Derfor velger Volvo 400 volt fremfor 800 volt

En skulle kanskje tro at 800 volts batteriarkitektur var fremtiden. Mange biler leveres med dette i dag, og det er takket være dette at for eksempel Porsche Taycan kan lade med inntil 270 kilowatt eller Hyundai Ioniq 5 med 239 kilowatt.

Så når Volvo lanserer sitt nye flaggskip EX90 med 400 volts batteriarkitektur, betyr det antakelig at Volvo har beina trygt plantet i gårsdagens teknologi – eller?

Ser vi på spesifikasjonene, ser vi at EX90 komfortabelt konkurrerer med både Taycan og Ioniq 5 på ladeeffekt. Volvos 250 kilowatt er mer enn Hyundai klarer å presse ut av sitt 800 volt-system – og ikke langt unna Porsches.

Så hva er det egentlig som foregår?

Standarden er bremsen

Dette er til syvende og sist et spørsmål om standarder. Om du i dag hadde parkert en EX90 ved en ladestasjon som følger hurtigladestandarden CCS til punkt og prikke, ville du ikke fått mer enn 200 kilowatt.

Det skyldes at CCS-standarden har en maksimal strømstyrke på 500 ampere. Effekt er produktet av strøm og spenning, så 400 volt ganger 500 ampere er 200.000 watt, altså 200 kilowatt. Vil du ha 250 kilowatt ved denne spenningen, må du opp i 625 ampere.

Vi spør Volvos leder for elektrisk fremdrift, Lutz Stiegler, om hvordan dette henger sammen.

– 500 ampere er standarden på CCS, så da fungerer dette bare på ladestasjoner som ikke følger standarden til punkt og prikke. Det finnes ladestasjoner som lader med mer enn 600 ampere. Og dem kan vi bruke. Men hos Ionity og andre stasjoner får vi bare 200 kilowatt, sier Stiegler til TU.

– Så bilen vil be om å få 250 kilowatt?

– Bilen vil be om alt den kan få i begynnelsen, men siden standarden er begrenset til 500 ampere, vil den få dette.

Tesla gir full pinne

De ladestasjonene som ikke følger standarden, er Tesla Supercharger, spesifikt de såkalte V3-laderne deres. Teslas biler kan i likhet med EX90 lade med 250 kilowatt, og Stiegler bekrefter at det er Tesla Supercharger han snakker om.

At CCS-standarden er satt til 500 ampere, begynner i praksis å bli et hinder. Audi er blant bilprodusentene som tidligere har påpekt dette. Under en teknologidag tidligere i år pekte en av deres ladeeksperter på at 400 volt fremdeles er mer enn godt nok, viste til Teslas 250 kilowatt-lading og sa at han mener at 400 volt-biler som BMW iX og Mercedes EQS antakelig er i stand til å lade raskere enn 200 kilowatt, som er maks for disse i dag.

Volvo melder seg i så fall inn i klubben av bilprodusenter som ønsker å skru opp strømstyrken i CCS-standarden.

– Det er andre som diskuterer å løfte grensen fra 500 ampere, ikke bare oss, sier han. Han sier det er andre biler der ute som er dimensjonert for dette.

Ut over høyere ladeeffekt mener Stiegler at det er flere grunner til å dimensjonere for høyere effekt. Det gjør at samleskinnene i batteriet må ha mer gods og at dette vil bidra til å holde batteriet kjøligere og gi lavere motstand i systemet.

800 volt har flere ulemper

Alternativet er åpenbart heller å gå for 800 volt. Ettersom du kan ha høyere effekt uten å øke strømstyrken, vil det bety at den elektriske infrastrukturen i bilen kan gå ned i godstykkelse og dermed spare vekt.

Stiegler tror likevel ikke 800 volt er noen udelt fordel for brukeren. Han sier at å gå for 400 volt er et helt bevisst valg, til fordel for kundene.

Det handler litt om at det er langt mellom 800 volt-ladestasjonene, men mest om at du ikke kan prioritere både svært høy ladeeffekt og stor batterikapasitet.

En elbil med 800 volt må kunne lade med minst 300 kilowatt om det skal være noe poeng, mener han. Da må du også ha et batteri som er designet for dette.

