«Электромобильность» Bosch. Факты о технологии производства аккумуляторных батарей для гибридных и электродвигателей. Как увеличить запас хода, почему у аккумулятора больше одного рабочего цикла и как автоматическое вождение может изменить технологию создания аккумуляторов

Продолжительный срок эксплуатации, превосходное качество, высокая степень безопасности — мы ожидаем от аккумуляторных батарей высокого напряжения для гибридных и электродвигателей всего и сразу. Поэтому современные литий-ионные аккумуляторы должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать по меньшей мере 150 000 километров пробега и служить до 15 лет. Но даже прослужив автомобилю столь длительный срок, аккумулятор должен сохранить 80% своей начальной емкости и производительности. «Разработку аккумуляторной батареи высокого напряжения, которая оправдывала бы затраты, была мощной и надежной, можно сравнить со строительством космического корабля», — говорит д-р Йоахим Фетцер, член исполнительного руководства подразделения Gasoline Systems компании Robert Bosch GmbH, ответственный за «электромобильность». В течение ближайших пяти лет компания планирует запустить производство аккумуляторных батарей высокого напряжения, которые будут в два раз мощнее нынешних. В то же время идет непрерывный процесс разработки новых технологий в сфере производства аккумуляторов.

Разработки. На пути к следующему поколению литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионная технология. У литий-ионной технологии сохраняется достаточно высокий потенциал, чтобы заявить о себе в будущем. Удельная энергоемкость современных аккумуляторов составляет примерно 115 Вт-ч/кг, но по потенциалу могла бы достигать 280 Вт-ч/кг. В целях проведения исследования, касающегося будущих поколений литий-ионных аккумуляторов, Bosch объединил усилия с GS Yuasa и Mitsubishi Corporation. Три компании создали совместное предприятие под названием Lithium Energy and Power. «Целью создания этого объединения было проведение работы по увеличению мощности литий-ионных аккумуляторных батарей в два раза», — говорит Фетцер. Специалисты GS Yuasa применили свой опыт в области оптимизации источников тока для создания аккумуляторов с повышенной удельной энергоемкостью и запасом хода. Компания Bosch поделилась своими экспертными знаниями в области комплексных систем управления АКБ и интеграционных систем.

Будущее литий-ионных аккумуляторов. Корпоративное исследовательское подразделение Bosch работает над созданием аккумуляторов, которые могли бы прийти на смену литий-ионным источникам энергии. Для этого, например, исследуется серно-литиевая технология, которая сулит большую удельную энергоемкость. По оценкам специалистов Bosch первое поколение таких аккумуляторов поступит в серийное производство не раньше середины следующего десятилетия.

Прогресс. На 10% больше запаса хода благодаря системе управления АКБ

Работа отдельных элементов. Существует несколько способов улучшить эффективность работы аккумуляторов. Так, очень важную роль играют материалы, которые используются для изготовления анода и катода. Большинство современных катодов состоит из никеля, кобальта и марганца или из никеля и карбоксиангидрида, тогда как аноды производят из графита, мягкого или плотного углерода или кремнеуглерода.

Напряжение. Электролиты высокого напряжения могут повысить эффективность работы батареи, подняв напряжение аккумуляторов с 4,5 до 5 вольт. Техническая трудность состоит в том, чтобы обеспечить безопасность и долгий срок службы таких батарей.

Управление аккумуляторной батареей. Говоря об аккумуляторных батареях с высокой эффективностью, Bosch прежде всего ориентирован на непрерывный мониторинг и управление как отдельными элементами, так и всей системой в целом. Для надежного движения потоков энергии высоковольтную батарею требуется оснастить соответствующим обеспечением. Управление могут осуществлять до десяти микроконтроллеров, подключенных к общей цепочке данных CAN. Высокотехнологичная система управления батареей позволяет увеличить запас хода до 10% без изменения состава самих аккумуляторов.

Инфраструктура. Влияние автоматизированных систем управления на технологию производства аккумуляторов

Пункты быстрой подзарядки. При наличии пунктов быстрой зарядки электромобилей изменились бы и аккумуляторные технологии. Ведь чем быстрее можно подзарядить аккумуляторную батарею, тем менее важен запас хода, который она может обеспечить автомобилю.

Автоматическое вождение. Полностью автоматизированные автомобили делают процесс подзарядки аккумуляторной батареи гораздо проще, так как они могут найти пункт подзарядки без какого бы то ни было участия водителя. Механика процесса была продемонстрирована в ходе проекта V-Charge, инициированного Bosch, VW и рядом европейских университетов. Идея проекта заключается в следующем: приехав на парковку, водитель может оставить автомобиль и с помощью мобильного приложения отправить его к месту зарядки. Как только владелец вернется, он сможет вызвать автомобиль и тот подъедет к определенному месту. Возможны и другие варианты реализации проекта. Например, водитель может получить автомобиль на стоянке прокатной компании, «вызвав» его по телефону прямо к месту выдачи. Корпоративные парки фактически являются еще одной сферой, предъявляющей свои требования к аккумуляторам. Ведь в этой области автомобили обычно вырабатывают свой ресурс гораздо быстрее 15 лет, отводящихся на «жизненный цикл» аккумулятора.

Три «жизни» АКБ. Автомобиль — это только первый шаг для аккумуляторных батарей высокого напряжения

Стадии «жизненного цикла» аккумулятора. Прокатный электромобиль, который получает большой пробег за краткосрочный интенсивный период эксплуатации, нуждается в новой аккумуляторной батарее с полной емкостью и работоспособностью. В то время как бывшая в эксплуатации батарея может так же хорошо служить в автомобиле, использующемся от случая к случаю для кратковременных поездок. При этом она может снизить стоимость электромобиля. И даже по истечении 12 лет — среднего срока эксплуатации автомобиля — аккумуляторы сохраняют 80% своей начальной емкости. Это означает, что они могут выполнять свои функции, например, в качестве отдельного накопителя энергии.

«Вторая жизнь». Совместный проект Bosch, BMW и Vattenfall. В ходе проекта в Гамбурге использованные аккумуляторы от электромобилей были соединены вместе, чтобы стать частью впечатляющего накопителя энергии. В течение нескольких секунд он может обеспечивать потребителей электроэнергией, помогая стабилизировать сеть. Работая вместе над этим проектом, Bosch, BMW и Vattenfall также развивали идею электромобильности и сохранения энергии.