LFP-batteriet; hvor godt er det?

rider.dk. Senest opdateret

En grundig gennemgang af de udfordringer, der er med LFP-batteriet i den kinesiske Tesla model 3

Siden Tesla Model 3 SR+ MIC forlod Tesla’s kinesiske fabrik og kom ud til kunderne har der været en del knubbede ord om ladeeffekten, rækkevidden, beregningen af denne og andre detaljer, der knytter sig til LFP-batteriet fra Catl. Det tyske udlejningsfirma Nextmove har i dec. 2020 og jan. 2021 påtaget sig den rolle, at undersøge hvilke udfordringer der egentlig er med denne bil og batteriet.

VIGTIGT:

Den test, som Nextmove har udført i dec. 2020 og jan. 2021 er foretaget med den software version, der er før ver. 2021.4.10. Denne opdatering har – heldigvis – bevirket en ret markant forbedring af ladeeffekten på LFP-batteriet.

Nextmove med administrerende direktør Stefan Moeller

Nextmove skriver:
I øjeblikket cirkulerer der på nettet forskellige videoer og indlæg i forums om Tesla Model 3 SR+ MIC (den kinesiske Tesla). Mange brugere er utilfredse og føler sig alene og snydt af Tesla.
Med videoen Kauf kein Tesla Model 3, bevor du dieses Video gesehen hast! og den tilhørende rapport Model 3 mit LFP-Zellen: Der große nextmove-Wintertest ønsker Nextmove med administrerende direktør Stefan Moeller i spidsen (billedet til højre), at teste bilen intensivt over seks uger og mere end 1000 testkilometer.

Hans konklusion: Ingen anden elbil har hidtil givet os så skarpe testresultater

Fra Tesla er der ikke kommet noget ud om de problemer, som mange kunder oplever. Mange har med købet af Model 3 SR+ MIC fået opfyldt deres personlige Tesla-drøm og investeret flere penge, end de endnu har brugt på en bil, selvom det “kun” er en basis Tesla. Langdistanceevne ved hurtig opladning og enkel betjening hører til Teslas kerneværdier, og indtil nu har det også været gældende for de tidligere SR+ modeller, men det er muligt, at det har ændret sig med den kinesiske SR+.
Hvor dårlig er bilen egentlig – er det hele bare en stor misforståelse?

Min kommentar:
I det følgende angives opladningsniveau i % af det fuldt opladede batteri og har forkortelsen SOC (State Of Charge). Ønsker man danske tekster på video’en så vælger man først undertekster til i Youtube-rammen forneden. Derefter vælger man Indstillinger – Undertekster – Automatisk oversættelse – Dansk. Det følgende er mere eller mindre en direkte oversættelse af den tyske rapport. Enkelte passager er udeladt. De originale udgaver findes i de to link til Youtube video og rapporten ovenfor.

Følgende detaljer tages op i rapporten:

  • Hvilke problemer er der med kapacitet, rækkevidde og forbrug om vinteren?
  • Hvor kommer de høje opladningstab fra?
  • Hvorfor oplader bilerne på SuperCharger nogle gange så langsomt?
  • Hvilke strategier bruger Tesla til at bekæmpe kulden?
  • Hvad kan man gøre, så bilen lader hurtigere?
  • Hvornår skal man forvarme batteriet i hverdagen?
  • Hvordan opfører bilen sig efter den seneste softwareopdatering?
  • Hvad siger Tesla om det, og hvordan informeres kunderne ved køb og ved brug?

Generelle fordele ved LFP-batteriet:

LFP-batteriet

  • Op til 10.000 mulige opladningssekvenser, hvilket betyder, at batteriet burde kunne holde længere end bilen. Muligvis mere end to millioner kilometer.
  • Et bredt temperaturområde, høj belastningskapacitet og god hurtig opladningsevne; teoretisk op til 150 kW for Model 3.
  • Den lave risiko for at løbe løbsk termisk, hvilket skal forstås som en spontan forbrænding og kædereaktion og spredning til nærliggende celler.
  • En høj elektrisk effektivitet til en samlet opladnings- og afladningscyklus på mere end 91%.
  • Lav selvafladning, når batteriet er stationær, ca. 3 til 5% pr. Måned.
  • Bedre miljømæssig bæredygtighed og ressourcebesparelse ved at give afkald på kobolt – og i Tesla også nikkel – samtidig med at det er let genanvendeligt.
  • Og selvfølgelig: betydeligt lavere omkostninger ved indkøb for producenten.

