V předchozím článku jsme porovnávali energetickou hustotu mnoha bateriových sad používaných populárními elektromobily. Většina baterií byla buď NCM 523 nebo NCM 622 a v průměru měla gravimetrickou hustotu energie mezi 140 a 150 Wh/kg, což je zklamáním, vezmeme-li v úvahu, že je to mnohem méně než to, co dostáváme na úrovni článků (230-250 Wh/kg).
Špatnou gravimetrickou hustotu energie současných baterií EV lze vysvětlit zbytečnou složitostí a v tomto článku uvidíme snadné řešení, jak udělat baterie jednodušší, bezpečnější, levnější a energeticky hustší.
Nejprve, abychom vám poskytli trochu kontextu, uvidíme, kde jsme teď.
V současné době jsou baterie jako matrjošky, uvnitř máme moduly a uvnitř modulů máme důležité věci, které ukládají energii, bateriové články. To znamená, že hmotnost bateriových článků představuje pouze část celkové hmotnosti baterií.
Podívejme se na několik příkladů GCTPR (gravimetrický poměr buněk k balení), abychom lépe pochopili, jak neefektivní jsou současné baterie z hlediska hmotnosti.
Renault ZOE (stará baterie ZE 40)
Tato baterie váží 305 kg, z toho 185 kg (61 %) tvoří články. Zbývajících 120 kg (39 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
Renault ZOE (nová baterie ZE 50)
Tato baterie váží 326 kg, z toho 206 kg (63 %) tvoří články. Zbývajících 120 kg (37 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (40 kWh baterie)
Tato baterie váží 303 kg, z toho 175 kg (58 %) tvoří články. Zbývajících 128 kg (42 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
Nissan LEAF (62 kWh baterie)
Tato baterie váží 410 kg (odhad), z čehož 263 kg (64 %) pochází z článků. Zbývajících 147 kg (36 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (94 Ah baterie)
Tato baterie váží 256 kg, z toho 193 kg (75 %) tvoří články. Zbývajících 63 kg (25 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
BMW i3 (120 Ah baterie)
Tato baterie váží 278 kg, z toho 215 kg (77 %) tvoří články. Zbývajících 63 kg (23 %) hmotnosti tvoří kovové skříně, kabeláž, BMS (Battery Management System) a TMS (Thermal Management System).
Jak jsem již mnohokrát zmínil, baterie BMW i3 je moje nejoblíbenější baterie pro elektromobily.
Zde je důvod:
Interiér baterie BMW i3
Akumulátor BMW i3 má díky své jednoduchosti nejvyšší GCTPR (gravimetrický poměr článků k akumulátoru) z běžných akumulátorů EV. Několik velkých prizmatických článků, všechny zapojené do série, vyžadují méně kabeláže a pouzder pro moduly.
GCTPR 77 % je velmi dobrá pro konvenční baterii, ale mohla by být ještě lepší s technologií CTP (cell-to-pack).
Díky technologii CTP místo toho, abychom měli bateriové články uvnitř modulů, pak moduly uvnitř bateriových sad, odstraňujeme moduly úplně. Skončíme s dlouhými prizmatickými bateriovými články zapojenými do série, které jsou vloženy do pole a poté vloženy do bateriového bloku, takže je to tak jednoduché, jak jen to jde.
Různí čínští výrobci bateriových článků jako BYD, CATL a SVOLT již mají své vlastní verze CTP bateriových sad.
BYD
Baterie BYD Blade s technologií CTP
Jednoduchost BYD Blade Battery je vidět na obrázku výše. Představte si, jak jednoduché je sestavit nebo vyměnit články v této baterii. BYD říká, že tato baterie má alespoň 100 článků (všechny zapojené do série).
Bateriové sady s technologií CTP vyrobené s bezkobaltovými články LFP/LFMP navíc dosahují úrovně energetické hustoty přibližně 140–160 Wh/kg, což je ekvivalentní tomu, co v současnosti získáváme s bateriemi EV vyrobenými z dražších a méně bezpečných NCM 523 a buňky NCM 622.
CTP je jen dalším technologickým průlomem, který napomáhá návratu LFP bateriových článků do elektromobilů. Myslím, že nyní již není pochyb o tom, že bateriové články LFP/LFMP budou hrát důležitou roli při masifikaci elektromobilů.
Hlavní přednosti BYD Blade Battery:
To znamená, že v BYD Blade Battery představují články baterie 62,4 % objemu a 84,5 % hmotnosti. Běžné baterie vyrobené s moduly mají v průměru VCTPR 40 % a GCTPR 60 %.
