In het vorige artikel vergeleken we de energiedichtheid van veel batterijpakketten die worden gebruikt door populaire elektrische auto's. De meeste batterijen waren NCM 523 of NCM 622 en hadden gemiddeld een gravimetrische energiedichtheid tussen 140 en 150 Wh/kg, wat teleurstellend is, aangezien dat veel minder is dan wat we op celniveau krijgen (230-250 Wh/kg).
De slechte gravimetrische energiedichtheid van de huidige EV-batterijen kan worden verklaard door onnodige complexiteit en in dit artikel zullen we een eenvoudige oplossing zien om batterijpakketten eenvoudiger, veiliger, goedkoper en energierijker te maken.
Ten eerste, om je een beetje context te geven, zullen we zien waar we nu zijn.
Momenteel zijn batterijpakketten als matroesjka-poppen, binnenin hebben we modules en in de modules hebben we de belangrijke dingen die energie opslaan, de batterijcellen. Dit betekent dat het gewicht van de batterijcellen slechts een deel van het totale gewicht van de batterijen vertegenwoordigt.
Laten we enkele voorbeelden van GCTPR (gravimetrische cel-tot-pakketverhouding) bekijken om beter te begrijpen hoe inefficiënt qua gewicht de huidige batterijpakketten zijn.
Renault ZOE (oude ZE 40-batterij)
Deze batterij weegt 305 kg, waarvan 185 kg (61%) afkomstig is uit de cellen. De rest 120 kg (39 %) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
Renault ZOE (nieuwe ZE 50-batterij)
Deze batterij weegt 326 kg, waarvan 206 kg (63%) afkomstig is uit de cellen. De rest 120 kg (37 %) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (40 kWh-batterij)
Deze batterij weegt 303 kg, waarvan 175 kg (58%) afkomstig is uit de cellen. De overige 128 kg (42 %) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (62 kWh batterij)
Deze batterij weegt 410 kg (schatting) waarvan 263 kg (64%) afkomstig is uit de cellen. De rest 147 kg (36 %) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (94 Ah accu)
Deze batterij weegt 256 kg, waarvan 193 kg (75%) afkomstig is uit de cellen. De rest 63 kg (25%) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (120 Ah accu)
Deze batterij weegt 278 kg, waarvan 215 kg (77%) afkomstig is uit de cellen. De rest 63 kg (23 %) van het gewicht komt van de metalen behuizingen, bekabeling, BMS (Battery Management System) en TMS (Thermal Management System).
Zoals ik al vele malen eerder heb gezegd, is de batterij van de BMW i3 verreweg mijn favoriete EV-batterij.
Dit is waarom:
BMW i3 batterij interieur
Het batterijpakket van de BMW i3 heeft vanwege zijn eenvoud de hoogste GCTPR (gravimetrische cel-tot-pakketverhouding) van reguliere EV-batterijen. Weinig grote prismatische cellen, allemaal in serie geschakeld, vereisen minder bekabeling en behuizingen voor modules.
Een GCTPR van 77% is erg goed voor een conventioneel batterijpakket, maar het zou nog beter kunnen zijn met de CTP-technologie (cell-to-pack).
Met de CTP-technologie in plaats van batterijcellen in modules en modules in batterijpakketten, verwijderen we modules helemaal. We eindigen met lange prismatische batterijcellen die in serie zijn geschakeld die in een array worden geplaatst en vervolgens in een batterijpakket worden gestoken, waardoor het zo eenvoudig mogelijk wordt.
Verschillende Chinese batterijcelfabrikanten zoals BYD, CATL en SVOLT hebben al hun eigen versies van CTP-batterijpakketten.
BYD
BYD Blade-accu met CTP-technologie
De eenvoud van de BYD Blade Battery is zichtbaar in de afbeelding hierboven. Stel je voor hoe eenvoudig het is om cellen in dit batterijpakket te monteren of te vervangen. BYD zegt dat deze batterij minstens 100 cellen heeft (allemaal in serie geschakeld).
Bovendien bereiken batterijpakketten gemaakt met kobaltvrije LFP/LFMP-cellen met CTP-technologie energiedichtheidsniveaus van ongeveer 140-160 Wh/kg, wat overeenkomt met wat we momenteel krijgen met EV-batterijen gemaakt met duurdere en minder veilige NCM 523 en NCM 622-cellen.
CTP is gewoon een nieuwe technologische doorbraak die de comeback van LFP-batterijcellen naar elektrische auto's helpt. Ik denk dat er nu geen twijfel over bestaat dat LFP/LFMP-batterijcellen een belangrijke rol zullen spelen in de massificatie van elektrische auto's.
Hoogtepunten van de BYD Blade-batterij:
Dit betekent dat in de BYD Blade Battery, batterijcellen 62,4% van het volume en 84,5 % van het gewicht vertegenwoordigen. Reguliere batterijpakketten gemaakt met modules hebben gemiddeld een VCTPR van 40% en een GCTPR van 60%.