Hvor er ulemperne og problemerne?

  • Betydeligt højere vægt i Model 3, knapt 150 kg for det lille batteri.
  • Der kendes ikke meget til grænserne for anvendelse i kulde. Enkelte producenter nævner -45°C som grænsen for opladning og afladning.
  • En meget flad spændingskurve under opladning og afladning, hvilket gør det vanskeligt at bestemme SOC.

Nextmove har grundigt testet Model 3 Standard Range+ i december 2020 og januar 2021. I alle test var udetemperaturerne i området -5 til + 5°C, mest omkring 0°C. Først blev hurtigopladning undersøgt i forskellige scenarier.
Scenarie 1: Ankomst på vinterferie, og der er ingen opladningsmulighed, og bilisten ønsker at tage en hurtig tur til SuperCharger næste morgen.
Scenarie 2: En model 3-ejer har ikke egen ladeboks og ønsker at dække sit opladningsbehov i hverdagen med lejlighedsvis hurtigopladning.

Kørsel til IONITY-lader

Diagram 1 – Temperaturforløb i batteri.

  • Sektion 1 [Anfahrt]: Man starter med at køre med koldt batteri på 2°C grader, hvilket ikke får BMS’en til at varme batteriet op. Bilen blev kørt til en nærliggende hurtigoplader efter en kølig nat, men har dér ikke ladet særlig hurtigt – kun ca. 12 kW i ladeeffekt, hvilket er mindre end 10% af, hvad bilen burde kunne klare. De fleste tyske elbiler opvarmer batteriet under disse forhold.
  • Sektion 2 [Ladevorgang an CCS]: Ved det første opladningsstop med ca. 10 kW opladningseffekt varmes batteriet op, men det lykkes kun på 15 min. at få varmet batteriet op fra ca. 2 til 5°C, uden at dette forbedre opladningseffekten. D.v.s. indtil videre et ret dårligt resultat.
  • Sektion 3 [Abfart zum Schnellader]: Derefter sættes navigationen til en SuperCharger og dermed for-opvarmning af batteriet. Dette opvarmer batteriet til 13°C efter 30 min. kørsel. En VW ID.3 ville nu allerede have opladet med omkring 60 kW, men med Model 3 nås kun halvdelen.
  • Sektion 4 [Ladevorgang IONITY]: Efter 15 minutters opladning var batteriet derefter på 17°C, men opladningseffekten var stadig utilfredsstillende med 30 kW

Ladeeffektkurven under gunstige forhold

Diagram 2 – Ladekurve på IONITY lader

Denne kurve beskriver opladningsforløbet under gunstige betingelser. Testen begyndte igen med et koldt batteri og bilen var ikke tilsluttet en ladeboks. Først blev forvarmningsfunktionen startet i Tesla-appen, Øverst til højre i Tesla appen visers derefter et symbol for for-varmning af batteriet. I denne proces, der tog over en time, indtil den blev afsluttet af bilen, faldt SOC fra 98 til 80 procent (se Diagram 6). Derefter startede testkører Stefan Moeller en hurtig motorvejskørsel på cirka 120 kilometer med 150 km/t og valgte forinden en Tesla Supercharger med navigationen. Skærmen i bilen viste aktiv for-opvarmning af batteriet under det meste af denne tur. Batteriet var derefter næsten tomt og formodentlig ved optimal driftstemperatur. Opladningseffekten var kortvarigt på 120 kW, men faldt straks igen og stabiliserede sig i området omkring 70 kW.

Strøm og spænding fra 0% til 100% SOC

Diagram 3 – Forløbet af stænding og strøm ved hurtigopladning.

