Vad är skillnaden mellan watt och voltampere?

Lotus presenterade en designstudie som fokuserar på en eldriven uthållighetsracer – målet är att den ska kunna tävla på Le Mans och andra banor till säsongen 2030. Bland Lotus E-R9:s planerade innovationer finns en elmotor för varje hjul och flygplansliknande karosseripaneler som kan ändra form efter behov för att ge minimalt luftmotstånd på raksträckorna och maximal downforce i kurvorna.

Av alla de föreslagna funktionerna var det mest märkligt att Lotus-ingenjörerna valde att använda sig av ett batteri som kan bytas ut i heta lägen och som skulle kunna bytas ut av en depåbesättning, med lite mekanisk hjälp, på ett liknande sätt som när bränsle fylls på.

Lotus konceptracer ER-9 Le Mans har rörliga aeroytor och ett helt utbytbart batteripaket.

Under ett Le Mans-tävling stannar en bil för att tanka bränsle ungefär var 45:e minut, cirka 30 gånger totalt. Detta innebär att en bil måste kunna köra cirka 100 mil innan den behöver tanka för att vara konkurrenskraftig. Batteritekniken har dock bara avancerat till den punkt där det är meningsfullt för kortare lopp (ca 45 minuter), som i den nuvarande Formel E-serien. År 2030 räknar Lotus med att problemet kommer att vara löst.

”Batteriernas energitäthet och effekttäthet utvecklas avsevärt år för år. Före 2030 kommer vi att ha batterier med blandad cellkemi som ger det bästa av båda världarna, samt möjligheten att byta ut batterier under depåstopp”, säger Louis Kerr, medlem av utvecklingsteamet för E-R9 och huvudplattformsingenjör för Lotus Evija, en eldriven sportbil i begränsad produktion och den första elbilen som introduceras och tillverkas av företaget.

Tanken att en bil kan utformas med hjälp av batterier som kan bytas ut i heta lägen för att möjliggöra mycket snabbare ”tankning” är inte ny. Faktum är att Elon Musk 2013 visade upp Teslas batteriutbytesteknik på sin Model S. När Tesla öppnade en batteriutbytesstation i Kalifornien, som var beredd att byta ut ett fordons energiceller mot fulladdade i stället för att förlita sig på snabbladdningsstationer, förkastade ägarna dock konceptet med utbytbara batterier. Endast ett litet antal bilar togs in för att byta batterier.

Framgångsrikt byte i Kina

Däremot verkar idén fungera i Kina, världens största elbilsmarknad med 3,1 miljoner elbilar i aktivt bruk. NIO, en börsnoterad biltillverkare som grundades 2014 och är baserad i Shanghai, är framgångsrik med en affärsmodell för batteribyte. Kunderna till det kinesiska märket kan bara köpa fordonet, välja BaaS (Battery as a Service) och välja det bästa batteripaketet för sitt behov: 70 kWh eller det nyare 100-kWh-paketet, till exempel.

Batteribyte ger också möjlighet att biltillverkarna kan sänka den totala kostnaden för en elbil, eftersom konsumenterna inte kommer att äga batteriet – det kommer att leasas tills det byts ut. Batterierna är en av de dyraste delarna av ett elfordon. NIO:s BaaS-abonnemangsmodell frikopplar till exempel batterikostnaderna från inköpspriset för sina fordon. Med BaaS-modellen kan kunderna köpa NIO:s fordon ES8, ES6 eller EC6 utan batteri, hyra batterier med olika kapacitet och betala batteriavgiften månadsvis i enlighet med sina faktiska behov.

Det visas ett NIO-batteri i företagets batteriutbytesstation.

NIO:s program för batterier utan batterier som inte ingår för sitt 70-kWh-batteri kan spara 10 000 dollar på fordonspriset för köparna. För närvarande kostar ett 70-kWh-paket cirka 145 dollar per månad.

Med ett 100-kWh-batteri kan NIO-modellernas räckvidd nu nå upp till 615 km (382 miles). Att köpa en NIO-bil med 100-kWh-batteriet med hjälp av BaaS resulterar i att 128 000 RMB (19 732 dollar) dras av från bilens pris med en abonnemangsavgift för batteriet på 1 480 RMB (228 dollar) per månad.