BYD onthult de volumetrische en gravimetrische cel-tot-verpakkingsverhouding van de nieuwe batterijpakketten
Desalniettemin gaat de BYD Blade Battery niet alleen over het verhogen van de energiedichtheid van batterijpakketten. Wat betreft veiligheid is deze batterij moeilijk te verslaan. Niet alleen de LFP/LFMP-chemie is op zichzelf extreem veilig, de lange rechthoekige vorm van de cellen zorgt voor een groot koeloppervlak en vermindert het vermogen om warmte te genereren tijdens een kortsluiting.
Nagelpenetratietest door BYD van verschillende batterijcellen
Bovendien is het echt interessant dat we geen jaren hoeven te wachten voordat deze technologie wordt geïmplementeerd. De komende elektrische auto BYD Han EV komt in juni aan en zal worden uitgerust met een BYD Blade Battery.
De Han EV, het vlaggenschip van BYD's sedan die in juni op de markt komt, zal worden uitgerust met de Blade Battery. Het nieuwe model zal de Dynasty Family van het merk aanvoeren, met een actieradius van 605 kilometer en een acceleratie van 0 naar 100 km/u in slechts 3,9 seconden.
De BYD Han EV is een echt interessante elektrische auto, het bereik van 605 km in NEDC zou zich moeten vertalen in ongeveer 450 km (280 mijl) in de meer realistische WLTP-testcyclus.
BYD Han EV met CTP-batterijtechnologie
Hoewel de elektrische auto's van BYD buiten de thuismarkt China nog niet erg populair zijn, zijn de elektrische bussen van BYD wereldwijd al enorm populair en deze elektrische voertuigen zullen waarschijnlijk CTP-batterijen op de weg krijgen.
BYD's energiedichtheidsdoelen :140-160 Wh/kg voor kobaltvrije LFP/LFMP-chemie
CATL
CATL CTP-technologie
Terwijl BYD zich meer richt op kobaltvrije LFP/LFMP-batterijen, werkt CATL op twee fronten en wil de CTP-technologie niet alleen toepassen op kobaltvrije LFP/LFMP-batterijen, maar ook op NCM-batterijen met meer energie.
CATL produceert al CTP-batterijpakketten voor de Chinese autofabrikant BAIC.
BAIC EU5 EV met CTP-batterijtechnologie van CATL
De energiedichtheidsdoelen van CATL :145-160 Wh/kg voor kobaltvrije LFP/LFMP-chemie en 200 Wh/kg voor NCM-chemie
SVOLT
SVOLT CTP-technologie
SVOLT is gericht op het toepassen van CTP-technologie op NCMA-batterijen met meer energie. Helaas is er niet veel informatie over beschikbaar.
SVOLT's energiedichtheidsdoelen :boven 200 Wh/kg voor NCMA-chemie
Samenvattend.
Het is slechts een kwestie van tijd voordat CTP de mainstream-technologie wordt om eenvoudigere, veiligere, goedkopere en meer energierijke batterijpakketten te bouwen. Bovendien hoeven we geen jaren te wachten om kobaltvrije batterijpakketten met een behoorlijke energiedichtheid te krijgen die extreem veilig en goedkoop zijn. BYD Blade Battery is echt indrukwekkend. Warren Buffett heeft redenen om heel blij te zijn met zijn inzet op BYD jaren geleden.
Bovendien zijn de kWh-kosten van kobaltvrije LFP/LFMP-batterijen ongeveer 20 % goedkoper dan batterijen met een hoog nikkelgehalte zoals NCM 811. Desalniettemin heeft Volkswagen zelfs zonder LFP/LFMP-batterijcellen de kWh-kost al onder de 100 euro, wat bewijst dat autofabrikanten zouden elektrische auto's met een behoorlijke actieradius nu betaalbaar kunnen maken als ze geïnteresseerd waren om ze te verkopen.
Stappenplan batterijkosten door Volkswagen
Hoe dan ook, ik ben erg geïnteresseerd om meer te weten over de implementaties van de CTP-technologie door SVOLT en CATL. Op dit moment hebben we meer details over BYD's eigen versie van CTP.
Bovendien vraag ik me ook af hoe lang het duurt voordat Koreaanse batterijcelfabrikanten het belang van kobaltvrije batterijen beseffen en beginnen met de productie ervan. Op dit moment zijn Chinese bedrijven zoals BYD en CATL de onbetwiste experts in deze chemie. Het zou echter geweldig zijn om te zien dat LG Chem en Samsung SDI werken aan het verbeteren van de LFMP-chemie.
Ten slotte ben ik erg optimistisch en verwacht ik dat in de nabije toekomst (een of twee jaar) de meeste elektrische auto's beschikbaar zullen zijn met LFMP (geoptimaliseerd voor kosten) en NCMA (geoptimaliseerd voor bereik) accu's gemaakt met eenvoudige CTP-technologie.