Kurven viser forløbet af spænding og strøm for den optimale opladningsproces. I området mellem 8% og 95% SOCer forskellen i spænding kun ca. 1 volt.

Batteritemperaturen i et 4 timers forløb

Diagram 4 – Temperaturforløb i batteriet ved for-opvarmning, kørsel og opladning.

Særligt spændene ved denne testkørsel var forløbet af batteritemperaturen på baggrund af den høje opladningseffekt (se diagram 2). Kurve og tilhørende tekst viser forløbet over 4 timers test fra 2°C til 43°C batteritemperatur. Ved ca. 40°C havde bilen i øvrigt slukket for batterivarmen. Derefter gik det kun lidt op, og kurven fladede ud. Men det ses, at batteriet blev ikke afkølet.

  • Sektion 1: Forvarmning at batteriet via Tesla app, 80 min.
  • Sektion 2: Pause i 28 min.
  • Sektion 3: Kørsel med 150 km/t med forvarmning via destination til SuperCharger, 70 min.
  • Sektion 4: Opladning ved IONITY, 50 min.

Grunden til at der blev valgt Ionity og ikke SuperCharger var for at undgå at forringe ladeeffekten (og validiteten af testen) hvis der pludselig skulle komme en anden Tesla og lade på samme standernummer.

Mine bemærkninger: I sektion 1 opvarmes batteriet under forvarmningen med omkr. 0,3°C pr min. I sektion 3 er det omkr. 0,13°C pr min og i sektion 4 omkr. 0,5°C pr min i starten hvorefter temperaturen koldes nogenlunde konstant på 43°C.

Batteriopvarmning uden forvarmning

Diagram 5 – Temperaturforløb varmekredsløb og batteri ved 120 km/t om vinteren.

Denne omhandler en anden testdag hvor bilen startede uden forvarmning af batteriet og der blev ikke valgt en SuperCharger som destination. Testkørslen var konstant 120 km/t, indtil batteriet var tomt. I blåt vises kurven for batteriets indløbstemperatur for varme/kølekredsløbet. Denne løber konstant foran batteritemperaturen med ca. 3-5°C. Batteriet blev også her opvarmet på hele turen, selvom der ikke blev navigeret til en SuperCharger. Muligvis kom der endda spildvarme fra motoren. I slutningen af denne tur nåede vi trods alt op på 22°C i batteritemperatur, hvilket ville have været OK, men dog ikke til at opnå fuld opladningseffekt. I testen havde bilen efter ca. 32 minutter trods alt opladet fra 6% til 75%. Dette er betydeligt bedre end værdierne med koldt batteri. For testbilen var der en softwareopdatering kort før redaktionens udløbsfrist, der medførte forbedringer. Dette er medtaget i slutningen af siden.

Mine bemærkninger: Køle/varmekredsløbet opvarmes under kørsel med 120 km/t med en gennemsnitshastighed på omkr. 0,13°C pr min. Det samme gælder for opvarmningen af batteriet.

Hvad koster opvarmning af batteriet?

Diagram 6 – Vor-opvarmning af et 2°C varmt batteri. Uden tilslutning af ladeboks.

Nextmove fandt det spændende at undersøge hvad en sådan forvarmningsproces egentlig koster, når man lader den køre helt til ende? For at nå frem til dette viser vi igen varmeydelsen over tid. I næsten 75 minutter trækker bilen 6-9 kW fra batteriet og varmer det op til 22°C. Denne vedligeholdelse af batteriet koster omkring 23 kr, men bilen blev fortsat opvarmet under kørslen. Så alt i alt har man brug for cirka 2 timers kørsel eller/og forvarmning, og man må antager at vi brugte omkring 38 kr i opvarmning af batteriet ved vores temperaturer i testen.

Batteriets afkøling

Diagram 7 – Temperaturforløb i batteriet igennem en nat med ca. 1°C udetemperatur.

