Как производят аккумуляторы для электромобилей

Как производятся аккумуляторы для электромобилей?

Аккумуляторы для электромобилей: Как и из чего их производят?

Аккумуляторы для электромобилей (иногда называемые тяговыми батареями) состоят из множества аккумуляторных элементов, соединенных вместе, образуя аккумуляторный модуль. Затем многие из этих модулей соединяются вместе для создания окончательной аккумуляторной батареи электромобиля.

Эти аккумуляторные элементы мало чем отличаются от тех, что используются в бытовой электронике (телефонах, ноутбуках и т. д.), но их гораздо больше в батареях электромобилей, что обеспечивает достаточный запас энергии.

Аккумуляторные элементы изготавливаются из неблагородных металлов, таких как литий и никель, драгоценных металлов, таких как кобальт, марганец и других редкоземельных элементов.

Тип батареи, используемой в электромобилях, различается у разных производителей, но в большинстве из них используется типичная литий-ионная батарея, в которой для работы используется в основном литий, а также никель, кобальт или марганец.

Литий-ионные батареи включают литий-кобальт-оксидные батареи, литий-марганцево-оксидные батареи, литий-никель-марганцево-кобальтовые оксидные батареи, литий-железо-фосфатные батареи, литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи и литий-титанатные батареи.

Компоненты батареи электромобиля

Аккумуляторы электромобилей состоят из следующих основных компонентов:

Система управления батареями (BMS)
Массив аккумуляторных модулей
Электрическая система аккумулятора
Система охлаждения батареи
Структура защиты аккумулятора

Обратите внимание, что это описание останется общим, поскольку у каждого производителя есть уникальное расположение, компоненты и форма аккумуляторов для электромобилей. Ниже мы рассмотрим эти основные компоненты и обсудим их подкомпоненты.

Система управления батареями (BMS)

Система управления батареями (BMS) — это главная мера безопасности, позволяющая регулировать рабочие параметры батареи и контролировать общее состояние системы.

BMS будет определять напряжение аккумуляторных элементов и модулей, температуру аккумулятора, уровень заряда, оценивать оставшееся время использования с учетом рабочих параметров, контролировать безопасность элементов/модулей и предоставлять другую полезную информацию.

Многие батареи электромобилей поставляются с внешними системами передачи данных, что позволяет проводить дальнейшую оптимизацию и интеграцию в системы автомобиля. Эти «умные аккумуляторы» могут помочь с интеграцией указателя уровня топлива и спидометра, автоматизированного вождения, рекуперативного торможения и многого другого.

Массив аккумуляторных модулей в электромобиле

Массив аккумуляторных модулей является сердцем батареи электромобиля — он содержит все компоненты устройства, накапливающие энергию, а именно аккумуляторные элементы и модули, образующие аккумуляторную батарею. Ниже приведены основные различия между аккумуляторными элементами, модулями и блоками.

Батарейные элементы

Самая основная единица батареи электромобиля, аккумуляторная ячейка, представляет собой отдельный компонент типа гальванического элемента, который будет соединен вместе со многими идентичными элементами, чтобы сформировать первичный резервуар энергии, необходимый для устойчивой электрической мощности.

Аккумуляторные элементы состоят из лития, кобальта, никеля или марганца, в зависимости от конкретного типа, и предназначены для обеспечения питания двигателей электромобилей постоянным током (DC).

Эти элементы сгруппированы в модули внутри контейнеров с лотком для элементов, где множество элементов соединены вместе для достижения желаемого выходного напряжения и емкости в ампер-часах (Ач).

Батарейные модули

Аккумуляторные модули создаются путем сборки определенного количества элементов вместе, что увеличивает выходное напряжение/силу тока, а также защищает элементы от нагрева, ударов и вибрации с помощью корпусов и крышек модулей.

Аккумуляторные модули обычно представляют собой корпуса, в которых находятся аккумуляторные элементы, лотки для элементов и быстроразъемные соединения с электрической системой.

Некоторые производители сваривают аккумуляторные элементы вместе и помещают их непосредственно в модуль, в то время как другие просто используют крышку модуля в качестве точки соединения каждого элемента.

Несмотря на это, когда все они соединены вместе, эти модули создают окончательный резервуар энергии, необходимой для электромобиля, и все вместе известны как аккумуляторная батарея.

Аккумуляторы

Аккумуляторная батарея — это последняя полноразмерная батарея электромобиля со всеми остальными компонентами (BMS, электрические соединения, системы охлаждения и защитная конструкция).

Например, общаа конструкция будет содержать около 8-10 аккумуляторных модулей, каждый из которых содержит около 12 аккумуляторных элементов (эти числа варьируются в зависимости от конкретного производителя, конечного продукта и используемой батареи).

Когда аккумуляторная батарея полностью собрана, она готова к установке в электромобиль и будет выступать в качестве основного источника питания для всех систем (двигатели, компьютерная система, отопление/переменный ток, аксессуары и т. д.)

Электрическая система батареи в электромобиле

Электрическая система батареи состоит из электрических кабелей, соединений, предохранителей, шунтов и любых других электрических компонентов, необходимых для поддержания работы батареи в соответствии со спецификацией.

Поскольку в этих устройствах используется высокое напряжение, электрическая система оценивается и тестируется на ожидаемое рабочее напряжение, чтобы не возникало проблем.

Как правило, электрическая система и BMS тесно связаны, чтобы дать пользователям полную картину того, что происходит в каждой ячейке (как в случае с интеллектуальными батареями).

Система охлаждения батареи в электромобиле

Система охлаждения батареи предотвращает чрезмерное накопление тепла в батарее электромобиля и обычно представляет собой герметичную линию жидкого хладагента, которая отводит тепло от батарей почти так же, как компьютерные системы охлаждения охлаждают процессоры.

