2010, när den första generationen massproducerade elbilar började komma, kände jag att biltillverkare undergrävde elbilar med flit.
Då bestämde sig de flesta äldre biltillverkare för att använda LMO-battericeller med låg energitäthet och kort livslängd i sina elbilar. Den största fördelen med dessa koboltfria battericeller var den lägre kostnaden, trots att elbilarna såldes till ett pris som var tre gånger högre än deras gasmotsvarigheter. Bara Tesla gick med battericeller med hög energidensitet, som vid den tiden fanns tillgängliga i form av NCA-cylindriska celler – mestadels gjorda för bärbara datorer.
Snabbspola fram till idag, nu tillverkar äldre biltillverkare faktiskt anständiga elbilar, men de kan redan vara mycket bättre.
I den här artikeln kommer jag att sammanfatta några redan befintliga tekniker som snart kommer att göra elfordon ännu bättre.
800-voltssystem
BYD e-Platform 3.0
800-v-system – särskilt i kombination med kiselkarbid (SiC) halvledarkraftelektronik – förbättrar kraftigt de elektriska drivlinorna, vilket gör dem effektivare, mindre, lättare och billigare.
Porsche, Hyundai och Kia tillverkar redan elbilar med 800 volts elsystem istället för de vanliga 400 volts. BYD kommer dock att vara den första biltillverkaren som gör denna teknik tillgänglig i prisvärda elbilar med den kommande BYD EA1.
Vad gör 800-voltssystem bättre än de vanliga 400-volts?
De senaste resultaten från forskning om 800-volts batteridrivna fordon visar att detta kan leda till mindre, lättare och mer miljövänliga motorer . Bilar som använder dessa drivlinor kan också laddas snabbare och färdas längre på en enda laddning.
En sådan fördel är att 800-volts elektriska system tillåter en större retention av kraft, som normalt går förlorad genom värme som genereras under laddningsprocessen. Ett system med högre spänning gör att en lägre ström kan användas vid laddning av batteriet, vilket minskar överhettning och möjliggör bättre strömhållning i systemet. Denna kraft kan användas för en längre driving range.
Högspänningssystem erbjuder också ett antal viktiga vikt- och massbesparande fördelar. Minskningen av koppar är en av dessa. Elmotorer är mycket enklare än förbränningsmotorer i konstruktion och i sin kärna har de en rotor, som vrids som svar på ett roterande magnetfält som skapas av elektricitet från batteriet. För att uppnå detta använder elektriska system ofta upp till fyra gånger den mängd koppar som finns i förbränningsmotorer. Att använda system med högre spänning kan leda till att mängden koppar som används i motorer minskar avsevärt.
Förutom att minska vikten på motorer har ett 800-voltssystem den extra fördelen att det också minskar deras massa. Eftersom den högre spänningen gör att motorerna kan köras med hastigheter på 20 000 rpm, långt över dubbelt så mycket som deras 400-volts syskon, har de bättre effekttäthet. Det betyder att de omvandlar elektrisk kraft till mekanisk kraft med denna hastighet och inte högt vridmoment. "I allmänhet definieras motorstorleken av vridmomentkapaciteten," säger Bitsche, vilket innebär att om du tar bort vridmomentet från ekvationen kan motorerna vara mycket mindre. Så mycket faktiskt att mindre höghastighetsmotorer kan väga så lite som 25 kilo , med resultatet att de minskar den totala vikten på ett fordon, vilket gör att det kan färdas mycket längre på en enda laddning.
Byte till 800-voltssystem:varför ökad motorkraft kan vara nyckeln till bättre elbilar
Sammanfattningsvis, med 800-voltssystem kommer elbilar att få effektivare, lättare, mindre och billigare drivlinor.
Kiselanoder
Enevate kiseldominant anodbatteriladdningstabell
Under de senaste åren har batteritekniken utvecklats mest genom att införa förbättringar av katoder, medan anoder förblev nästan desamma. Nästa stora utveckling inom batteriteknik kommer dock att ske med det kommande ersättandet av grafitanoder med kisel.
Battericeller med silikonanoder är mer energi- och effekttäta än sina motsvarigheter i grafit. Denna batteriteknik går hand i hand med 800-voltssystem, eftersom båda krävs för att elbilar ska uppnå extremt snabba laddningshastigheter.
Dessutom kan kiselanoder också användas i battericeller med koboltfria katoder, såsom LFP (LiFePO4) som Guoxuan redan har visat.
Sammanfattningsvis kommer battericeller med kiselanoder att öka sin kapacitet och minska sina laddningstider.
Koboltfria batterier
Jämförelse av batterikemi av Tesla
Snart kommer koboltfria batterier att bli standard i elbilar, antingen med LFP- eller LNMO-katoder. Medan dyrare kemiprodukter med högt nickelinnehåll, som NCM 90, NCA 91 eller NCMA, kommer att förpassas till vissa nischer, där det är viktigt att få det största utbudet.
