Nyheten om kinesiska biltillverkaren BYD-s nya elbilar Han L och Tang L har spritt sig som löpeld genom media. Elbilar som kan laddas på bara fem minuter! Detaljerna kring hur BYD lyckats med det konststycket har dock varit sparsamma. Alla orkar inte lyssna igenom två timmars presentation på kinesiska.
För att förstå hur BYD lyckades med supersnabb laddning måste vi först börja med att förstå varför det är svårt.
När man snabbladdar batterier överför man mycket energi på kort tid. Laddaren måste generera väldigt stark likström, som överförs till bilens batterier och tas emot och lagras i dem. Varje steg på vägen medför problem – och BYD har löst varje steg var för sig.
Deras Super e-platform innebär nya tekniska lösningar inom många olika områden. Dagens snabbladdare till exempel brukar vara kring 250-350 kW. Det är svårt att öka på den effekten för det skulle innebära att man måste höja på strömstyrkan som laddaren ska leverera – och som ska passera genom laddsladden. Högre strömstyrka kräver tjockare kablar, annars blir kablarna överhettade. De första snabbladdarna för elbilar var på 50 kW, de levererade 400 volt och 125 ampere. Ska man höja effekten måste antingen spänning eller strömstyrka ökas. Effekt = spänning * strömstyrka.
Teslas Supercharger laddare har ökat strömstyrkan till 625 ampere, så de kan leverera 250 kW till bilarna. Andra laddoperatörer har istället ökat spänningen till 800 volt, så de kan leverera 350 kW (med 435 A). Båda metoderna har sina för- och nackdelar. Högre strömstyrka kräver tjockare kablar, vilket kan undvikas om man istället höjer spänningen. Men högre spänning kräver omdesign av bilarnas batteripack så de ska klara av ta emot den högre spänningen. 800 V bilar har ofta problem med att ladda på 400 V laddare och vice versa. Tesla har istället infört vattenkylda laddsladdar på sina laddare, som därmed kan göras tunnare trots hög effekt.
BYD’s nya snabbladdare kombinerar alla dessa landvinningar till att ladda med 1 000 volt och 1 000 ampere. Högre spänning medger högre laddeffekt, och tack vare vattenkylning av laddsladdarna kan de även pressa 1 000 ampere genom dem och ändå få hanterbar tjocklek på kabeln. 1 000 volt gånger 1 000 ampere blir 1 000 kW, det vill säga 1 MW. BYD säger att de kommer bygga 4 000 sådana laddare runt om i Kina, men vi har inte hört något om de kommer bli bakåtkompatibla även till andra elbilar eller vilken laddhastighet BYD-s nya elbilar kommer få på gamla 400 och 800 V laddare.
Battericeller i elbilar brukar ha runt 3 volt spänning per cell. För att kunna ta emot högre spänning när man laddar brukar många celler seriekopplas. De enskilda battericellerna i BYD-s elbilar har en nominell spänning på 3,2 V och brukar laddas med något högre spänning så man måste seriekoppla runt 2-300 av dem för att kunna ta emot 1 000 V laddspänning. Varje battericell kan heller inte ta emot full strömstyrka på 1 000 A, men genom att parallellkoppla dem kan flera celler dela på laddströmmen.
Principen för en battericell: litiumjoner simmar fram och tillbaka genom elektrolyten mellan anod och katod. Bilden visar riktningen när batteriet lämnar ifrån sig ström. Separatorn håller isär polerna, de får aldrig komma i kontakt med varandra.
Varför kan man inte blåsa in tusen ampere in i en enda battericell? Jo för att den kemiska reaktionen som sker i batteriet kan inte ske tillräckligt snabbt för att ta emot så mycket ström. I ett urladdat batteri sitter litiumjonerna i katoden (batteriets pluspol). När man laddar batteriet slits litiumjonerna loss från katoden, simmar genom elektrolyten och separatorn mellan polerna och anländer till anoden (minuspolen) där de tar upp en (en enda!) av de miljarders miljarder elektroner snabbladdaren skickar in i batteriet. För att kunna ta emot hög strömstyrka måste miljarders miljarder litiumjoner snabbt ta sig över från katoden till anoden i batteriet.