Производители должны обеспечить герметичность системы охлаждения, чтобы никакая жидкость не касалась компонентов, находящихся под высоким напряжением, и она должна в достаточной степени отводить тепло, поскольку батареи выделяют огромное количество тепла.

Структура защиты батареи в электромобиле

Физическая защитная конструкция батареи электромобиля является важной частью ее конструкции; он обеспечивает воздухонепроницаемый, водонепроницаемый и конструктивно прочный корпус для батареи и различных аксессуаров.

аккумуляторы для электромобилей

Поскольку многие батареи электромобилей устанавливаются под автомобилем, защитная конструкция должна защищать аккумуляторные элементы от пыли, камней, мусора и других дорожных опасностей. Защитная конструкция также содержит огнезащитные материалы для снижения риска возгорания.

Из чего сделаны аккумуляторы для электромобилей?

Аккумуляторы электромобилей изготавливаются из металлов, включая литий, марганец, никель, кобальт, алюминий, железо и другие металлы для конкретных приложений. Металлы аккумуляторов электромобилей делятся на две категории: недрагоценные металлы и драгоценные металлы.

Базовые металлы

Неблагородные металлы — это те, которые имеются в изобилии и легко извлекаются из Земли, что делает их идеальными для производства. Основные металлы включают цинк, никель, свинец, олово, медь и алюминий.

Обратите внимание, что железосодержащие металлы и сплавы исключены из списка основных металлов, поскольку они представляют собой совершенно другую категорию металлов, а именно черные металлы и стали, представляющие собой целый сегмент рынка.

Несмотря на обилие, основные металлы являются основой производства и требуются в больших количествах для всех применений, особенно для электромобилей.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы — это металлы, дефицитные и, следовательно, ценные своей редкостью, особенно когда они выполняют научные/технические функции. Типичные драгоценные металлы включают золото, серебро, палладий и платину.

Кобальт — еще один драгоценный металл, который является редким и трудно извлекаемым из земли. Тем не менее, это основной элемент, необходимый для аккумуляторов электромобилей, и поэтому он является узким местом для многих производителей.

Литий может подпадать под категорию драгоценных металлов в зависимости от того, кого спрашивают, поскольку он является одновременно распространенным элементом, но также пользуется большим спросом у производителей из-за его использования в батареях.

На цену лития значительно влияют рыночные условия; например, в 2021 году его цена за метрическую тонну выросла более чем на 430%.

Откуда берется сырье для аккумуляторов?

Сырье для аккумуляторов электромобилей поступает из горнодобывающих предприятий в нескольких странах, включая Демократическую Республику Конго, Индонезию, Филиппины, Аргентину, Австралию и Чили.

Кобальт почти полностью добывается в Демократической Республике Конго. Никель в основном добывается в Индонезии и на Филиппинах (хотя его легче найти, так как это 5-й по распространенности металл). Литий добывают в Аргентине, Австралии и Чили.

Достаточно ли в мире сырья для аккумуляторов электромобилей?

Добыча материалов для аккумуляторов электромобилей в первую очередь включает извлечение цветных и драгоценных металлов из земли и их очистку, что требует времени, труда и денег.

Основным слабым местом батарей для электромобилей являются драгоценные металлы, такие как кобальт, который в настоящее время является обязательным элементом для работы большинства, если не всех, электромобилей для дальних поездок.

Некоторые производители изучают альтернативы кобальту или даже внедряют безкобальтовые аккумуляторы для электромобилей (например, Tesla и их аккумуляторы LFP). Однако на данный момент источники кобальта по-прежнему являются огромным препятствием для крупномасштабного развертывания электромобилей.

При этом недавнее исследование Transport & Environment показало, что лития и никеля достаточно для производства до 14 миллионов аккумуляторов для электромобилей в 2023 году, что на 55% выше текущих рыночных прогнозов.

Обратите внимание, что эта статистика ничего не говорит о практике добычи металла из аккумуляторов электромобилей или о том, что это огромный потенциал для развития.

Хотя в земле может быть достаточно сырья для аккумуляторов электромобилей, их извлечение без причинения долговременного ущерба местному населению и окружающей среде по-прежнему представляет собой одну из самых больших проблем с запасами материалов для аккумуляторов электромобилей.

Без устойчивых и этичных средств доступа к необходимым материалам для аккумуляторов электромобилей они по-прежнему будут оставаться дорогими и сложными в масштабировании.

Типы литий-ионных аккумуляторов для электромобилей

Типы литий-ионных аккумуляторов можно определить по их емкости и химическому составу.

По емкости литий-ионные батареи бывают разных типов, включая литий-ионные батареи Tesla 18650, литий-ионные батареи 4680 и литий-ионные батареи 2170. Обратите внимание, что, хотя эти батареи называются батареями «Tesla», многие на самом деле поступают от других производителей, и Tesla просто внедряет их в свои окончательные аккумуляторные батареи для электромобилей.

С химической точки зрения, литий-ионные батареи бывают различных типов, включая литий-кобальт-оксидные батареи, литий-оксидно-марганцевые батареи, литий-никель-кобальт-марганцево-оксидные батареи, литий-железо-фосфатные батареи, литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи и литий-титанатные батареи.

Литий-кобальтовые оксидные батареи

Эти устройства, также известные как литий-кобальтовые или литий-ионно-кобальтовые батареи, изготавливаются из карбоната лития и кобальта и обладают высокой удельной энергией, что полезно для сотовых телефонов, ноутбуков и других электронных портативных устройств.

Их существенными недостатками являются низкая удельная мощность, короткое время автономной работы и склонность быть опасными (горючими/взрывоопасными) в случае повреждения или неисправности.

