Задвижващите батерии са сърцето на електрическите автомобили. В Porsche животът и надеждността на високоволтовите системи са проектирани така, че да съответстват на тези на двигателите с вътрешно горене: поне 15 години или 300 000 км.
Процесът на стареене на батерията е неизбежен, но може да бъде повлиян. През първите две до 12 месеца една литиево-йонна клетка обикновено губи между един и пет процента от капацитета си. Експертите наричат това „първоначален спад“, а Porsche взема предвид този физичен ефект, като гарантира, че новопроизведените батерии имат енергийно съдържание, което вече отчита това намаление. В резултат на това ефективното състояние на батерията (State of Health) намалява много по-бавно.
Ключови параметри са температурата на батерията, нивото на заряд, състоянието на стареене и зарядният ток. Установено е, че оптималните условия са температури под 30 градуса по Целзий и ниво на заряд под 90 процента (когато автомобилът е паркиран за по-дълги периоди). За да постигне това, Porsche използва патентована технология за бързо зареждане в своите електрически спортни автомобили за наблюдение и контрол.
В рамките на една батерийна клетка електромеханичните процеси влияят на стареенето. По време на зареждане литиевите йони се движат през мембраната от катода към анода, където частиците се разпространяват. При разреждане процесът е обратен и частиците на анода се свиват. Електрическото съпротивление на клетката се увеличава по време на зареждане, докато батерията се запълва. При разреждане то намалява с понижаване на нивото на заряд.
Технология на батериите в детайли
Карлос Алберто Кордова Тинео, който работи в отдела за разработка на батерийни клетки и бързо зареждане в Porsche, обясни, че батериите всъщност искат да бъдат разреждани и трябва да бъдат принуждавани да се зареждат. Той уточни, че когато се говори за бързо зареждане, се има предвид въвеждането на литий в анода.
За да илюстрира това, той използва примера с ресторант. Първо се определя работно време. След това има различни сценарии – или посещението е спонтанно решение, или вече има резервация. С резервация се влиза директно, без да се чака на опашка. При спонтанно решение влизат в действие няколко фактора: капацитетът на ресторанта, колко свободни места има, размерът на вратата, за да се определи колко души могат да влязат едновременно, и дали вече има опашка.
Ако тези аспекти се съотнесат към различните характеристики на процеса на зареждане, отварянето на ресторанта би било сравнимо с температурата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-широко се отваря вратата, което позволява на повече хора да влязат едновременно. С падането на температурата отворът се стеснява, което затруднява едновременното влизане.
Друга точка за сравнение е възрастта на батерията. Продължавайки с примера, капацитетът на ресторанта е намален от 100 на 80 места. Ако много хора решат да посетят този ресторант по едно и също време, се образува опашка, защото няма достатъчно свободни места. Нивото на заряд на батерията може да се сравни с вече заетите места в ресторанта. И двата фактора правят опашката на вратата все по-дълга. А колкото по-дълга е опашката, толкова по-малка е мотивацията изобщо да се посети ресторантът.
Той продължи, че при литиево-йонните батерии това е отлагането на метален литий, който вече не е наличен за съхранение на енергия. Този процес е известен като „lithium plating“. Механичното натоварване на частиците при интензивна употреба на батерията може да доведе до напукване на обвивката им или до тяхното разрушаване, което води до загуба на литий. Това от своя страна също намалява капацитета на батерията.
Удължаване на живота на батерията
За Porsche винаги е било и остава важно да намери начин да направи достъпа до метафоричния „ресторант“ възможно най-лесен. Това означава избягване на негативни ефекти, за да се гарантира дълготрайността на батериите. Интелигентното управление на батерията и здравата химия на клетките са перфектните решения.
Porsche е разработила алгоритъм за управление, базиран на навиците на клиентите. Кордова Тинео добави, че те знаят, че клиентите избират бързо зареждане само в около 15% от случаите. Въпреки това, в стрес тестовете си компанията далеч надхвърля това и зарежда бързо батерията в 50% от всички цикли. Тестовете за продължителност на живота симулират също променящи се околни температури и динамично шофиране. Тестват се и екстремни условия като излагане на топлина от 60 до 100 градуса по Целзий. Накрая се симулира много голям брой цикли на зареждане при различни пробези между 160 000 и 300 000 км.
За актуалния Taycan интензивната работа по тестване вече се е отплатила. Неговите подобрени клетки предлагат увеличена производителност и намалено съпротивление. За оптимизиране на температурния контрол е интегрирано пасивно охлаждане в клетъчните модули. Нова охлаждаща плоча с увеличен капацитет на охлаждане от 6 на 10 кВт подобрява устойчивостта при високи температури. Нови шини за електрическо свързване на клетките позволяват по-високи токове.
Резултатът е, че времето за бързо зареждане от 10 до 80 процента е намалено от 21,5 минути за първото поколение Taycan на 18 минути за актуалния модел, въпреки увеличения капацитет. Мощността на зареждане също е увеличена от 270 до 320 кВт. В допълнение, минималната начална температура за бързо зареждане е понижена от 25 на 15 градуса по Целзий.
Кратко време за зареждане, отлична производителност, максимална безопасност
Кратките паузи за зареждане в крайна сметка намаляват времето за пътуване. В допълнение към дългия живот на батерията, минималния въглероден отпечатък, максималната безопасност и винаги първостепенната динамика на шофиране, това са били ясни цели за разработчиците на електрическия транспорт в Porsche.
Значително подобрение в динамиката на шофиране е постигнато чрез увеличаване на разрядния ток от 860 на 1100 ампера. Това позволява по-бързо и по-мощно ускорение. Въпреки по-високия брутен капацитет на батерията, от 93,4 на 105 кВтч, теглото е намалено от 634 на 625 килограма, което също допринася за по-добрата управляемост на автомобила.
Безопасността е от първостепенно значение в Porsche. Високоволтовите батерии трябва да издържат на екстремни натоварвания. Един такъв тест е тестът за потапяне, при който батерията се потапя на около един метър дълбочина в наводнен резервоар. Дори след продължителен период от време, в херметически затворения корпус на батерията не трябва да прониква вода. При теста за корозия батерийният пакет се излага на различни вещества, особено на солени разтвори с различна концентрация. За безопасността при сблъсък защитата на пътниците е основен приоритет в дизайна, независимо от типа на автомобила или задвижването. За да гарантира това, Porsche е въвела допълнителни строги вътрешни изисквания с повишена тежест на сблъсъка за хибридни и електрически автомобили.
Симон Маурер, ръководител на системите за безопасност на Porsche Cayenne и Macan, заяви, че всички високоволтови компоненти се поставят в зони с минимален риск от повреда. Той добави, че допълнителни сензори откриват критични натоварвания много рано. След засичане на сблъсък, електрическите двигатели и спомагателните агрегати се изключват автоматично от високоволтовата батерия, а останалата съхранена енергия се разрежда динамично, за да се предотврати токов удар.
Провеждат се и тестове на компоненти, като например с батерийни модули. Тези части се подлагат на значително по-високи натоварвания, отколкото биха изпитали при сблъсък на целия автомобил. Дори при тези тестове не трябва да възниква пожар. Комбинацията от структурна оптимизация, строги изисквания и всеобхватни системи за безопасност осигурява възможно най-голямата защита на цялата система.
Краш тестове с Macan в най-модерното тестово съоръжение във Вайсах демонстрират колко добре е защитена батерията. След силен страничен удар в твърд стълб почти няма деформация на високоволтовата батерия.
Последвайте ни в Google News
