Project omschrijving

20 mei 2020 – Zoals beloofd vandaag de eerste beschouwing op één van de actuele ontwikkelingen.

We gaan het hebben over batterijdag, ofwel “batteryday”.

Wat bedoelen ze daar nu precies mee?

Kort gezegd een bijeenkomst voor aandeelhouders, maar met livestream naar iedereen die interesse heeft, met de ontwikkelingen op het gebied van de batterijen als (hoofd)onderwerp.

Het is algemeen bekend dat Tesla druk bezig is met de ontwikkeling van batterijen.
Het succes van elektrische auto’s is in grote mate afhankelijk van de kwaliteit, de prestaties en vooral de prijs van de batterij.

Voordat Tesla begon bestond het veld uit drie soorten auto’s.

1) We hadden de alom bekende brandstofauto’s met zijn varianten zoals benzine en diesel.

2) Vanuit milieuoverwegingen zagen we de hybride opkomen. Toyota heeft met de Prius wat dat betreft baanbrekend werk gedaan. Het was ook een slim idee.
Eenvoudig samengevat: vang een deel van de normaal verloren energie op en gebruik die weer.
De Prius was uitgerust met een elektromotor en een (kleine) batterij.
Bij het remmen nam de, dan als generator geschakelde elektromotor het over en zette een deel van de remenergie om in elektriciteit die in de batterij werd opgeslagen. Bij het optrekken werd deze elektriciteit gebruikt door diezelfde motor waardoor er minder brandstof nodig is.

3) De derde variant was de puur elektrische auto. Het meest bekend was toen de Nissan Leaf, die het bereik tot boven de 100 km bracht en daardoor de auto (enigszins) bruikbaar maakte voor de praktijk.

Bezwaren tegen elektrische auto’s

Dat bereik is echter lang de achilleshiel geweest van de elektrische auto (en voor sommigen is het dat nog steeds).
Als brandstofauto’s 600 km op een tank kunnen rijden en dan in twee minuten weer vol zijn getankt is een elektrische auto met 100 km bereik en lange laadtijd niet echt “je van het”.
Daarnaast hadden elektrische auto’s toch ook het imago van een golfkarretje en werden in verband gebracht met “geitenwollen sokken”

Uitdagingen

Misschien een wat lange inleiding maar hier zien we hoe de situatie was toen Tesla aan het werk ging en waar de uitdagingen lagen.
Dat waren er twee:

  • Zorg dat het imago van het “golfkarretje” verdwijnt en
  • doe iets aan dat kleine bereik

Roadster

De eerste Roadster maakte korte metten met beide vooroordelen, maar was een peperdure auto die maar in kleine aantallen werd gemaakt en dus voor een select groepje was. Maar het was wel een uitstekende elektrische auto met ook een groot bereik.
Doordat de auto ook thuis kon laden was de lange laadtijd meer een theoretisch dan een praktisch probleem.

Model S

Met de Model S veranderde dat. Deze auto werd in grotere aantallen gebouwd, was (relatief) betaalbaar en was ook als gezinsauto praktischer dan de sportwagen Roadster, een tweezitter.

Met de Model S kwamen ook de productielijnen voor de batterijen. De batterij (eigenlijk duizenden batterijen die waren samengevoegd in een “batterypack”) was het duurste onderdeel van de auto.
Daardoor waren zowel Model S als de later geïntroduceerde Model X toch nog niet de elektrische auto’s voor de massa.

Het was duidelijk dat er met alle macht gewerkt moest gaan worden aan de batterij.

Kernpunten

  • De batterij moet lang(er) mee gaan
  • De batterij moet meer energie kunnen opslaan
  • De batterij moet sneller kunnen laden
  • De batterij moet lichter worden
  • De batterij moet minder vervuilend gemaakt worden
  • De batterij moet recyclebaar zijn
  • De batterij moet goedkoper worden

Dit is in feite ook het lijstje waar de critici mee komen als ze bezwaren tegen elektrische auto’s opsommen.

Situatie anno nu

Er is al veel veranderd.
Als we kijken naar de statistieken bij Model S, mooi bijgehouden door Maarten Steinbuch, zien we dat de levensduur van de batterij al ergens boven de 500.000 km ligt.
Dat (mooie) resultaat is in belangrijke mate te danken aan het batterijmanagement, niet meer (of minder) dan een zowel software- als hardwarematige bescherming van de batterij.
Zo regelt dat management het minimum en maximum toe te laten laadpercentage (brick), de temperatuur van de batterij en de optimale (en maximale) laadsnelheid onder diverse omstandigheden.