Литий-марганцево-оксидные батареи

Эти устройства, также известные как литий-манганатные, литий-ионно-марганцевые, литий-марганцевые или марганцево-шпинельные батареи, были первоначально выпущены на рынок в 1996 году из-за их безопасности и стабильности при высоких температурах.

В результате они обычно используются в медицинских устройствах, электроинструментах, электрических мотоциклах и личной электронике. Однако некоторые типы литий-марганцевых оксидных батарей нельзя перезаряжать, что делает их непригодными для определенных применений.

Литий-никелевые марганцево-кобальтовые оксидные батареи

Известные как батареи NMC, литий-никель-марганцево-кобальтовые оксидные батареи могут иметь либо высокую удельную плотность энергии, либо высокую удельную мощность, в зависимости от конструкции.

NMC чаще всего используются в электроинструментах и силовых агрегатах электромобилей. Они имеют низкую скорость самонагрева, идеально подходящую для применения в электромобилях, однако для них требуется определенное соотношение кобальта, марганца и лития, что делает их производство более дорогим, чем другие типы.

Литий-никелевые кобальтово-оксидно-алюминиевые батареи

Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи, также известные как батареи NCA, являются еще одним перспективным компонентом для электромобилей благодаря их высокой плотности энергии и длительному сроку службы.

Однако они должны быть сопряжены с устройством мониторинга, поскольку они более опасны, чем другие литий-ионные батареи. На данный момент они также более дорогие, однако с популяризацией электромобилей батареи NCA могут снизиться в цене по мере увеличения как спроса, так и предложения.

Литий-титановые батареи

Эти устройства, также известные как литий-титановые батареи, имеют быстрое время перезарядки благодаря своей конструкции, основанной на нанотехнологиях.

Несмотря на более низкое собственное напряжение/плотность энергии, чем у других типов литий-ионных аккумуляторов, непригодных для применения в электромобилях, литий-титанатные аккумуляторы используются в электромобилях, электровелосипедах и интеллектуальных сетях в качестве важных резервных аккумуляторов, поскольку они обладают высоким уровнем безопасности.

Производители автомобильных аккумуляторов для электромобилей

Производство автомобильных аккумуляторов для электромобилей может представлять собой либо сборку реальных транспортных средств, либо производство аккумуляторов, которые в массовом порядке передаются по контракту этим производителям транспортных средств, которые используют их для сборки аккумуляторов на месте.

Поскольку последний является более широким, в этом разделе будут представлены ведущие производители автомобильных аккумуляторов для электромобилей, которые снабжают производителей автомобилей достаточными запасами аккумуляторов и сопутствующих компонентов.

Обратите внимание, что информация в таблице ниже взята из IEEE Spectrum, который издается Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).

Ведущие производители аккумуляторов для электромобилей

Источник табличных данных: журнал IEEE Spectrum

Производитель аккумуляторов для электромобилей

% Рыночная доля

Страна происхождения

Производители электромобилей

Contemporary Amperex Technology Co. (CATL)

BMW, Dongfeng Motor Corp., Honda, SAIC Motor Corp., Stellantis, Tesla, Volkswagen Group, Volvo Car Group

LG Energy Solutions

General Motors, Groupe Renault, Stellantis, Tesla, Volvo, Volkswagen Group

Panasonic

Samsung SDI

БМВ, Форд, Стеллантик, Фольксваген Груп

BYD Co.

SK Innovation

Даймлер, Форд, Хендай, Киа

China Aviation Lithium Battery (CALB)

GAC Motor, Zhejiang Geely Holding Group Co.

Gotion High-Tech

Chery Automobile Co., SAIC, Volkswagen Group

Automotive Energy Supply Corp. (AESC)

Группа Рено, Ниссан

Ruipu Energy Co. (REPT)

Dongfeng Motor Group, Юдо Авто

Новые аккумуляторные технологии и инновации для электромобилей

Инновационные аккумуляторы для электромобилей ориентированы на экономию средств, увеличение емкости и устойчивость и являются одними из самых востребованных решений в отрасли благодаря своему огромному потенциалу.

Ниже приведены некоторые передовые инновации в области накопления энергии, которые могут революционизировать объемы производства электромобилей.

Литий-железо-фосфатные (или LFP) батареи

Литий-железо-фосфатные батареи обеспечивают более низкую стоимость, высокую безопасность, низкую токсичность и длительный срок службы без необходимости использования кобальта или никеля.

В настоящее время в некоторых новых электромобилях используются батареи LFP, которые не содержат кобальта и никеля и исключительно долговечны и стабильны; полностью заряженные батареи LFP могут храниться без существенного влияния на их срок службы.

Несмотря на их более низкое напряжение, некоторые производители говорят, что батареи LFP, как ожидается, превзойдут батареи типа NMC в 2028 году благодаря отсутствию в них кобальта и повышенной стабильности. В настоящее время CATL, BYD и Panasonic инвестируют в технологию LFP, где китайские производители занимают почти монопольное положение в этой технологии.

Натрий-ионные батареи

Используя другой щелочной металл группы 1 вместо лития, разработчики могут значительно снизить стоимость аккумуляторов для электромобилей и сделать их доступными для рынка.

Для производства натрий-ионных аккумуляторов не требуется литий, кобальт, марганец или никель, а используется только натрий, который встречается на всех континентах как 6-й по распространенности элемент на Земле.

Планируется, что эти батареи будут энергоемкими, негорючими, работоспособными при более низких температурах и более экологичными.

Производительность натрий-ионных аккумуляторов на сегодняшний день ограничена из-за их низкой долговечности, но CATL и многие другие научно-исследовательские группы продвигают натриевые аккумуляторы первого поколения в надежде, что будущие инновации смогут решить эти проблемы.

