Ezt a cikket a Telex és az autóMAGAZIN együttműködésének keretében olvashatják.
Világszerte milliók várják, hogy a villanyautók ára a belső égésű motorral szerelt típusok szintjére süllyedjen, ám egyelőre azt láthatjuk, hogy a gyártók kisebb kapacitású akkumulátorral, szerényebb felszereltséggel, gyengébb motorral és más egyszerű megoldásokkal próbálják csökkenteni a költségeket, és a valódi technológiai áttörésre várnak. További alapvető probléma a villanyautók töltési ideje és hatótávja, illetve ezzel összefüggésben a tömege. Ezeken egyszerre segíthetnek azok az előremutató fejlesztések, amelyekkel a következő években nemcsak a legdrágább egzotikus modellekben találkozhatunk majd, hanem fokozatosan az összes elektromos hajtású tömegmodellbe is bekerülhetnek.
Előzésben az LFP
Egyelőre nem tudni, hogy a merész állítások megfelelnek-e a valóságnak, de az biztos, hogy a CATL új fejezetet nyit az LFP (lítium-vasfoszfát) kémiájú cellatípussal. Az LFP-akkumulátorok már most valódi versenytársai a korábban szinte egyeduralkodó NMC (nikkel, mangán, kobalt) kémiájú megoldásoknak, sőt az előbbiek darabszáma Kínában már meg is előzte ezeket a hazai gyártású autókban.
A Volkswagen és a Mercedes szintén jelezte, hogy a közeljövőben kisebb modelljeikben használni kívánják a lítium-vasfoszfát akkumulátorokat, amelyek előnyei korántsem elhanyagolhatók, de akad néhány nagy hátrányuk is. Alacsonyabb az egy kilogrammra vetített energiasűrűségük, és lassabban is töltődnek a megszokott NMC-akkumulátoroknál, különösen hideg időben, de a kétféle megoldás fontosabb tulajdonságait külön táblázatban foglaltuk össze.
A CATL azt állítja, hogy pontosan ezeket a problémákat oldotta meg egy sor fejlesztéssel, amelyekben a főszerepet a katód, tehát a negatív pólus továbbfejlesztett anyaga játssza, de részleteket nem árult el a cég. Ha az új akkumulátor valóban olyan jó, mint amilyennek a kínai cég ígéri, az tovább gyengítheti az NMC-rendszer eleve nem olyan biztos piaci pozícióját.
Ez utóbbiak gyártása mintegy ötödével drágább, mint az lítium-vasfoszfáté, mivel a katódjukhoz szükséges fémeket csak drágán lehet kinyerni és feldolgozni. A gyártók igyekeznek távolodni a kobalttól, amely magas ára mellett nagyon káros a környezetre.
A Tesla új, 4680-as típusú kerek celláiban nyolc rész nikkelhez csak egy rész kobalt és egy rész mangán tartozik. A kaliforniai cég általánosságban nézve nem ragaszkodik az egyféle akkukémiához, hiszen alumíniumtartalmú, NCA- és LFP-cellákat is alkalmaz. A Teslánál fokozottan érdeklődnek az LMFP-megoldás iránt, ami az LFP továbbfejlesztése oly módon, hogy a vas egy részét mangán helyettesíti a katódban. A Gotion, egy másik kínai cellagyártó, egyben a Volkswagen partnere, 2024-től nagy energiasűrűségű LMFP-akkumulátorokat kíván előállítani.
A hengeres cella előnyei
A Tesla a cellák formai kialakításában is fontos szerepet játszott. A cég hengeres akkucellái mechanikailag stabilak és nagy az energiasűrűségük, de erőteljes hűtést igényelnek. Legnagyobb erősségük, hogy tekercseléssel előállíthatók, ami azért előnyös, mert a hosszú elektródaszalag felcsévélésével sokkal gyorsabb lehet a gyártási folyamat, mint a merev prizmatikus, vagy a rugalmas tasakos cellák esetében.
Néhány nagy gyártó, egyebek mellett a BMW, a General Motors és a Nio, hamarosan szintén átáll a hengeres cellák használatára, az akkumulátorgyártók közül pedig a BYD, a CATL, az EVE, az LGS, a Panasonic és a Samsung veszi fel kínálatába ezt a konstrukciót. Az új cellák átmérője a 4680-as szabványon alapul majd, a magasság felső korlátja 120 mm lesz, és bár a magas cellák pedig több energiát tárolnak, csak a magasabb építésű szabadidő-autókhoz alkalmasak. A BYD ezen kívül hatszögletű cellákat is alkalmaz, amelyek méhsejtformákba csoportosíthatók.
Le a modulokkal!
A német gyártók akkumulátorai általában moduláris felépítésűek, vagyis egy nagy ház kisebb dobozokat tartalmaz, amelyek több cellát egyesítenek. Ez a koncepció biztosítja az áramforrás merevségét és a biztonságot, ugyanakkor a modulokat összekötő kábelek és vezérlőegységek csökkentik a teljes rendszer energiasűrűségét.
