В предыдущей статье мы сравнили плотность энергии многих аккумуляторных батарей, используемых в популярных электромобилях. Большинство батарей были либо NCM 523, либо NCM 622, и в среднем имели гравиметрическую плотность энергии от 140 до 150 Втч/кг, что разочаровывает, учитывая, что это намного меньше, чем то, что мы получаем на уровне элемента (230-250 Втч/кг).
Плохая гравиметрическая плотность энергии современных аккумуляторов для электромобилей может быть объяснена ненужной сложностью, и в этой статье мы увидим простое решение, позволяющее сделать аккумуляторные блоки проще, безопаснее, дешевле и с большей энергоемкостью.
Во-первых, чтобы дать вам немного контекста, мы посмотрим, где мы сейчас.
В настоящее время аккумуляторные блоки похожи на матрешек, внутри них у нас есть модули, а внутри модулей у нас есть важные вещи, которые хранят энергию, аккумуляторные элементы. Это означает, что вес аккумуляторных элементов представляет собой лишь часть общего веса аккумуляторов.
Давайте рассмотрим несколько примеров GCTPR (гравиметрическое соотношение элементов и блоков), чтобы лучше понять, насколько неэффективными с точки зрения веса являются современные аккумуляторные блоки.
Renault ZOE (старый аккумулятор ZE 40)
Эта батарея весит 305 кг, из которых 185 кг (61 %) приходится на элементы. Остальные 120 кг (39 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
Renault ZOE (новый аккумулятор ZE 50)
Эта батарея весит 326 кг, из которых 206 кг (63 %) приходится на элементы. Остальные 120 кг (37 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
Nissan LEAF (аккумулятор 40 кВтч)
Эта батарея весит 303 кг, из которых 175 кг (58 %) приходится на элементы. Остальные 128 кг (42 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
Nissan LEAF (аккумулятор 62 кВтч)
Эта батарея весит 410 кг (оценка), из которых 263 кг (64 %) приходится на элементы. Остальные 147 кг (36 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
BMW i3 (аккумулятор 94 Ач)
Эта батарея весит 256 кг, из которых 193 кг (75 %) приходится на элементы. Остальные 63 кг (25 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
BMW i3 (аккумулятор 120 Ач)
Эта батарея весит 278 кг, из которых 215 кг (77 %) приходится на элементы. Остальные 63 кг (23 %) веса составляют металлические корпуса, кабели, BMS (система управления батареями) и TMS (система терморегулирования).
Как я уже неоднократно говорил, батарея BMW i3 — моя любимая батарея для электромобиля.
Вот почему:
Аккумуляторный салон BMW i3
Аккумулятор BMW i3 имеет самый высокий GCTPR (гравиметрическое соотношение элементов к аккумулятору) среди обычных аккумуляторов для электромобилей благодаря своей простоте. Несколько больших призматических ячеек, соединенных последовательно, требуют меньше кабелей и корпусов для модулей.
GCTPR 77 % — это очень хорошо для обычного аккумуляторного блока, однако он может быть еще лучше с технологией CTP (cell-to-pack).
С технологией CTP вместо того, чтобы размещать аккумуляторные элементы внутри модулей, а затем модули внутри аккумуляторных блоков, мы полностью удаляем модули. В итоге мы получаем длинные призматические аккумуляторные элементы, соединенные последовательно, которые помещаются в массив, а затем вставляются в аккумуляторный блок, что делает его настолько простым, насколько это возможно.
У различных китайских производителей аккумуляторных элементов, таких как BYD, CATL и SVOLT, уже есть собственные версии аккумуляторных блоков CTP.
BYD
Аккумулятор BYD Blade с технологией CTP
Простота BYD Blade Battery видна на изображении выше. Представьте, как просто собрать или заменить элементы в этом аккумуляторе. BYD говорит, что в этой батарее не менее 100 элементов (все соединены последовательно).
Более того, аккумуляторные блоки с технологией CTP, изготовленные из безкобальтовых элементов LFP/LFMP, достигают уровней плотности энергии около 140-160 Втч/кг, что эквивалентно тому, что мы в настоящее время получаем с аккумуляторами для электромобилей, изготовленными из более дорогих и менее безопасных NCM 523 и NCM 523. Ячейки NCM 622.
CTP — это еще один технологический прорыв, который способствует возвращению аккумуляторных элементов LFP в электромобили. Я думаю, что теперь можно не сомневаться, что аккумуляторные элементы LFP/LFMP будут играть важную роль в массовости электромобилей.
Особенности BYD Blade Battery:
Это означает, что в аккумуляторной батарее BYD Blade аккумуляторные элементы составляют 62,4 % объема и 84,5 % веса. Стандартные аккумуляторные батареи, изготовленные из модулей, имеют в среднем VCTPR 40 % и GCTPR 60 %.