Nu duidelijk is dat de batterij het “hart” van een elektrische auto is begrijpen we waarom er zoveel research in wordt gestoken, met name door Tesla.
We zien in de media bijna doorlopend speculaties rond de vraag “hoever is men”.

Levensduur

Elon Musk geeft hier voeding aan in zijn tweets waarin hij (bij herhaling) spreekt over een batterij die 1.000.000 mijl (ofwel 1.600.000 km) mee zal gaan.
Stel je het eens voor? Je rijdt 20.000 km per jaar. Dan duurt het 80 jaar voordat de batterij een storend verlies aan capaciteit laat zien. De batterij is dan niet kapot maar komt misschien niet verder dan 80% van zijn oorspronkelijke capaciteit.
Dan kan hij natuurlijk nog ingezet worden bij andere toepassingen, maar waar hebben we het over?
“Wanneer?” Dat is de actuele vraag.

Grondstoffen en belasting van het milieu

In batterijen, of het nu om een batterij voor een auto gaat of voor je telefoon, zit kobalt.
Kobalt heeft geen goede reputatie, met name door de wijze waarop het gewonnen wordt.
Nu komt kobalt allang niet meer alleen uit de mijnen met kinderarbeid, maar het blijft beter (en uiteindelijk ook veel goedkoper) als je het zonder kobalt kunt doen.
Als we nu naar de praktijk kijken dan is Tesla al zover dat de hoeveelheid kobalt in een batterij al is teruggebracht tot ongeveer een vierde van wat andere batterijfabrikanten, zoals Volkswagen, nodig hebben. Enkele malen heeft Elon Musk al genoemd dat er wordt gewerkt aan batterijen waarin helemaal geen kobalt meer wordt verwerkt.
“Wanneer?” dat is de actuele vraag.

De prijs van batterijen

Batterijen zijn duur.
Wat is een goede graadmeter? We kijken dan naar de capaciteit van een batterij.
Hoeveel energie kan een batterij opslaan? De aanduiding daarvoor is kilowattuur (kWh).

In het begin nam Tesla deze aanduiding mee bij de vermelding van het type, zo hadden we in het begin de 85 en de P85 en we kennen de 90D en de 100D (waarbij de D staat voor Dual Motor, ofwel vierwielaandrijving).  De getallen staan dan voor de capaciteit (in kWh) van de batterij. Later heeft Tesla die aanduidingen losgelaten en heeft men het over Standard range en Long range.

Waarschijnlijk speelt daarbij ook mee dat het bruikbare deel van de batterij (flink) kan afwijken van het aangegeven aantal kWh.
Enerzijds zorgt het batterijmanagement ervoor dat er een reserve blijft die niet gebruikt wordt en anderzijds kan de aanduiding, die altijd afgerond was, ook verschillen van de werkelijke capaciteit (1.600 cc was ook nooit precies 1.600 cc).
Tenslotte kan in het gebruik de capaciteit afnemen. Ook al gaat het om een paar procenten.

Prijs vaststellen

Als we de capaciteit kennen en we weten wat de batterij in zijn geheel kost dan kunnen we de prijs per kWh opslagcapaciteit bepalen.
Hoe lager deze prijs, hoe minder duur de batterij.
Hoe minder duur de batterij, hoe minder duur de auto.
De batterij bepaalt het prijsverschil tussen een brandstofauto en een elektrische auto dus hoe lager de batterijprijs, hoe eerder het prijsverschil verdwijnt en de elektrische auto in het voordeel komt.
Deze prijs zal uiteindelijk tot dik onder de $ 100 per kWh gaan dalen.
“Wanneer?”dat is de actuele vraag.

Het bereik

In de beleving is voor velen nog steeds de brandstofauto in het voordeel vanwege het grotere bereik.
Met een benzineauto is dat meestal al meer dan 500 km en een diesel kan nog wel een aantal honderden kilometers verder komen voordat er getankt moet gaan worden.
Dat verschil zien we gelukkig kleiner worden.
Als je nu een Model S koopt in de Long Range versie dan heb je een opgegeven bereik van 610 km (in de praktijk is 500 km zeker realistisch).

Efficiëntie

Bereik heeft te maken met de hoeveelheid beschikbare energie (kWh) en met de maner waarop deze wordt ingezet in kilometers.

Daarbij komt het aan op de te overwinnen weerstand, voornamelijk luchtweerstand, en de efficiëntie van de aandrijflijn. Daarnaast ook het verbruik van andere componenten zoals de airco/verwarming.

Laadtijd

Wat dan nog rest zijn de steeds terugkerende opmerkingen dat het laden lang duurt (in vergelijking met een brandstofauto die je in een paar minuten weer vol hebt) en dat je (daardoor) niet goed kunt reizen.