BYD har utvecklat och förbättrat sina battericeller för att snabbt kunna överföra många litiumjoner från katoden till anoden. De har gjort molekylerna mer lättrörliga, och elektrolyten och separatorn lättare att ta sig igenom. BYD-s Blade battericeller är dessutom enormt större än andra tillverkares. Teslas battericeller är ungefär knytnäves stora. BYD Blade cellerna är en meter(!) långa. Innehåller mycket fler litiumjoner, mycket mer elektrolyt så de har chans att kunna ta emot mycket mer laddeffekt.
Redan de gamla BYD Blade batterierna kunde ta emot runt 200 A laddström per cell, tack vare deras monstruösa storlek. Med förbättrade elektrolyten och separatorn har BYD lyckats få upp laddströmmen de kan ta emot till ofattbara 500 A per cell!
Super e-plattformen innehåller av allt att döma två parallellkopplade batteribanker på runt 200 seriekopplade celler var för att kunna ta emot och “svälja” de tusen ampere och tusen volt laddaren skickar till elbilen. (Teoretiska siffror ej bekräftade av BYD än.)
Men batterierna blir även väldigt varma när de snabbladdas. Både av den kemiska reaktionen som sker inom dem och på grund av de höga strömstyrkorna som leds genom hårstrå-tunna anod och katodfolier. BYD har även här infört tekniska innovationer som ökar på arean strömmen ska passera genom och flera parallella vägar strömmen kan ta. Och de har ökat på batteriernas kylning.
I alla elbilar cirkulerar det vanligt glykolblandat kylvatten i batteripacket som ska leda bort värmen som uppstår när batterierna snabbladdas. I de flesta elbilarna i form av en platta med kylslingor under batterierna, i Tesla kylslangar mellan cellerna.
BYD har dels dubblerat kylningen, med en platta med kylslingor både ovanför och under batteripacket, och dessutom bytt från glykolvatten till samma köldmedel som brukar användas i luftkonditioneringsanläggningar. På så sätt kan batterierna kylas mycket effektivare.
Många har undrat hur dessa enorma strömstyrkor kommer påverka batteriernas livslängd. Visst kan BYD ladda batterierna supersnabbt – men hur länge kommer de hålla?
Batteriladdning brukar mätas i enheten C, som jämför laddeffekt med batterikapacitet. Har du 50 kWh batterier som laddas med 100 kW är laddningen på 2C, dubbelt så snabbt som batteriets nominella kapacitet. De flesta elbilsbatterier brukar kunna snabbladdas med 3C – ta till exempel Tesla Model 3 vars 82 kWh batterier kan laddas med 250 kW. 250/82=3,05 C
BYD uppger att deras Super e-platform kan ladda med 10 C – mer än tre gånger så snabbt som andra system. Kommer batterierna hålla?
Jo, det finns faktiskt goda chanser till det. Dels uppger BYD att deras nya Blade batterier, själva battericellerna, kan laddas med upp till 16C (!). Och dessutom använder cellerna LFP järnfosfat batterikemi, som i sig är tåligare och håller längre än traditionella NMC batterier.
BYD Super e-plattform är därför en spännande, banbrytande elbilsteknologi som introducerar förbättringar i varje steg av laddkedjan, från laddstolpar till battericeller. Resultatet verkar vara den “heliga gralen” som alla elbilsskeptiker efterfrågat: “jag kommer byta till elbilar när man kan ladda dem på fem minuter”.
Vi väntar med spänning(!) på att BYD ska avslöja fler detaljer kring Super e-plattformen. Den avancerade batterikylningen till exempel tyder på att mycket av den inmatade strömmen går till spillo, laddas inte i batterierna utan blir till värme. Hur mycket av den dyra laddströmmen kommer “eldas för kråkorna”? Och vad får bilarna för laddeffekt om de laddas på äldre 400 och 800 volt laddare? Viktiga frågor som säkert snart kommer besvaras.