Твердотельные батареи

Все современные батареи требуют катода, анода, сепаратора и электролита, где электролит находится в жидкой форме. Твердотельная батарея призвана заменить этот жидкий электролит твердым, устраняя риски вздутия/протечки и возгорания, увеличивая емкость, улучшая стабильность и устраняя необходимость в сепараторах.

В этой конфигурации твердотельные батареи будут иметь более высокую плотность энергии на единицу площади, чем литий-ионные альтернативы. В сочетании с отсутствием необходимости в компонентах безопасности они значительно уменьшат вес, стоимость и требования к пространству для автомобильных аккумуляторов для электромобилей.

Твердотельные аккумуляторы считаются ключевым достижением в технологии аккумуляторов, которое может увеличить дальность пробега электромобиля до уровня автомобилей с ДВС или даже превысить их.

Самсунг СДИ, Тойота, и другие производители пытаются получить патенты и производственные инструменты, необходимые для масштабирования такого предприятия; однако эта технология все еще находится на ранней стадии разработки и требует дополнительных исследований, прежде чем электромобили превзойдут существующие автомобили на бензине.

В этой статье представлен обзор того, как изготавливаются аккумуляторы для электромобилей, их компоненты и конструкция, а также конкретные технологии, которые используются в их конструкции.

Машины делают машины. Tesla показала процесс производства аккумуляторов

Американский производитель электромобилей, который ранее отказался от батарей формата 18650 (диаметр 18 и высота 65 мм) на формат 2170 (диаметр 21 и высота 70 мм), перейдёт на так называемые аккумуляторы-«бисквиты». За этим наименование скрываются цилиндрические блоки батарей больших размеров, которые называют Biscuit Tin за их схожесть с банками печенья.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Новые батареи позволят снизить стоимость 1 кВт•ч ниже $100 — если в 2019 году 1 кВт•ч Tesla обходился в $156 и стоимость блока аккумуляторов ёмкостью 90 кВт•ч составляла $14040, то новый аккумулятор будет стоить $78 за 1 кВт•ч, а блок на 90 кВт•ч — $7020. Достичь этого удалось в первую очередь за счёт практически полного отказа от самого дорогого элемента аккумуляторных батарей — кобальта.

Спустя несколько месяцев после презентации американский автопроизводитель опубликовал на своём официальном YouTube-канале видеоролик с завода по производству аккумуляторов. Клип сопровождается музыкальным треком Honey Bee из репертуара американского исполнителя 60-х Дона Хинтона — в одной из строчек песни есть слова million miles, что, по мнению пользователей, указывает на ресурс батарей Tesla.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ожидается, что производство новых аккумулятором наладят на заводе в Остине, штат Техас, а впоследствии батареи внедрят в пикап Cybertruck, тягач Semi, седан Model 3 и кросовер Model Y. Сборку этих моделей также организуют в Остине. Переход на новые аккумуляторы и развёртывание их производства в Техасе может привести к тому, что сборку моделей Model 3 и Model Y на заводе во Фримонте свернут. Никакой официальной информации об этом пока нет, но оптимизация производства может быть частью стратегии Tesla в рамках обновления модельного ряда электромобилей.

Как производят аккумуляторы для электромобилей

Как работают аккумуляторы для электромобилей, из чего делают источники питания? В основе всегда лежит литий, который может выступать в разных конфигурациях. Основные производители — BYD, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и другие. Срок службы около 5-8 лет в зависимости от активности эксплуатации, а запаса хода одного заряда может хватать на 200-800 км. Ниже рассмотрим главные особенности АКБ для электрических автомобилей, поговорим о сроках их эксплуатации.

Из чего делают аккумуляторные батареи для электромобилей

Один из распространенных вопросов в Сети — материалы для аккумуляторов электромобилей. В большинстве случаев они отличаются активными компонентами, которые находятся внутри. С учетом этого АКБ бывают литий-фосфатными, литий-ионными, литий-серными и других типов. Кроме того, в состав батареи электромобиля входит полипропилен и пенополистирол. Разработчики постепенно переходят на эти компоненты, отличающиеся более высокой экологичностью и способностью вторичной переработки

Виды АКБ

Рассматривая вопрос, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, достаточно разобраться с их видами. Как правило, на электрических машинах применяется четыре вида аккумуляторов. Рассмотрим основные варианты.

Литий-ионные

Применение Li-Ion батарей — наиболее распространенный вариант для электромобилей. К плюсам таких устройств стоит отнести:

более высокое напряжение;
повышенная плотность накопленной энергии;
минимальный саморазряд, не превышающий 20% в год;
отсутствие «эффекта памяти», что позволяет заряжать и разряжать АКБ в любое время;
срок эксплуатации до 10 лет.

Из минусов стоит отметить высокую цену и небольшой температурный диапазон. Так, при температуре ниже -20 градусов Цельсии возможны проблемы. Также высок риск взрыва при нарушении герметичности.

Алюминий-ионные

Рассматривая, из чего состоят батареи для электромобилей, стоит отметить добавление в состав алюминия. Наличие этого компонента повышает безопасность применения АКБ. Такой аккумулятор требует меньших расходов при изготовлении и более безопасен. Активному внедрению таких устройств мешает небольшая катодная производительность и ограниченное число зарядов и разрядов.

Специалисты КНР делают большую работу по усовершенствованию характеристик источника питания. Ученые уже оптимизировали изделие, увеличив его емкость и ресурс, а также положительно влияющих на цену. Обновленный вариант еще не применяется на серийных машинах, но в ближайшем будущем это должно быть исправлено.

Литий-серные

В состав аккумуляторов для электромобилей также может входить литий и анод с содержанием серы. Такие устройства являются многослойными и отличаются повышенной емкостью. Для сравнения этот параметр вдвое выше, чем для Li-Ion. К плюсам стоит отнести и более высокий температурный диапазон, что позволяет использовать устройство на холоде.

