Тренди автомобільних батарей: гра в тетріс
Більший запас ходу електромобіля не завжди вимагає громіздких акумуляторів, цього можна досягти правильно розмістивши накопичувач енергії.
Хороша хімія – це ще не все, коли справа доходить до акумуляторів для електромобілів – їх також потрібно вміло зберігати. Тому що чим більше енергозберігаючих активних матеріалів ви отримаєте в автомобілі, тим більший запас ходу. Виробники все частіше змінюють класичний модульний дизайн на більш компактний варіант. Але справжня революція ще попереду.
Основними компонентами тягової батареї електромобіля є окремі елементи батареї. Традиційно, наприклад, вони об’єднуються в модулі, з’єднуються між собою і поміщаються в більш-менш громіздкий корпус. Ці модулі, які легко транспортувати та використовувати, утворюють батарею. VW, наприклад, збирає від семи до дванадцяти з них, з’єднує їх, а потім поміщає в інший, більший корпус. Зрештою початковий елемент потрапляє в машину в подвійній упаковці та кілька разів зʼєднаний кабелями. Це не дуже ефективно.
Технологія Cell-to-pack: як це працює
Китайська компанія CATL була першим виробником акумуляторів, який відмовився від цієї надлишкової конструкції в 2019 році. Так звана технологія cell-to-pack просто пропускає звичний модульний рівень і збирає готовий акумуляторний блок безпосередньо з окремих елементів. Таким чином можна заощадити з’єднувальні елементи, механічні компоненти та пластикові деталі. Додатково це звільняє простір для активних матеріалів – і, як результат, ми отримуємо більше місця для зберігання енергії. Ємність акумулятора збільшується при тому ж обсязі. А разом з ним і запас ходу електромобіля.
Середня акумуляторна батарея для електрокарів містить лише 50 відсотків активних матеріалів, тобто хімічно активних компонентів. На кожен грам ваги анода, катода та електроліту припадає додатковий грам клею, гвинтів і упаковки. Технологія Cell-to-pack значно покращує співвідношення. Правда, на шкоду ремонтопридатності. У модульній батареї дефектні модулі можна видалити та замінити, принаймні теоретично. А батареї Cell-to-pack, з іншого боку, повинні бути замінені повністю, якщо вони зламалися. На додаток до простішої логістики та легкого використання, це найважливіша причина, чому автомобільна промисловість так довго дотримувалася модульної конструкції.
Зміна стратегії
Але останнім часом стратегія змінилася. Не в останню чергу і тому, що заміна модуля в автомобілях клієнтів навряд чи відіграє роль на практиці – чи то з практичних міркувань, чи через низьке співвідношення витрат і вигод. Натомість вага акумулятора, об’єм і щільність енергії стають все більш важливими. Окрім Tesla та китайського гіганта електромобілів BYD, VW також оголосив, що в майбутньому має намір використовувати батареї cell-to-pack. Нова технологія, ймовірно, буде використана в середині десятиліття в новій електронній архітектурі групи, яка розробляється в рамках проекту Artemis. Серед іншого, це стосується елітних автомобілів Audi та Bentley.
У довгостроковій перспективі «cell-to-pack» може бути лише проміжним кроком. Тому що замість того, щоб спочатку упаковувати елементи в акумуляторний ящик, а потім упакувати весь пакет в автомобіль, їх також можна помістити безпосередньо в кузов автомобіля. Cell-to-chassis — це назва цього підходу, який ще не використовувався в серійному виробництві. Таким чином, ємність акумуляторів із порівнянною вагою та вимогами до простору може бути збільшена приблизно на чверть порівняно з модульною конструкцією. Якщо також врахувати майбутні вдосконалення акумуляторної хімії, то запас ходу в 700 кілометрів може стати стандартом. Для порівняння – сьогодні це 300-400 кілометрів.
Недоліки технології cell-to-chassis
Однак технологія «cell-to-chassis» має не лише переваги. Якщо можливість ремонту вже обмежена технологією cell-to-pack, то вона навряд чи доступна при у випадку інтеграції акумуляторних комірок в структуру автомобіля. Існують також проблеми, які необхідно вирішити з точки зору переробки та безпеки під час аварій. Наприклад, виникає практичне питання, де пожежна бригада може використати ножиці для кузова, щоб вивільнити жертву ДТП із автомобіля, коли висока напруга може бути небезпекою в кожній стійці кузова. Якщо простір для установки потрібно використовувати якомога ефективніше, зусилля на розробку платформ транспортних засобів також збільшуються. У той же час стратегія спільних уніфікованих частин втрачає свою сутність. Навіть система заміни акумуляторів, яку китайський виробник автомобілів Nio зараз намагається запровадити в Європі, не працює з високоінтегрованими елементами.
Це не єдина причина, яка заважає використовувати батареї типу «елемент-шасі» для автомобілів масового виробництва. Витрати та зусилля можуть обмежити їх використання спортивними автомобілями або розкішними автомобілями для поїздок на великі відстані. Такий варіант також цікавий для літаків. Звичайні автомобілі зможуть впоратися і зі стандартизованими пакетами для акумуляторів у повсякденному житті, якщо запас ходу буде збільшено за рахунок хімії елементів і усунуто прогалини в інфраструктурі зарядки.