Tack vare koboltfria batterier kommer elfordon äntligen att kunna konkurrera med sina ICE (Internal Combustion Engine) motsvarigheter i pris och tillgänglighet.
CTP-batteripaket
BYD-batteripaketets utveckling
CTP-batterier (cell-to-pack) är modullösa och går hand i hand med säkra koboltfria battericeller, såsom LFP (LiFePO4).
Även om moduler i de flesta batteripaket ökar sin säkerhet genom att fungera som metallbrandväggar ifall en eller flera NCM/NCA-battericeller brinner eller exploderar, tjänar de inget syfte när de används med LFP-battericeller, eftersom dessa supersäkra battericeller inte fatta eld eller explodera även om den punkteras.
Ett exempel på ett bra CTP-batteri är det populära BYD Blade-batteriet, som har höga VCTP (Volumetric cell-to-pack) och GCTP (Gravimetric cell-to-pack)-förhållanden. Det betyder att i batteripaketet är det aktiva materialet – som faktiskt lagrar energi (battericeller) – proportionellt högre vad gäller volym och vikt än det passiva materialet, som endast tjänar till att skydda och montera battericellerna.
Genom att bli av med moduler kan VCTP-förhållandet för ett batteripaket öka från 40 till 60 %. Med CTP blir batterier enklare, lättare, mindre och billigare.
Soltak
Hyundai IONIQ 5
Elbilar med soltak är en no-brainer, speciellt nu när solcellerna har blivit effektivare och extremt billiga.
I vissa situationer skulle ett bra 300 W solpanelstak i en elbil kunna lägga till cirka 2 kWh till batteriet per dag och skulle räcka för att köra ytterligare 10-15 km.
V2G och V2L
Kia EV6 med V2L-kapacitet
Soltak, V2G (vehicle to grid) och V2L (vehicle to load) är några tekniker som snart kan bli standard i elbilar. Hur coolt är det att du kommer att kunna använda din elbil som en stor mobil powerbank som kan laddas med solenergi?
EV6 är utrustad med fordon-till-last-funktion (V2L) som fungerar som en bekväm, bärbar elförsörjning för ditt dagliga liv eller fritidsaktiviteter.
Den kan fungera som en nödströmkälla för ditt hem. Faktum är att EV6 levererar upp till 3,6 kW el och den kan också fungera som en bärbar generator när du njuter av utomhusaktiviteter.Kia EV6 världspremiär
Några exempel där stora mobila powerbanks kan vara användbara:
Aerodynamiska förbättringar
Lightyear One i Death Valley
Vi kan öka räckvidden för en elbil, antingen genom att lägga till mer batterikapacitet eller genom att öka dess effektivitet.
Till exempel minskade Tesla nyligen batterikapaciteten i Model S och lyckades ändå öka dess räckvidd genom att förbättra den totala effektiviteten.
Även om förbättring av drivlinan eller minskning av fordonets vikt är giltiga metoder för att öka den totala effektiviteten hos en elbil, har förbättringen av aerodynamiken den högsta ROI (Return of Investment). Elektriska drivlinor är redan extremt effektiva och tack vare regenerativ bromsning är det inte lika viktigt att minska vikten som att förbättra aerodynamiken i en elbil.
Alla elbilar behöver inte ta aerodynamik lika seriöst som Lightyear One – som vi ser på bilden ovan – men det är uppenbart att de flesta elbilar fortfarande har ett stort utrymme för förbättringar. Titta bara på nuvarande Volvos elbilar för att se vad jag menar...
Förutom utformningen av själva fordonet finns det många billiga och enkla sätt att förbättra elbilarnas aerodynamik. Låt oss se några exempel nedan.
Trådlös laddning
Trådlös laddning är inte bara avgörande för autonoma elfordon, den kommer också att göra användningen av offentlig laddningsinfrastruktur säkrare och bekvämare. Du behöver inte längre oroa dig för att få laddningsporten eller kablarna vandaliserade av någon grottman som hatar elbilar.
Autonoma elfordon är framtiden för personlig rörlighet – men utan förare, vem ska koppla in fordonet för att ladda det? Svaret är tydligt:Inga kontakter, inga kablar. Parkera och ladda trådlöst och autonomt...med WiTricity-teknik.
— Alex Gruzen, WiTricity VD
Vi är klara för idag, det här är några tekniker som redan finns och som har potential att göra elfordon ännu bättre.
Även om det inte finns en elbil med all teknik som listas ovan än, tror jag att den kommande BYD EA1 illustrerar hur en nästa generations elbil ska se ut och har den största potentialen att bli en spelväxlare. Den kommer att ha ett CTP-koboltfritt batteri och ett effektivt 800-voltssystem som tillåter stora snabba laddningshastigheter utan kompromisser.
BYD EA1 spionbild
Har jag glömt något? Vad förväntar du dig av nästa generations elbilar? Hur kan dagens elbilar bli ännu bättre?
