifrån lyfter batterierna åt sidan och ersätter med en modul med fulladdade batterier. Vanligast är batterier på 282 kWh men det förekom två andra storlekar. Bytet ska göras innan laddnivån understiger 20 procent av fulladdat batteri. Ofta görs bytena mellan 30 och 50 procent. Bytet tar ungefär fem minuter.

Dragbil med batterier undertill

Man besökte även ett projekt med dragbilar till trailers. Där är batteriet istället placerat nertill, i lastbilens ram snett nedanför hytten. Batterierna byts med robot underifrån. I detta system tar bytet endast någon minut. Dessa fordon har större batterier, upp till 400 kWh. Lastbilsekipagen som visades i detta projekt är längre än vad som är vanligt inom EU, och de har separata elmotorer vid hjulen istället för en central elmotor.

Litiumfosfatbatterier

Batterierna i de studerade projekten är av typen litium-järnfosfat (LFP). Från kinesisk sida angavs att motivet till batterikemi är att man vill kunna leverera ett attraktivt upplägg med lång räckvidd och därför vill ha batterier som kan laddas maximalt. Enligt dem är denna teknik mindre känslig för att återkommande laddas upp till 100 procent.

I batteribytesstationen laddas med effekter upp till 1 C [5]. Varje utbytbar modul med batteripack har sin egen laddare med en effekt som motsvarar batteriets kapacitet, som i dessa system vanligen är ungefär 300 kW. I de stationer som besöktes fanns vanligen 7 eller 9 batterimoduler. Framdragen effekt för hela stationen uppgick då till antalet moduler x effekt per modul, t.ex. 7 x 300 = 2100 kW.

Uppkopplade bytessystem, kommersiella aktörer

Besökarna fick också stifta bekantskap med digitala plattformar. Alla bytesbatterier är uppkopplade. I centrala kontrollrum följer man var alla batterier befinner sig, deras laddnivå, kemiska status etc. Dessa system drivs av batteriägaren.

Vem som äger bytesstationerna och batterierna varierar. I Kina står bland annat stora energibolag bakom några system.

Fördelar

En fördel som framhölls från kinesisk sida är givetvis att batteribyte går snabbare än snabbladdning.

I en del upplägg framhölls som fördel ett minskat behov av elnätskapacitet eftersom laddningen kan ske mer utspritt i tiden. Detta är dock inte givet, utan beror upplägg. Vid ett studiebesök fick man se en bytesstation där omsättningen av batterier var så hög att alla utbytta batterier under vissa tider på dygnet måste snabbladdas så fort det bara går för att hinna med mängden inkommande bilar. Ändå kunde lastbilar behöva vänta upp till en halvtimme för att få nytt batteri. Under dessa tider på dygnet var alltså effektbehovet lika högt som om man hade snabbladdat samma antal lastbilar samtidigt.

Mindre uppenbart, men av betydelse i trånga miljöer, är att batteribyte kan minska behovet av yta. Laddstationer kräver yta enbart till en kö med lastbilar som byter batteri samt för laddning och lagring av batterierna. Om ett antal lastbilar behöver stå parkerade samtidigt för att snabbladda kräver det större ytor.

Det finns också ekonomiska aspekter för fordonsägaren. I de kinesiska uppläggen köper fordonsägaren lastbilen, leasar batteri och köper el. Det sänker kapitalbehovet avsevärt eftersom batterier är en stor kostnad. Detta framhölls som en fördel. (Leasing av batteri eller fordon är dock möjligt även med andra tekniker och inte principiellt begränsat till batteribyte.)

Batteribyte kan också ha fördelar i entreprenadsektorn. Vid tillfälliga byggplatser kan det vara svårt eller dyrt att få fram tillräcklig elnätkapacitet för att försörja många fordon med laddning på plats. Det kan till exempel vara fallet när man anlägger nya logistikcentra i landsbygd. Om det är dyrt att få fram elnätskapacitet under byggtiden kan batteribyte för vissa entreprenadfordon vara mer fördelaktigt.