Det ville være rart, hvis batteriet ikke udelukkende kunne lagre strøm, men også lagre varme i et stykke tid, så brugeren ikke behøvede at bruge så meget energi den næste dag for at kunne oplade tilstrækkelig hurtigt. Havde man et håb om dette, bliver man skuffet. Den næste morgen var batteriet igen blevet afkølet fra over 40°C til 5°C.

Rækkevidde og anvendelig batterikapacitet

Til dette blev bilen først fuldt opladet i to komplette testcykler og derefter kørt ned til 0% SOC på den bilens skærm. Testene fandt sted på tørre veje og temperaturer lige over frysepunktet på en flad motorvejsrundstrækning omkring Leipzig. Resultaterne af begge testkørsler var næsten identiske og viste en rækkevidde på 230 km. Nextmove forventer, at 30% højere rækkevidde er muligt om sommeren på den samme rundstrækning. Det blev bemærket under begge testkørsler, at der var et lavt brugbart kWh-indhold i batteriet – bilens computer viste et brugbart indhold på 44 til 46 kWh. Bilens dokumenteter viser 55 kWh. Spørgsmålet om, hvorvidt denne værdi er brutto eller netto, fik vi ikke svar på af Tesla-support, da vi spurgte.

Vampyrtab og opladningstab

Udtrykket vampyr-tab er faktisk udelukkende forbundet med Tesla. Det henviser til bilens eget tab, når den holder stille. Det er åbenlyst, at Tesla i denne disciplin er i en liga helt for sig selv. Sandsynligvis forbruger ingen andre serieproducerede elbiler så meget strøm, når den ikke er i brug. Hvad siger Tesla selv om det?
Et kig i brugervejledningen angiver et tab på 1% pr. dag, hvor Teslas specifikationer jo for det meste beskriver de optimale forhold. I testen var der 14% tab i løbet af en uges stilstand, dvs. 2% om dagen. Afhængigt af softwarestatus og brug af f.eks. sentry-mode, alarm eller brug af Tesla-app, kan denne værdi naturligvis afvige i begge retninger. Vampyrtabene ender naturligvis ikke på forbrugsdisplayet i bilens indbyggede computer. Til bestemmelse af selve ladetabene bør vampyrtabene derfor udelukkes.

Diagram 8 – Opladningstab ved 3 forskellige opladningsformer.

Opladning med 11 kW ladeboks

Som et resultat blev bilen kørt tom fra 100% til 0% på én gang, og derefter blev energimængden til opladning målt. Den første test viste en opladning på 43,74 kWh ifølge den indbyggede computer. Opladet ved en 11 kW lader med kalibreret tæller direkte ved ladestanderen 52,12 kWh og ifølge bilen 51 kWh. På baggrund af det kalibrerede display er den ekstra lademængde på 8,38 kWh – det er kæmpe tab på 19,2%. Ikke godt! Effektive el-biler opnår værdier på 8-13% under disse forhold. Nextmove kunne ikke måle eller beregne tabene under opladningen. Afvigelserne mellem forbruget i henhold til den indbyggede computer og ladestanderens visning (og dermed det, der rent faktisk blev brugt og betalt til sidst) blev registreret. Selv den forudgående kørehastighed har indflydelse på værdierne, som Nextmove havde vist i tidligere tests.
Hvorfor har Model 3 så store tab som på 19%?
Har Tesla indbygget en ineffektiv teknologi? Nextmoves svar er NEJ. Årsagen er, at bilen ikke bryder sig ret meget om kulden. Opladningen fandt ikke sted umiddelbart efter kørslen ned til 0% SOC, men der var en nat imellem.