Из минусов — ограниченное число перезарядов (не более 60), поэтому такие аккумуляторы не делают на серийных машинах. Но некоторые компании уже работают над исправлением недостатка, что в дальнейшем позволит использовать такие АКБ.

Металл-воздушные

Последнее время все чаще производят аккумуляторы для электромобилей на металл-воздушном принципе. Такие источники питания имеют меньший вес, позволяют пройти большее расстояние на одном заряде и отличаются сравнительно небольшой ценой. Кроме того, их легко утилизировать в сравнении с литиевыми устройствами.

Из минусов таких аккумуляторов выделяется уменьшение производительности на морозе, необходимость в системе фильтрации, а также возможность внезапного выхода из строя. Дополнительным недостатком также является небольшое число циклов заряда-разряда.

Прочие варианты

Рассматривая, из чего делают аккумуляторы для электромобилей тесла, стоит отметить применение современного материала в виде графена. Его добавления позволяет улучшить качества источника питания и улучшит проводимость электродов. Кроме того, такие аккумуляторы делают для уменьшения веса и увеличения запаса хода. На одном заряде можно пройти более 1000 км. К примеру, такими параметрами может похвастаться Tesla Model S.

Кроме того, на АКБ для электрических машин делают из сочетания других элементов — никель-кобальт-алюминиевые, на базе фосфата железа, с применением кремния и графита, а также в других вариантах.

Можно ли поменять батарею на электромобиле

Разобравшись в вопросе, из каких материалов сделаны батареи для электромобилей, возникает не менее важная дилемма — можно ли их заменять в случае износа. Это необходимо делать, если АКБ потерял часть емкости. Но сам процесс проходит в несколько этапов:

Проверка правильности крепления нового источника питания.
Программирование систем автомобиля, чтобы обеспечить корректную работу блока управления АКБ с бортовым компьютером.
При незначительном повреждении не обязательно менять источник питания полностью — достаточно заменить поврежденные блоки.

Но стоит учесть, что покупка источника питания может вылиться в крупную сумму. К примеру, для Теслы один блок стоит от 1000 долларов, а их нужно 16. Вот почему многие делают проще — они меняют не всю АКБ, а только поврежденные элементы. Б/у блоки стоят дешевле, но и ресурс у них будет ниже.

Основные производители

Сегодня многие компании делают аккумуляторные батареи для электромобилей. К наиболее популярным можно отнести следующие компании: BYD, Panasonic, LG Chem, Farais, AESC, Samsung SDI, CATL. При этом лидирующие позиции занимает именно CATL, что обусловлено большими субсидиями от государства. Что касается Тесла, для нее делают АКБ на заводе Панасоник, а вот BYD выпускает необходимое оборудование для электрических автобусов. У многих производителей имеются мощности в США и Европе.

Сколько можно проехать на аккумуляторе

Ресурс источника питания зависит от того, из чего делают аккумулятор для автомобилей. В среднем на одном заряде машина может пройти около 500-700 км. Некоторые модели Тесла имеют показатель до 1000-1200 км. При этом многое зависит от того, из чего сделаны батареи, какая технология была использована, и в чем особенности.

Что касается времени применения, средний срок службы около 5-8 лет при ежедневном заряде. По истечении этого периода девайс потеряет около 30-40% мощности, но можно продолжать эксплуатацию в прежнем режиме.

Теперь вы знаете, из чего делают аккумуляторы для электромобилей, в чем их особенности, и какие компании занимаются их изготовлением. В комментариях расскажите, что вы знаете об источниках питания для таких авто.

5 важнейших минералов аккумуляторной батареи: питание электромобилей (EV) Revolution

В последние годы минералы для аккумуляторов стали крупным бизнесом в мире, особенно в Конго, России, Австралии, США, Бразилии и других странах. Это связано с тем, что эти «зеленые минералы» очень важны для литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях.

«Сейчас потребителей очень беспокоят новые технологические решения для аккумуляторных минералов, таких как литиевая руда, кобальтовая руда, графит, поэтому горнодобывающая промышленность должна быстро реагировать на этот растущий спрос», — сказал Алан, горный инженер, Ftmmachinery.

Прочтите этот блог, и вы узнаете:

1. Каковы минералы батареи?
2. Мировая рыночная стоимость и производственные потребности аккумуляторных минералов
3. Методы добычи и обработки аккумуляторных минералов (например, как производить аккумуляторный литий?)

Каковы минералы батареи?

Минералы для аккумуляторов — это минералы, используемые для производства перезаряжаемых аккумуляторов, в первую очередь для электромобилей (EV) и хранилищ возобновляемой энергии.

Литий-ионный аккумулятор использует большое количество количество минералов в батарее

Эта батарея является литий-ионной. В ней используется меньше свинца, чем в вредных батареях, но при этом требуется достаточно-мощная, что позволяет снизить расход.

В зависимости от компонентов батареи минералы батареи могут включать литиевую руду, никель, кобальт, графит, марганец, алюминий, олово, тантал, ванадий, магний и редкоземельные минералы.

Основные минералы в аккумуляторе электромобиля

Однако термин «минералы для аккумуляторов» обычно более кратко относится к литию, кобальту, никелю, марганцу и графиту. Термин «металл для аккумуляторов» также широко используется, но не включает неметаллический минерал графит. . В этой статье основное внимание будет уделено этим пяти важным минералам батареи.

Быстро развивающийся рынок аккумуляторных минералов

По мере того, как переход к чистой энергии набирает обороты, электромобили (например, Tesla) становятся все более популярными. По дорогам ездят более 10 миллионов электромобилей. Эти аккумуляторы (аккумуляторы для электромобилей) зависят от ключевых минералов, из которых они питаются, что способствовало бурному развитию рынка аккумуляторных минералов.