Problemstillingen er ikke ny, og den handler om hvordan batteriene fungerer på atomnivå. Litiumet i batteriet oppholder seg i en gitterstruktur i anoden når det er ladet opp. Når du lader et batteri, handler det om å flytte litiumet tilbake i denne gitterstrukturen.

En battericelle med høy energitetthet har enkelt sagt mye plass til å lagre litiumatomer. Når batteriet lader, flyttes litium fra katoden til anoden. Har du mye anodemateriale, må det ikke gå for fort, ellers risikerer du at det blir «trafikkork» på anoden og at litiumet ikke får tid til å finne seg en plass i gitterstrukturen.

Forsøker du å lade for raskt, kan det bety at litiumet pletterer på anoden og at anodematerialet sprekker opp. Det betyr kort sagt at mindre litium blir tilgjengelig og at du mister lagringskapasitet.

Har du behov for å lade raskt, er løsningen å redusere anodetykkelsen, men mindre anodemateriale betyr også redusert lagringskapasitet.

Balansekunst

Å designe et batteri til en elbil handler derfor om å balansere behovet for energitetthet og evnen til å lade raskt.

Et batteri designet for å lade med 300 kilowatt må være optimalisert for å lade med høy effekt.

– De batteriene har mindre kapasitet. Så da blir batteriet lite. Vi bestemte oss for vårt oppsett fordi vi da kunne designe for større rekkevidde, sier Stiegler.

Han sier de ikke ville klart å få en bruttokapasitet på 111 kilowattimer om de samtidig skulle kunne lade med mye høyere effekt.

– Det er bedre for kunden om vi har mye energi for å gi lang rekkevidde. Forskjellen mellom 300 og 200 kilowatt er ikke så viktig som rekkevidden vi kan få. Det ville vært like mye materiale, samme vekt, men mindre energiinnhold, sier han.

Utelukker ikke 800 volt

Han påpeker samtidig at Volvo ikke har tatt noe standpunkt mot 800 volt. Om det plutselig skulle skje en rask og massiv utrulling av 800 volt-stasjoner, kan de oppgradere bilen til å støtte dette.

– Men akkurat nå er det ikke den løsningen vi ønsker å bruke, sier han.

Og uansett er 250 kilowatt ikke akkurat saktelading. Ifølge Stiegler kan de lade 180 kilometer på 10 minutter. Bilen skal ha en relativt flat ladekurve, som betyr at du ikke bare vil få høy effekt når batteriet er nær utladet.

Viktig for toveislading

En annen faktor som spiller inn, er at Volvo med EX90 lanserer toveislading. Det vil si at bilen kan levere strøm ut fra ladeuttaket. Da er det viktig å velge en batteriløsning som er designet for lengst mulig levetid.

Volvo skal gjøre det mulig å ta strøm fra batteriet via vekselretterne i ombordladeren – og direkte som likestrøm. Stiegler er imidlertid tydelig på at de første og fremst konsentrerer seg om vekselstrøm. Muligheten for å ta ut likestrøm handler om at det er litt ulike forskrifter i forskjellige land og at det noen steder ikke vil være lov å sende vekselstrøm direkte fra bilen og ut på strømnettet.

Det er ikke et problem i Norge, hvor bilen skal kunne levere like høy effekt ut som den kan ta inn – trefase 11 kilowatt med en virkningsgrad på inntil 97 prosent.

Fordelen med å gå rett på vekselstrøm er at det ikke er behov for en hjemmelader med dyre vekselrettere. Slike er i praksis en hurtiglader hjemme. En hjemmelader med støtte for toveislading er vesentlig billigere.

– Hvordan tenker dere om batteridegradering i forbindelse med toveislading?

– Dette har vi regnet inn. Det andre er at vi ikke har en bestemt mengde energi vi kan levere. Vi tilbyr å bruke en liten del, rundt 10 prosent. Det er mer enn nok til bruken vi ønsker å legge opp til, sier han.

Hvordan bilen ellers brukes, vil også avgjøre hvorvidt den i det hele tatt kan ta i bruk toveislading. Stiegler anslår at en liten andel, for eksempel de som bruker bilen som taxi eller kjører veldig mye, ikke vil kunne bruke toveislading. Det fordi Volvo prioriterer mobilitet først. Men han tror 95 prosent av kundene ikke vil rammes av noen slike begrensninger.