Opladning med Teslas mormorlader

Nextmove gik videre endnu for at få mere at vide om opladningstab. Til en anden opladningstest blev bilen igen kørt fra 100 til 0% SOC. Opladningsmængde i henhold til den indbyggede computer 45,63 kWh. Teslas UMC ”mormorladeren” til 1-faset 230V, blev derefter brugt til opladning. Laderen kan faktisk lade med 13A, hvilket vil være ca. 3 kW. Men så meget kan smelte mange stik eller stikdåser. Derfor blev den droslet ned til 10A, ca. 2,3 kW. Denne gang blev batteriet opladet direkte til det endnu 22°C varme batteri. Opladningsprocessen tog ca. 24 timer, og batteriet afkøledes til ca. 7°C, fordi natten var meget kold med -5°C. Bilen viste til slut opladet med 53 kWh. Denne gang viste laderens kWh-værdi en større afvigelse fra køretøjets tal, nemlig 56,56 kWh. Det er næsten 11 kWh ladetab (56,5645,63) i runde tal – og i procent hele 24% og dermed 10 procentpoint mere end med hjemeladeren. Med 100.000 kørte kilometer er de ekstra omkostninger ved benyttelse af mormorlader på omkring 3.750 kr. Nextmove anbefaler derfor at bruge en ladeboks til daglig og ikke mormorladeren.

Opvarmning til ingen nytte !

Diagram 9 – Opladning i kulde ved en privat ladeboks.

Om natten køler batteriet ned igen – i dette tilfælde fra 23 til 3°C. Først derefter startede opladningsprocessen. Koldt batteri betyder højere intern modstand. Dette forringer ikke kun effektiviteten under kørsel, men selvfølgelig også under opladning.

Og der skete noget underligt under opladning. Model 3 varmer først batteriet op. Faktisk er det helt unødvendigt, for ved normal AC-opladning er det faktisk sådan: “Jeg skal ingen steder”, hvilket betyder, at opladningstiden, i modsætning til på SuperCharger, er forholdsvis ligegyldig. Men tilsyneladende vil Tesla ikke oplade et koldt batteri, dvs. det er godt nok opladet, men også opvarmet. Ifølge displayet på ladeboksen ladede bilen med en effekt på ca. 11 kW, men i ca. 35 minutter er der kun ca. 7 kW, der ender i batteriet. 4 kW bruges derfor til opvarmning. I løbet af denne tid opvarmes batteriet varme/kølekredsløb til ca. 27 grader, og det store, tunge batteri følger langsomt efter til ca. 12 grader. Derefter slukkes opvarmningen, og 11 kW ender nu i batteriet. Tabene for den yderligere opvarmningsproces var omkring 2,3 kWh, men hvis man havde ladet bilen med det varme batteri straks efter kørsel, ville man ikke have fået noget ud af det. Korrektion af værdierne på grund af opvarmning resulterer derfor i 13,9% opladningstab – det er helt fint til vinteren. Om sommeren er 10% bestemt sandsynligt.

Fastlæggelse af State of Charge

Diagram 10 – Opladning med privat ladeboks. Spænding og strøm.

Hvordan ved bilen, hvor meget strøm der er tilbage i batteriet?
Dette styres af et BMS: Battery Management System. En af de vigtige parametre i denne forbindelse er spændingen. Kurven viser spændingskurven for en normal opladningsproces på en privat ladeboks i blåt.

Man bemærker en ekstrem flad kurve i det midterste område og en meget stejl i yderenderne. Efter opladningsprocessen faldt spændingen til omtrent den værdi, den havde i opladningsprocessen ved 15% SOC, og yderligere 8 timer senere var den endnu lavere.

BMS’en for M3 SR+ MIC var noget forvirret i starten (da bilen var ny), fordi Tesla tilsyneladende ikke havde lært bilerne de punkter, hvor batteriet er fyldt, og hvor det er tomt. Fra det stejlt stigende forløb af spændingen mod slutningen af opladningsprocessen kan man tydeligt se, at dette er et klart fast punkt, som BMS’en har for at fastlægge max-kapaciteten. I det nedre område er det lidt vanskeligere – først sker der i lang tid ikke noget, og så kommer spændingsfaldet pludselig og dermed også batteriets kapacitet og rækkevidden. Og bilen skal på forhånd vide, hvor dette punkt er for at kunne fastlægge restkilometerne. Tesla holder en vis reserve ved den nedre tærskel, så ingen lades i stikken.

Hvordan ser man hvilket type batteri bilen har?

Det 7. ciffer i køretøjets identifikationsnummer står for batteriet. Kinamodellerne har et F (LFP). Et E betyder lithium-nikkel-mangan-coboltceller.