Литий -ионные аккумуляторы способствовали бурному развитию рынка аккумуляторных минералов

Статистика показывает, что к 2028 году спрос на никель, кобальт, литий и графит для производства аккумуляторов вырастет в 2,5-12,4 раза. Мировой рынок аккумуляторных металлов оценивается в 25,66 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста в 8,5% в течение прогнозируемого периода (2022-2028 гг.).

Ниже представлены объемы производства и цены на минералы для аккумуляторов по всему миру в 2022 году:

Батарейные минералы	Производители	Мировое производство в 2022 году	Цена (может варьироваться)
Литий	Австралия, Зимбабве, страны Латинской Америки	1,3 млн тонн	карбонат лития: 17 000 долларов США за тонну
кобальт	Конго, Куба, Россия, Филиппины, Австралия	190 000 тонн	33 000 долларов США / тонна
никель	Индонезия, Филиппины, ЮАР, Россия, Австралия, Канада	3,3 млн тонн	18 000 долларов США / тонна
Марганец	Южная Африка, Австралия, Габон, Бразилия, Нигерия	20 млн тонн	$7,16 / тонна
графит	Китай, Мозамбик, Бразилия, Россия, Канада, Индия, Корея	1,3 млн тонн	Чешуйчатый натуральный графит: 1600 долларов США за тонну.

Добыча и переработка аккумуляторных минералов

Сохраняя веру в «сокращение, повторное использование и переработку», Ftmmachinery стремится перерабатывать минералы для аккумуляторов из экономически жизнеспособных месторождений и перерабатывать их из необработанных форм в высококачественные продукты.

1. Добыча и переработка лития

Литий является лучшим выбором для производства литий-ионных аккумуляторов (особенно катодных), так как это самый легкий металл и отличный проводник электричества и тепла.

«Литий

В 2022 году мировое производство лития составило 130 000 метрических тонн. Австралия является крупнейшим в мире источником лития. В настоящее время литий приносит более 30% доходов мирового рынка аккумуляторных металлов. Итак, как получить литий?

Литий извлекается из двух источников: производство из рассолов и производство лития из твердых пород.

Производство из рассолов более экономично, самые крупные месторождения находятся в Америке и Китае. Их производителями являются Чили, Аргентина, Боливия и другие страны Латинской Америки. Этот метод заключается в выкачивании богатого литием соляного раствора на поверхность, после чего он будет испаряться и концентрироваться в бассейне солнечного испарения.

литиевые руды твердых пород (гранитные пегматиты со сподуменом ) более сложны в обработке, особенно при обогащении. Их производителями являются Австралия, Канада, Зимбабве и Португалия.

Ниже приведена батарея- завод по переработке литиевой руды в Австралии (с использованием литиевой руды твердых пород):

Дробление:

После добычи сырая литиевая руда измельчается с помощью щековой дробилки и конусная дробилка для двухступенчатого дробления.

Затем используйте вибрационный экран для просеивания. Квалифицированная литиевая руда поступает на следующий процесс измельчения.

Руда мокро измельчается шаровой мельницей до размера частиц в пределах 0,15. мм.

После измельчения порошок литиевой руды сначала поступает во флотационный сепаратор для удаления примесей. , такие как кварц, полевой шпат и слюда. Затем он поступает в магнитный сепаратор для удаления примесей железа, а литиевый концентрат подвергается полученный.

Концентрат прокаливают в вращающейся печи при 1050-1100°C.

Наконец, химическая обработка литиевого концентрата осуществляется для получения карбоната лития или гидроксида лития, необходимых для аккумуляторов.

2. Добыча и переработка кобальта

Кобальт является наиболее широко используемым материалом катода в литий-ионных батареях.

Кобальт является наиболее широко используемым катодным материалом в литий-ионных батареях

Кобальт является побочным продуктом добычи никеля и меди, что затрудняет его получение.

Кроме того, крупнейший производитель кобальта Конго всегда использует детский труд, что делает его цену слишком высокой — 33 000 долларов США за тонну, что более чем в два раза превышает цену никеля.

В 2022 году мировое производство кобальта составило 190 000 метрических тонн. На Конго приходилось 70%, за ней следуют Куба, Россия, Филиппины и Австралия.

Добыча кобальта в Конго происходит из осадочных слоистых месторождений меди в Киншасе. обработка кобальтовой руды в Конго выглядит следующим образом:

Дробление:

Медно-кобальтовая руда измельчается в шаровой мельнице.

Этот процесс выполняется на флотационной машине. Сначала используйте сульфидную флотацию для получения медно-кобальтовых сульфидных концентратов, а затем используйте оксидную флотацию для получения медно-кобальтовых оксидных концентратов.

Используйте мокрый магнитный сепаратор, чтобы удалить магнитные минералы и, наконец, получить медь. -концентрат кобальта.

Co(OH) ₂ и CoCO₃ получают методами жидкофазного осаждения, нагревания воды, контролируемой кристаллизации или термического растворения. Подготовка кобальта для аккумуляторных батарей.

3. Добыча и переработка никеля

Никель — серебристо-белый металл. Он используется в производстве катодов для аккумуляторов из-за его высокой плотности энергии и емкости.

Никель используется в производстве катодов для аккумуляторов

Увеличение содержания никеля имеет еще одно важное преимущество для производителей аккумуляторов: оно позволяет сократить количество кобальта, используемого в аккумуляторе.

Класс I (сульфиды никеля): более высокое содержание, но более редкие месторождения, составляющие 37,5% текущей добычи. Основным минералом является никель-пирит.
Класс II (латериты никеля): бедные, богатые запасы, составляющие 62,4% текущей добычи. Основными полезными ископаемыми являются сапролитовая руда и лимонитовая руда. Его добыча становится все более важной.