BYD odhaluje objemový a gravimetrický poměr článků k balení nových bateriových sad
Baterie BYD Blade Battery však není pouze o zvýšení hustoty energie bateriových sad. Pokud jde o bezpečnost, je těžké tuto baterii porazit. Nejen, že chemikálie LFP/LFMP jsou samy o sobě extrémně bezpečné, dlouhý obdélníkový tvar článků poskytuje velkou chladicí plochu a snižuje schopnost generovat teplo při zkratu.
Test penetrace hřebíkem pomocí BYD různých článků baterie
Navíc je opravdu zajímavé, že na implementaci této technologie nebudeme muset čekat roky. Chystaný elektromobil BYD Han EV dorazí letos v červnu a bude vybaven BYD Blade Battery.
Han EV, vlajkový model sedanu BYD, který má být uveden na trh letos v červnu, bude vybaven Blade Battery. Nový model povede Dynasty Family značky a může se pochlubit dojezdem 605 kilometrů a zrychlením z 0 na 100 km/h za pouhých 3,9 sekundy.
BYD Han EV je opravdu zajímavý elektromobil, dojezd 605 km v NEDC by se měl promítnout do přibližně 450 km (280 mil) v realističtějším testovacím cyklu WLTP.
BYD Han EV s technologií baterie CTP
Zatímco elektrická auta BYD nejsou zatím mimo její domácí trh v Číně příliš populární, elektrické autobusy BYD jsou již celosvětově velmi populární a tato elektrická vozidla pravděpodobně dostanou CTP baterie.
Cíle energetické hustoty společnosti BYD :140-160 Wh/kg pro chemické látky LFP/LFMP bez kobaltu
CATL
Technologie CATL CTP
Zatímco BYD se více zaměřuje na bezkobaltové baterie LFP/LFMP, CATL pracuje na dvou frontách a chce technologii CTP aplikovat nejen na bezkobaltové baterie LFP/LFMP, ale také na baterie NCM s vyšší energetickou hustotou.
CATL již vyrábí baterie CTP pro čínskou automobilku BAIC.
BAIC EU5 EV s technologií baterie CTP od CATL
Cíle energetické hustoty společnosti CATL :145–160 Wh/kg pro chemické látky LFP/LFMP bez kobaltu a 200 Wh/kg pro chemikálie NCM
SVOLT
Technologie SVOLT CTP
SVOLT se zaměřuje na aplikaci technologie CTP na energeticky hustší baterie NCMA. Bohužel o tom není k dispozici mnoho informací.
Cíle energetické hustoty společnosti SVOLT :nad 200 Wh/kg pro chemikálie NCMA
Shrnutí.
Je jen otázkou času, kdy se CTP stane běžnou technologií pro výrobu jednodušších, bezpečnějších, levnějších a energeticky náročnějších bateriových sad. Navíc nemusíme čekat roky, než získáme bezkobaltové baterie se slušnou hustotou energie, které jsou extrémně bezpečné a levné. Baterie BYD Blade Battery je opravdu působivá. Warren Buffett má důvody k opravdové radosti ze své sázky na BYD před lety.
Kromě toho jsou náklady na kWh bezkobaltových baterií LFP/LFMP přibližně o 20 % levnější než baterie s vysokým obsahem niklu, jako je NCM 811. Nicméně i bez bateriových článků LFP/LFMP má Volkswagen již náklady na kWh pod 100 eur, což dokazuje, že automobilky by mohly vyrábět elektromobily se slušným dojezdem cenově dostupné hned teď, kdyby měli zájem je prodávat.
Plán nákladů na baterie od Volkswagen
Každopádně mě opravdu zajímá více o implementacích technologie CTP společností SVOLT a CATL. V tuto chvíli máme více podrobností o vlastní verzi CTP společnosti BYD.
Navíc mě také zajímá, jak dlouho bude korejským výrobcům baterií trvat, než si uvědomí důležitost bezkobaltových baterií a začnou je vyrábět. Právě nyní jsou čínské společnosti jako BYD a CATL nespornými odborníky v této chemii. Bylo by však skvělé vidět LG Chem a Samsung SDI pracovat na zlepšení chemie LFMP.
A konečně, jsem velmi optimistický a očekávám, že v blízké budoucnosti (jeden nebo dva roky) bude většina elektromobilů k dispozici s bateriovými sadami LFMP (optimalizované pro cenu) a NCMA (optimalizované pro dojezd) vyrobenými jednoduchou technologií CTP.