Batteribyte kan också medföra effektivitetsvinster i regionala transporter med höga flöden. Det skulle exempelvis kunna vara lättare att dra fram laddström och annan infrastruktur till en eller ett fåtal bytesstationer vid en transportterminal, än att snabbladda varje fordon enskilt vid lastning och lossning. Det kan också vara en fördel att i förväg ladda batterier för transportupplägg där många fordon inkommer och avreser samtidigt.

Nackdelar

Samtidigt såg man flera svårigheter i de kinesiska uppläggen. Standardisering är en sådan. Om batteribyte ska slå brett krävs standarder och stordrift. De system som visades för besökarna är antingen småskaliga eller inriktade på enskilda fordonsmärken. Om bytessystemen ska bli attraktiva för större godsdistributörer som är aktiva i exempelvis hela Sverige krävs många laddstationer, och det bör vara samma lösning i olika delar av landet. Det blir krångligt om fordonsleverantörerna erbjuder separata lösningar. Det finns vissa initiativ för gemensamma lösningar för batteribyten i Kina [4]. Det finns inga färdiga standarder internationellt, men Kina driver på för att ta fram standarder i internationella forum som CEN och SIS [6].

I Kina dominerar batterier bakom lastbilens förarhytt. Det inkräktar på bilens lastvolym. Detta talar för lösningar där batteriet sitter under fordonet, i ramen. Det kan å andra sidan skapa problem att få plats med så pass stora moduler integrerade i fordon undertill på ett säkert sätt.

Logistikaktörer vill kunna teckna långa avtal med sina distributörer. De vill vara säkra på att tekniken är mogen och fungerar innan man kravställer exempelvis batteribyte som ett sätt att få in eldrift i sina transportupplägg. Sådana faktorer gör det mindre attraktivt att testa nya tekniska lösningar i daglig verksamhet, oavsett lösning. Det kan utgöra ett hinder för att introducera bytessystem i logistiksektorn.

 Bild 1: Cementbilar vid bytesstation med batteripack bakom hytten

Bild 2: Entreprenadlastbilar vid bytesstation med batteripack bakom hytten

Bild 3: Dragbil med batteripack undertill

Referenser

[1] Omev juni 2018 https://omev.se/2018/06/12/battery-swapping-a-better-place-for-india/

Omev augusti 2020 https://omev.se/2020/08/31/batteriutbyte-pa-gang-i-kina/

Omev oktober 2021 https://omev.se/2021/10/19/batteribyte-tva-rapporter-om-latta-och-tunga-fordon-i-kina/

Omev mars 2022 https://omev.se/2022/03/03/ger-batteribyte-battre-elsystem-och-lagre-effektbehov-an-billaddning/

Omev maj 2023 https://omev.se/2023/05/10/serie-om-kina-del-4-styrmedel/

[2] Omev februari 2023 https://omev.se/2023/02/01/nios-ankomst-till-europa/

[3] Sweden-China Bridge vid högskolan i Halmstad https://www.hh.se/forskning/var-forskning/forskning-vid-akademin-for-foretagande-innovation-och-hallbarhet/forskningsprojekt-vid-akademin-for-foretagande-innovation-och-hallbarhet/sweden-china-bridge.html

[4] Artikeln bygger på intervjuer med Adam Andersson, försäljningschef Alltransportkoncernen; Arne Nåbo, forskningsledare VTI; Gunnar Ohlin, utredare Lindholmens Science Park (även foton); Jan Wendelin, logistikutvecklare Returpack.

[5] Begreppet anger förhållandet mellan laddeffekt och batterikapacitet. 1 C innebär att man laddar ett batteri med kapaciteten 100 kWh med effekten 100 kW, 2 C betyder att man laddar ett 100 kWh-batteri med effekten 200 kW o.s.v.

[6] Annika Ahlberg Tidblad, Volvo Cars, muntlig kommunikation.