В настоящее время никель, используемый для батарей, должен относиться к классу I, но половина мирового производства никеля относится к классу II. Индонезия является вторым по величине производителем никеля класса 2 (чистота 99%). Филиппины, Южная Африка, Россия, Австралия и Канада также являются производителями никеля. В 2022 году мировое производство никеля составит 3 300 000 метрических тонн.

Для производства аккумуляторного никеля перерабатывается сульфид никеля дробление-сортировка-измельчение-флотация-сепарация-утилизация хвостов. Однако шахта быстро истощается.

Из-за обильных запасов никелевых латеритов производители аккумуляторов начинают сосредотачиваться на добыче никелевых латеритов. Следующее завод по переработке никелевых латеритов на Филиппинах:

Мойка:

Промойте сырую никелевую руду с помощью спиральной шайбы.

После дробления руда измельчается до размера -100 меш в шаровой мельнице.

Используйте мокрый магнитный сепаратор для отделения пирротина. После этого процесса пирротин с размером частиц -100 меш не удовлетворяет требованиям пенной флотационной сепарации. Таким образом, он измельчается до -200 меш в шаровой мельнице, а затем просеивается на вибросите.

Используйте флотационный сепаратор для разделения и получения 3% никелевого концентрата и 31% медный концентрат. Затем извлекают никель из хвостов и, наконец, производят в общей сложности 12% никелевого концентрата.

После сушки никелевая руда поступает во вращающуюся печь при температуре 770°C, а затем поступает в электрическую печь для дальнейшего восстановления и плавки.

Материал охлаждается непосредственно в охладителе. Получают конечный никелевый продукт.

4. Добыча и переработка марганца

Помимо использования в качестве легирующей добавки в черной металлургии, марганец также используется в производстве катодов для аккумуляторов.

Марганец используется в производство аккумуляторных катодов

Марганец для аккумуляторов — это MnSO₄, который химическим путем получают из MnO₂. Перед приготовлением необходимо получить концентрат оксида марганца высокого качества.

Мировое производство марганца в 2022 году составляет 20 000 000 метрических тонн. Южная Африка является крупнейшим производителем, за ней следуют Габон, Австралия и Бразилия.

После проверки минералов руда содержит шлам. Его пустая порода представляет собой силикатные и карбонатные минералы, связанные с железом, фосфором, никелем, кобальтом и т. д. Поэтому применяется процесс промывки руды — гравитационная сепарация — магнитная сепарация.

Дробление:

Отправьте необработанную руду оксида марганца в щековую дробилку и конусная дробилка для дробления в пределах 70 мм.

Используйте барабанный грохот для промывки руды.

Материалы размером более 30 мм отбираются вручную, а материалы размером 4,5–30 мм отделяются под действием силы тяжести с помощью зажима.

Используйте сильный магнитный сепаратор, чтобы выбрать самую мелкую марганцевую руду в пределах 4,5 мм. В итоге было получено содержание марганцевого концентрата 41,23%, а коэффициент извлечения достиг 93,6%.

5. Добыча и переработка графита

Графит — мягкий серовато-черный минерал. Это был предпочтительный материал для анодов батарей из-за его низкой стоимости, больших запасов и длительного срока службы.

Графит используется для производство аккумуляторных анодов

Чешуйчатый графит используется для графита аккумуляторного качества. Это природный графит с диаметром кристаллов более 1 мкм, добываемый из углеродистых метаморфических пород. Чешуйчатый графит имеет высокое качество и содержит 60-80% углерода, но частицы графита часто внедряются в глину.

Спрос на высококачественный чешуйчатый графит высок. В 2022 году общее мировое производство графита составит 1 300 000 метрических тонн. Китай является его крупнейшим производителем (на долю которого приходится 63%), за ним следуют Мозамбик, Бразилия, Россия, Канада, Индия и Южная Корея.

Дробление:

Сырая графитовая руда измельчается с помощью щековой дробилки и конусная дробилка и вибрационный экран установлен для проверки. Размер частиц уменьшится до 10-20 мм.

Используйте стержневую мельницу для грубого помола, а затем введите переливная шаровая мельница для доизмельчения.

Спиральный классификатор отсеивает крупные чешуйки графита.

Используйте флотационную машину для удаления бесполезных примесей и получения высококачественного чешуйчатого графита. сконцентрироваться.

Если требуется графит высокой чистоты, его можно дополнительно очистить путем химической обработки, при этом чистота чешуйчатого графита может достигать 97-99%.

Заключение

Ftmmachinery может предоставить самое передовое оборудование для дробления, измельчения и обогащения минералов для всей цепочки производства лития, кобальта, никеля, марганца и графита от шахт до материалов для аккумуляторов в рамках проекта.

Многие другие металлы также играют важную роль в цепочке производства аккумуляторов. Наше оборудование позволяет извлекать эти металлы, независимо от того, являются ли они основным сырьевым продуктом или побочными продуктами производства.

8 технологий аккумуляторов для электромобилей делающих их дешевле и лучше

Какими будут аккумуляторные батареи электромобилей будущего:

По итогам 2018 года продажи Tesla Roadster, Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Fisker Karma и Mitsubishi MiEV не велики. Проблема в аккумуляторных батареях, не позволяющих совершать длительные поездки без подзарядки из-за малой емкости. Подробнее о проблемах электромобилей здесь

Многообещающие заявления ученых и итоги испытаний аккумуляторов для электромобилей, дают надежду, что вскоре автомобиль будет проезжать до 800 км на одном электродвигателе. Все идет к тому, что через 10 лет продажи электрических и гибридных (бензиново-электрических) авто, могут достичь одного процента от общих гигантских продаж автомобильного рынка. Это около 150 тысяч единиц в год.

