“Ge mig en elbil som kan köra hundra mil på en laddning så ska jag kanske byta.” Så brukar det låta ibland från elbilsskeptiker som inte förstått hur man egentligen kör långresa med elbilar. Nu ska vi inte ge oss in i den diskussionen men vill du verkligen pinka i flaska och köra hundra mil utan att stanna så finns det nu ett batteripack som faktiskt klarar det.
Batteripacket är utvecklat av det amerikanska företaget ONE. Namnet till trots består hemligheten i att blanda två olika slags batterier.
Elbilstillverkare måste kompromissa när de utvecklar batteripack. Batterierna ska ha så hög energitäthet som möjligt men samtidigt både tåla tusentals laddcykler, vara säkra, billiga att tillverka, och kunna laddas och urladdas med hög effekt. Flera av dessa kriterier är dessutom ofta i motsatsförhållande till varandra. Järnfosfatbatterier till exempel är billigare och säkrare än NMC batterier – men har lägre energitäthet och effekt. Att välja rätt slags batterier är avgörande för bilens räckvidd.
Men varför nöja sig med ett slags batterier, tänkte Michigan-företaget ONE som utvecklade ett batteripack med två helt olika batterityper:
Hälften av batteripacket innehåller litiumjärnfosfat (LFP) batterier. Den batteritypen är billig att tillverka, har lång livslängd, hög säkerhet – men dålig energitäthet, endast 441 Wh/L. Andra halvan består av “anodfria” (AF) battericeller som har exceptionell, mer än dubbelt så hög energitäthet (1007 Wh/L) men tål inte lika många laddningar och har sämre uteffekt.
Genom att kombinera dessa battericeller fick ONE ett batteripack som är lämplig både till korta utflykter men även till extrema långturer. Vid kortare rutter, upp till 24 mil används laddningen i LFP cellerna. Dessa celler tål många laddcykler och är lämpade till vardagens korta körningar.
På längre rutter börjar även de anodfria cellerna att användas. De klarar att strömförsörja bilen under många långa mil – men deras klena uteffekt lämpar sig främst för långa körningar i jämn fart. De tål heller inte att laddas lika ofta som LFP batterier.
På så sätt används alltid de mest lämpade batterierna: LFP till dagliga körningar, AF celler till långturer lite då och då. Mellan cellerna finns DC/DC omvandlare som fördelar energin. När LFP cellerna till exempel börjar bli urladdade kan AF cellerna ladda dem lite så att bilen har energi tillgänglig i de mer högpresterande LFP cellerna inför till exempel en omkörning.
Vi satte “anodfri” inom citattecken för att ONE-s AF battericell är anodfri endast vid tillverkningen. Vanliga litiumjon battericeller har en katod som består av en aluminiumfolie bestruken med nickel, mangan och kobolt och en anod av kopparfolie bestruken med grafit. Mellan dem finns en separator och elektrolyt. Genom att litiumjoner förflyttas fram och tillbaka mellan anoden och katoden kan batteriet laddas och urladdas.
Det “anodfria” batteriet har en mycket enklare uppbyggnad. Katodens aluminiumfolie är bestruken med framför allt mangan. Nickelhalten är mycket lägre och kobolt har uteslutits helt. På andra sidan separatorn finns endast en kopparfolie. När batteriet i slutet av tillverkningen laddas och urladdas upprepade gånger pläteras kopparfolien med litium. På så sätt får man en battericell som är enklare och billigare än vanliga NMC batterier men har samtidigt högre energitäthet. Tyvärr dras dock batteritypen även med flera nackdelar: batteriet kan inte avge lika hög effekt som andra batterityper och den är inte heller lika stabil som LFP batterier. AF cellerna kan, i likhet med NMC celler, drabbas av överhettning och i värsta fall även självantändning. På bilden ovan visar ONE hur de monterar de två olika celltyperna omväxlande med varandra så att LFP cellerna kan kyla AF cellerna och minska risken för överhettning.
När ONE år 2021 monterade den första versionen av sitt Gemini batteripack i en Tesla Model S kunde den köra 1 210 km i 90 km/h. Den andra generationens batteripack monterad i en BMW iX elbil blev nu typgodkänd för 98 mil enligt WLTP körcykeln. Sammanlagda kapaciteten på batteripacket ligger på drygt 185 kWh.
Så kommer framtidens elbilar drivas av kombinerade batteripack liknande ONE Gemini? Konceptet har onekligen fördelar – men även nackdelar som ONE inte gärna nämner.
Till att börja med blir batteripacket mer komplext och dyrare med alla DC/DC omvandlare som ska fördela laddningen mellan LFP och AF cellerna. Liknande laddutjämning sker redan i dagens batteripack men i mycket mindre skala, när packet balanseras.
ONE berättar inte riktigt hur pass ostabil deras “anodfria” battericell är. Huvudanledningen till att NMC batterier innehåller kobolt är just för att stabilisera batterikemin och minska risken för termal rusning. Mycket forskning har gjorts för att minska kobolthalten i dagens batterier men att eliminera det helt har ingen riktigt vågat sig på än. (LFP batterier saknar kobolt men av andra anledningar.)
Men värst är nog de få laddcykler AF cellerna klarar. Enligt ONE håller deras Gemini batteripack i över 40 tusen mil – men då räknar de med att LFP batterierna står för 99% av turerna. AF cellerna verkar hålla för enstaka semesterresor per år men verkar inte duga till säg taxibilar.
Så den stora frågan är: kan kunder acceptera en elbil som har 100 mils räckvidd på pappret – men som får köras så långt endast några gånger per år?