A CATL és a BYD által megvalósított Cell to Pack koncepcióval éppen erre a problémára találtak megoldást, hiszen a cellákat, formátumuktól függetlenül, közvetlenül a házba foglalják be. Maximilian Fichtner professzor, az Ulmi Egyetem szakértőjének becslése szerint az így nyert helytöbblet 15-20 százalékkal növeli az autó hatótávolságát. Alternatív megoldásként a Cell to Pack módszerrel azonos energiatartalom mellett csökkenteni lehet a költségeket azzal, ha több, de olcsóbb cellát építenek be.
A következő fejlesztési lépés Kínában már meg is valósult a Leapmotor C01 és az autóMAGAZIN által is tesztelt BYD Seal limuzinokban. Ezekben a típusokban az akkumulátorok házát is kihagyták, és a cellákat közvetlenül a villanyautók padlójába építik be. A Cell to Chassisnek, vagy Cell to Bodynak is nevezett megoldást más gyártók mellett a BMW alkalmazni akarja új elektromos autója és platformja, a Neue Klasse esetében, de a Volkswagen szintén az érdeklődők közt van.
Fontos a hűtés
Manapság kétféle rendszert alkalmaznak a villanyautók-akkumulátorok hűtésére és fűtésére. A közvetett megoldás esetében folyadékot szállító lemezre állítják a cellákat, illetve ennél is hatékonyabb, ha a cellák között kanyargó úgynevezett hűtőkígyót alakítanak ki. A hőmérséklet-szabályzás feladata, hogy az akkumulátort a komfortzónájában, azaz 15 és 30 Celsius-fok között tartsa. Gyorstöltés előtt például fel kell melegíteni, töltés közben viszont hűteni kell az akkumulátort, és ez még akkor is érvényes, ha meleg napokon, akár 130 km/h sebességgel haladtunk a villanyautóval.
Hogy a fűtésre fordított energiafelhasználást minimalizálják, egyes gyártók folyamatosan emelni próbálják az akkumulátor legmagasabb megengedett hőmérsékletét. A jó hőmérséklet-szabályozás ezen túl gyorsan alkalmazkodó és sokoldalú is, mert a rendszernek az akkumulátoron kívül a villanymotort, az erőátvitelt, a teljesítményelektronikát és az utasteret is megfelelő hőmérsékleten kell tartania.
Emelni a feszültséget
A hajtóakkumulátor feszültsége nem közvetlenül a celláktól függ, mert azok névleges feszültsége a kémiai összetételtől függően 3,3 és 3,7 volt közé esik, és a cellák összekötésének módja az, ami megteremti a különbséget a 400 és 800 voltos rendszerfeszültség közt. A Porsche Taycan volt a világ első sorozatgyártású, 800 voltos akkumulátorú elektromos autója, de az Audi éppen a közelmúltban jelentette be, hogy több típusában is ezt a megoldást alkalmazza majd.
A töltési teljesítmény (kilowatt) egyenlő a feszültség (volt) és az áramerősség (amper) szorzatával. Ha a hőveszteséget alacsonyan akarjuk tartani, csökkentenünk kell az áramerősséget, ami azonos teljesítményátvitel esetén a feszültség növelését igényli. A 400 helyett 800 voltos feszültség esetén az áramerősség a felére csökken, így az akkumulátor kevésbé melegszik, és sokkal gyorsabban töltődik.
A nagy feszültség ezen kívül vékonyabb kábelek vagy egyszerűbb hőmérséklet-szabályzó rendszer használatát is lehetővé teszi, a Porsche azonban inkább egy teljesítményközpontú hűtési és fűtési rendszer mellett döntött. Ennek segítségével a Taycant 260 kilowatt körüli csúcsteljesítménnyel lehet tölteni, majd kétszer is körbeküldhetik a Nürburgring versenypályán anélkül, hogy összeomlana az akkumulátor teljesítménye.
Felsorolt előnyei miatt a 800 voltos akkumulátorrendszer fokozatosan meghódítja a villanyautó-iparágat. Az Audi (a Taycan-klón e-tron GT‑vel), a Hyundai, a Kia és a Rimac is már épít autót 800 voltos akkumulátorral. A BMW, a BYD, a Ford, a Mercedes, a Nio, a Renault/Nissan, a Stellantis-csoport márkái, illetve a kínai Xpeng pedig hamarosan követik a példát. Így lesznek fokozatosan egyre gyorsabban tölthetők a következő évek villanyautói, amelyek az egyszerűsítésnek köszönhetően olcsóbbak lehetnek a mostaniaknál, egyúttal nagyobb hatótávra is számíthatunk, így a műfajjal kapcsolatos aggályok jelentős részét sikerül felszámolni.