BYD раскрывает объемное и гравиметрическое соотношение элементов и батарей в новых аккумуляторных батареях
Тем не менее, BYD Blade Battery предназначен не только для увеличения плотности энергии батарейных блоков. Что касается безопасности, эту батарею сложно превзойти. Мало того, что химия LFP/LFMP чрезвычайно безопасна сама по себе, длинная прямоугольная форма ячеек обеспечивает большую площадь охлаждения и снижает способность выделять тепло при коротком замыкании.
Испытание на проникновение гвоздя с помощью BYD различных аккумуляторных элементов
Кроме того, что действительно интересно, так это то, что нам не придется ждать годы, чтобы увидеть внедрение этой технологии. Предстоящий электромобиль BYD Han EV поступит в продажу в июне этого года и будет оснащен аккумуляторной батареей BYD Blade.
<цитата>
Han EV, флагманская модель седана BYD, выпуск которой запланирован на июнь, будет оснащен аккумуляторной батареей Blade. Новая модель возглавит семейство Dynasty с запасом хода 605 км и ускорением от 0 до 100 км/ч всего за 3,9 секунды.
BYD Han EV — действительно интересный электромобиль, пробег в 605 км в NEDC должен соответствовать примерно 450 км (280 миль) в более реалистичном цикле испытаний WLTP.
BYD Han EV с аккумуляторной технологией CTP
Хотя электромобили BYD еще не очень популярны за пределами внутреннего рынка Китая, электрические автобусы BYD уже чрезвычайно популярны во всем мире, и эти электромобили, вероятно, получат батареи CTP в будущем.
Цели BYD по плотности энергии :140–160 Втч/кг для безкобальтовых химикатов LFP/LFMP
CATL
Технология CATL CTP
В то время как BYD больше сосредоточена на безкобальтовых батареях LFP/LFMP, CATL работает в двух направлениях и хочет применить технологию CTP не только к безкобальтовым батареям LFP/LFMP, но и к более энергоемким батареям NCM.П>
CATL уже производит аккумуляторные батареи CTP для китайского автопроизводителя BAIC.
BAIC EU5 EV с аккумуляторной технологией CTP от CATL
Цели CATL по плотности энергии :145–160 Втч/кг для безкобальтовых химикатов LFP/LFMP и 200 Втч/кг для химий NCM
SVOLT
Технология SVOLT CTP
SVOLT стремится применить технологию CTP к более энергоемким батареям NCMA. К сожалению, об этом мало информации.
Цели SVOLT по плотности энергии :свыше 200 Втч/кг для NCMA химикатов
Подводя итоги.
Это всего лишь вопрос времени, когда CTP станет основной технологией для создания более простых, безопасных, дешевых и энергоемких аккумуляторов. Кроме того, нам не нужно ждать годами, чтобы получить аккумуляторы без кобальта с достойной плотностью энергии, которые являются чрезвычайно безопасными и дешевыми. Батарея BYD Blade действительно впечатляет. У Уоррена Баффета есть причины радоваться своей ставке на BYD много лет назад.
Кроме того, стоимость кВт·ч аккумуляторов LFP/LFMP без кобальта примерно на 20 % ниже, чем у аккумуляторов с высоким содержанием никеля, таких как NCM 811. Тем не менее, даже без аккумуляторных элементов LFP/LFMP Volkswagen уже имеет стоимость кВт·ч ниже 100 евро, что доказывает, что автопроизводители могли бы сделать электромобили с приличным запасом хода доступными прямо сейчас, если бы были заинтересованы в их продаже.
Дорожная карта стоимости аккумуляторов от Volkswagen
В любом случае, мне действительно интересно узнать больше о реализации технологии CTP в SVOLT и CATL. На данный момент у нас есть более подробная информация о собственной версии CTP от BYD.
Кроме того, мне также интересно, сколько времени потребуется корейским производителям аккумуляторных элементов, чтобы осознать важность безкобальтовых аккумуляторов и начать их производство. В настоящее время китайские компании, такие как BYD и CATL, являются неоспоримыми экспертами в области химии. Однако было бы здорово увидеть, как LG Chem и Samsung SDI работают над улучшением химии LFMP.
Наконец, я очень оптимистичен и ожидаю, что в ближайшем будущем (один или два года) большинство электромобилей будут доступны с аккумуляторными батареями LFMP (оптимизированными по цене) и NCMA (оптимизированными по запасу хода), изготовленными с использованием простой технологии CTP.П>
Умные, простые и стильные советы по настройке Porsche
Батарея на миллион миль:не только для электромобилей
10 лучших автомобильных аккумуляторов на 2022 год
Гарантийное покрытие аккумуляторов для гибридных автомобилей и электромобилей
Типы и размеры автомобильных аккумуляторов