Ook dit verandert heel snel. Op de eerste plaats kan een elektrische auto iets wat een brandstofauto (gelukkig maar) niet kan.
Een elektrische auto kan worden opgeladen wanneer hij geparkeerd staat, zoals thuis in de garage of op de oprit, bij een laadpaal langs de stoep of tijdens het winkelen.

Daardoor gaat het niet meer om de vraag “hoe lang duurt het laden?” maar om de vraag “hoeveel tijd ben je kwijt aan het laden?”. Het duurt even voordat dit “Omdenken” plaatsvindt.

Wanneer je alleen maar hoeft in te pluggen en de ochtend erop weer uitpluggen gaat het om een tijdsbesteding van twee keer een paar seconden. Wanneer je dan genoeg hebt voor je hele dagprogramma, wat met het toenemende bereik steeds vaker zal voorkomen, ben je veel minder tijd kwijt dan wanneer je één keer per dag, of om de twee dagen, naar een benzinestation moet gaan om te tanken.

Reizen

Wat het reizen betreft praten we over de situatie dat je meer moet rijden dan het bereik van de auto is.
Denk aan vakanties of een drukke dag waarop je meerdere relaties moet bezoeken en je over de beschikbare capaciteit heen schiet.
Dan is het belangrijk dat je onderweg snel kunt bijladen.

We kennen allemaal de Supercharger, een netwerk van meer dan 400 stations dat heel Europa omvat.

Hoe lang duurt het laden dan?

Dat is een realistische vraag.
Het gaat er daarbij om hoe snel de batterij vol is.

Daarbij zijn twee aspecten van belang:

Stroomsterkte

Hoe sterk is de stroom die de Supercharger af kan geven en hoeveel kan de auto aan, waarbij we moeten bedenken dat naarmate batterij voller raakt, de laadsnelheid afneemt.
Ook hier gaan de ontwikkelingen snel. ter vergelijking, de eerste Superchargers hadden een vermogen van 105 kW terwijl men nu bezig is met de uitrol van versie 3, waarbij het vermogen 250 kW.

Hoe lang wordt die snelheid volgehouden

Dat ziet er mooi uit, maar dan de vraag of, en hoe lang, de auto deze laadsnelheid kan vasthouden.
En dan zijn we weer terug bij de vraag naar de capaciteit van de batterijen.
Anders gezegd: Laten deze een hoge laadsnelheid toe over een langere periode zonder dat de batterijen hiervan schade kunnen ondervinden. Denk bij dit laatste aan de warmteontwikkeling, de kans op beschadigingen en, de belangrijkste, de levensduur van de batterij.
Al deze aspecten spelen een rol.

Spanning loopt op

In de afgelopen periode is, door hints en aankondigingen, de spanning opgelopen.

– Hoe ver is Tesla nu echt?
– Wanneer gaan we grote doorbraken zien?
– Komen er nog nieuwe producten bij?

Autonomy day

Eerder werd voor de aandeelhouders een evenement georganiseerd waarin de stand van zaken rondom het autonoom rijden (zelfrijdende auto) werd toegelicht, waar we in een volgende longread aandacht aan geven. Ook daar gebeurt veel.

Autonomy Day was een bijeenkomst, die ook via livestream was te volgen, waar op heel transparante wijze werd verteld hoe ver men ermee is, waar de bottlenecks zitten en vooral wat de gedachte erachter is.

Eenzelfde bijeenkomst is aangekondigd voor batterijen. In eerste instantie ging het om batterijen en de drivetrains maar recent is aangegeven dat het voornamelijk over de batterijen zal gaan.

De planning was dat deze bijeenkomst in april zou plaatsvinden maar vanwege de coronaproblematiek is dat uitgesteld.
Even is gesproken over een soort van webinar maar uiteindelijk kiest men voor een bijeenkomst met publiek.

Er is nog geen datum.

De verwachting is wel dat er belangrijke aankondigingen gaan komen die betrekking hebben op wat hierboven is geschetst.
Enkele malen is besloten met: “Wanneer?”dat is de actuele vraag.

De verwachtingen zijn hoog gespannen en er wordt reikhalzend uitgekeken naar “Batteryday”.

Misschien zei het begrip je (nog) niet veel en dan hopen we dat deze longread met alle achtergronden nuttig voor je is en dat je ook nieuwsgierig gaat uitkijken naar Batteryday.

(Volg de Twitterkanalen onderaan onze homepage, daar komen direct de nieuwtjes te staan, uit eerste hand.)