NIO har lyckats på ett sätt som ingen annan biltillverkare i världen hittills har gjort. Dess batteribyte-tjänst för elbilar i Kina, kallad NIO Power, har överskridit 1,1 miljoner utbyten. NIO har också utökat storleken på sitt nätverk för batteribyte till 158, med planer på att bygga ytterligare 300 under 2021, eftersom biltillverkaren har tecknat flera avtal som syftar till att utöka detta antal ytterligare.

Det finns till exempel ett avtal mellan NIO och State Grid EV Service, en enhet inom Kinas statligt ägda eldistributör, om att bygga 100 stationer i hela Kina, och ett strategiskt samarbetsavtal med en ledande kinesisk möbelåterförsäljare, Red Star Macalline, för att gemensamt bygga laddnings- och batteribyteplatser för elfordon. Enligt det sistnämnda avtalet ska de två parterna tillsammans bygga 60 sådana stationer i år.

NIO byggde sin första station för batteribyte i maj 2018. Varje station har fem platser för utbytbara batterier. Det tar i genomsnitt tre till fem minuter att byta ut urladdade batterier mot fulladdade batterier vid en NIO Power Swap-station. Det är ungefär samma tid som det tar att tanka bensin på en bensinstation.

Det senaste från NIO

På NIO-dagen som hölls i början av januari lanserade företaget sitt 150-kWh-batteripaket och den andra generationens batteribytesstation.

Det nya batteripaketet ökar energitätheten till 360 Wh/kg tack vare en hybridelektrolyt, en oorganisk Si/C-kompositanod och en nanobelagd katod med hög nickelhalt. Detta batteri skulle öka räckvidden för den nya ES8 till 850 km, ES6 till 900 km, EC6 till 910 km och ET7 till mer än 1 000 km.

NIO:s andra generationens batteribytesstation har plats för 13 batterier, vilket gör det möjligt att göra upp till 312 byten per dag. NIO säger att man räknar med att antalet batteribytesstationer i Kina kommer att uppgå till 500 i slutet av 2021. BaaS täcker nu 64 städer i Kina och NIO bygger en ny batteribytesstation i Kina varje vecka.

Bortsett från NIO samarbetar BAIC BJEV, elbilsenheten inom Beijing Automotive Group (BAIC), och State Grid EV, ett statligt kinesiskt elbolag, om batteribytesverksamheten i syfte att gemensamt inrätta 100 batteribytesstationer och betjäna minst 10 000 fordon som drivs med utbytbara batterier före juni 2021.

Regeringens roll

Ett av hindren för ett fullskaligt försök att göra batteribyte utbrett i Kina är att Kinas finansministerium i år har skurit ner subventionerna för elfordon med 20 procent. Denna rabatt kommer nu att minskas till cirka 2 220 dollar. Pekings subventionsstöd har en tidsfrist för utfasning till 2022.

För att säkerställa en säker process för batteribyte har den kinesiska regeringen arbetat med att standardisera tjänster för batteribyte, i syfte att fastställa gemensamma industristandarder för förfarandet. Detta är viktigt eftersom de kinesiska tillverkarna av elfordon som tillhandahåller batteribyte-tjänster, däribland BJEV och NIO, har olika batterimodeller, vilket innebär att elfordonsägare endast kan byta batterier i sitt eget märkes station.

Den tekniska överensstämmelse som krävs för att betjäna flera olika typer av batteridrivna fordon är svår. Det kan dock övervinnas genom att arbeta med något som en taxiflotta där alla taxibilar är likadana.

Som ett resultat av detta förväntar sig branschobservatörer att batteribyte kommer att slå igenom med robotaxi och flottor med delat ägande. Kinas största tillverkare av rena elbilar, BAIC BJEV, äger till exempel 206 batteribytesstationer i 19 städer i Kina. Stationerna betjänar främst företagets taxiflotta.

Samma sak gäller Bluepark Intelligence Energy Technology Company, som är en batteriteknisk avknoppning från BAIC-koncernen, och som enligt uppgift har 187 batteriutbytesstationer i 15 kinesiska städer. Blueparks batteribyteverksamhet vänder sig främst till taxibolag och till bildelningsnätverk och betjänar 16 000 eldrivna taxibilar. En av investerarna i BluePark Intelligence är SK Future Energy Shanghai, ett helägt dotterbolag till SK Innovation från Korea, som i sin tur är en del av det koreanska konglomeratet SK Group.