Hvad medfører den aktuelle opdatering i slutningen af januar 2021?

For at se dette kørte Nextmove endnu en test den 1. februar og førte først batteriet op til ca. 35°C driftstemperatur som beskrevet og kørte bilen ned til 0% SOC i henhold til displayet og derefter opladet. Displayet viste kort en topværdi på 153 kW opladningseffekt, dvs. en betydelig stigning. Derefter faldet ladeeffekten som før hurtigt og markant. Bilen havde nået 50% efter 20 minutter og genopladet strøm til cirka 150 km vintervejskilometer. I alt tog opladningsprocessen lidt over 1 time og sluttede igen med de viste 91%, på trods af ny software og varmt batteri, der stadig er i pionerstatus. Der blev ladet ca. 50-51 kWh inklusive tab.

Hvad gør nu lithiumjernfosfatbatteriet så anderledes og specielt?

Først og fremmest er denne teknologi ny for Tesla. Tesla flytter grænserne på alt. Man er fremme i skoene og klar til at tage risici. Tesla er en mester i software og kan når som helst gribe ind i hele køretøjet og foretage forbedringer. Ifølge en rapport fra Inside-EVs bekræftede batterifirmaet CATL, at der kun var ni måneder mellem udmeldingen om Model 3 med denne batteripakke og starten på levering af LFP-batterier til Tesla. Normalt tager det mere end 2 år for den slags.

Så det virker nærmest som at flytte disse kunder over i en “Tesla First Mover Club”.

Afslutning

Tesla er den første store producent, der tør at gå denne vej med lithium-jern-fosfat-batterier i stor skala. Den eneste undtagelse er BYD i Kina. De første skridt er naturligvis ikke lette, men konkurrenter, der også ønsker at bruge LFP-batterier i billige køretøjer, vil se på Tesla med interesse. Tesla er igen en pioner på trods af de indirekte uheldige ting, vi i øjeblikket oplever.

Hvis batteriets levetid holder som forventet, vil det være næsten uforgængeligt sammenlignet med andre, og kunderne får en bil med en bekymringsfri garanti på den vigtigste komponent. På det brugte marked kan de kinesiske knaldtilbud være meget efterspurgte om få år, når garantien på batteriet er udløbet efter 160.000 km, og batterierne stadig har en meget høj rækkevidde.

Fremtiden for disse batterier ligger primært i de segmenter, hvor det handler om pris og soliditet – og ikke specielt om ydeevne. Dette er for eksempel erhvervskøretøjer, hvor der alligevel er nok plads til et større batteri. Og små biler, der ikke har brug for så meget rækkevidde og derfor ikke har brug for et stort batteri. Volkswagen forventes også at bruge LFP-celler i køretøjer fra den nye generation af små biler. Sådanne biler kører undertiden i årevis, uden at brugeren nødvendigvis ønsker hurtig opladning.

Ifølge Nextmove befinder Teslas Model 3 med LFP-celler sig i øjeblikket i en “sikker tilstand”, dvs. kør og undgå stop – om muligt. Tesla indsamler data og justerer dem derefter via softwareopdateringer.

Kunden udfører noget af udviklingsarbejdet for producenten.

Batteriet opvarmes på alle mulige måder, i det mindste under opladning, men nogle gange endnu ikke stærkt nok til at oplade det pålideligt hurtigt om vinteren. Følsomheden over for kulde vil blive ved med at være der.

Hvis man ønsker at oplade hurtigt om vinteren, skal man acceptere store tab ved at varme batteriet, og softwaren styrer også batterivarmen ved andre lejligheder uden brugerens indflydelse. I øjeblikket er der en reduceret brugbar kapacitet til at forebygge at bilen stopper. Det er naturligvis forbundet med en for tiden reduceret rækkevidde.

Nextmove antager, at bilerne vil kalibrere bedre i løbet af brug og gennem softwareopdateringer. Når udetemperaturen stiger, vil de – som alle e-biler – få længere rækkevidde. Og hurtig opladning fungerer også bedre om foråret.

Top