До 2017 года Toyota, использовала никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы (подробней об аккумуляторах и их видах здесь). Сейчас на рынок выходят автомобили с литий-ионными аккумуляторами, которые превосходят никель-металлгидридные в мощности и времени зарядки. В 2018 году электромобили Prius, RAV4 и гибрид Prius уже поставляются с литий-ионными.

узнать цену АКБ

Да, литий-ионные аккумуляторы маленький шаг для всего человечества в мире альтернативных источников топлива. Но давайте будем откровенны: технологии аккумуляторов для электромобилей и гибридов по-прежнему не идут в сравнение с бензиновым или дизельным двигателем. Ни один из электродвигателей не рассчитан на расстояние большее, чем 500 км.

2017 Tesla Model S – 507 км
2017 Chevrolet Bolt EV – 383 км
2017 Hyundai Ioniq Electric – 200 км
2017 Ford Focus Electric – 185 км (94-амерная батарея) – 183 км
2017 Nissan Leaf – 172 км
2017 Mitsubishi i-MiEV – 94 км

Электрические силовые агрегаты дороже бензиновых эквивалентов, примерно на 50%. Чтобы продажи электромобилей начали рост, должен быть повышен километраж пройденного пути на одном аккумуляторе и сокращена себестоимость производства.

Мы подобрали несколько перспективных технологий для аккумуляторов, которые могут прижиться в электромобилях. Аккумуляторы станут новым альтернативным видом топлива. Разработки ведутся в институтах, лабораториях и исследовательских центрах США, Японии, Великобритании и.… будете смеяться, России. Некоторые разработки финансируются из государственной казны.

Углеродные нанотрубки электрода лития

Больше положительных ионов, больше электроэнергии в аккумуляторной батарее | Разрабатывается в Массачусетском институте технологий

батареи углеродные нанотрубки эллектрода

Используя слои углеродных нанотрубок – сильных микроскопических полых нитей с относительно большой площадью – ученые из Массачусетского института технологий разрабатывают катод (электрод, через который проходит поток электронов из аккумулятора), который хранит и высвобождает намного больше положительных ионов, чем обычные литиевые аккумуляторы. Идея состоит в том, что новый катод увеличит количество энергии, хранящейся в электрической батарее автомобиля и ускорит электрический поток в десять раз по сравнению с существующими продуктами. Также развитие новых катодов аккумулятора улучшит твердотелые конденсаторы и приведет к комбинации аккумулятор/конденсатор, которая будет в состоянии хранить и поставлять намного больше электроэнергии, чем любое другое доступное аналогичное устройство.

Про нанотрубки Массачусетский институт рассказал еще в 2010 году. Технология готова к продаже, вся техническая документация подготовлена. Чтобы углеродные нанотрубки электрода лития были применены в аккумуляторах электромобилей технологию должен купить заинтересовавшийся автопроизводитель и довести ее до ума применив в автомобилях. Затем проведут тест-драйвы, ряд обязательных краш-тестов. Только после этого машины с нанотрубками в аккумуляторах запустят в серийное производство. По нашим подсчетам, машины с этой технологией выйдут не раньше, чем через 5 лет.

Медные нанопроволоки катода лития

Надежда министерства энергетики США | Разработки ведет Университет штата Колорадо

медные нанопроволоки когода лития аккумулятора батареи

В этом аккумуляторе пористый проводниковый графитовый электрод будет заменен на микроскопически тонкие медные провода. Эта разработка называется 3D блоком, потому что эти тонкие провода – толщиной в одну тысячную от толщины человеческого волоса – накапливают ионы на всей своей поверхности, а не только на плоской металлической. Медь менее чувствительна к высоким температурам. Ее способность аккумулировать ионы намного выше, чем у графита, который сейчас используется в литиевых аккумуляторах.

Литиевый аккумулятор с нанопроволокой вмещает и выдает больше энергии, чем обычные литиевые аккумуляторы электромобилей. Технология настолько перспективна, что проект заинтересовал министерство энергетики США, где поддерживают разработку электрических автомобилей. В разработку уже пошли первые финансовые вливания из казны США.

Литий-воздушный карбон

О чем молчит IBM? | Разработки IBM

литий воздушный карбон для аккумуляторной батареи

Цель разработок IBM — увеличение пройденного пути автомобиля с электрической силовой установкой до 800 км. Машина покроет расстояние между городами в 600 км и еще весь день будет ездить по городу на одном только электродвигателе.

Для этого компания разрабатывает литий-воздушные батареи с потенциалом для гораздо большей плотности энергии, чем в литий-ионных аккумуляторах. IBM утверждает, что их аккумулятор работает дольше на одной подзарядке благодаря карбоновым электродам, в которых ионы вступают в реакцию с кислородом, но кислород не разрушает электролитной среды. IBM сохраняет режим тишины по поводу новой технологии, которая держит кислород под контролем, но сообщается, что разработка проводилась на молекулярном уровне. Себестоимость аккумулятора тоже держится в тайне. Литий-воздушные батареи вряд ли будут коммерчески доступны для производителей электрических автомобилей до 2020 года.

Литий кремния

Больше ионов! Больше! | Разработчик – Северо-Западный университет

литий кремния для гибридной баттареи

Гарольд Х. Кун, работает в школе инженерных и прикладных наук им. Маккормика при Северо-Западном университете. Он изучает применение кремниевых электродов (обычно применяются углеродные), надеясь создать аккумулятор большой емкости с большим диапазоном работы. Кун утверждает, что, используя гибкие электроды и свойства кремния расширяться и сокращаться при поглощении и высвобождении ионов, литиевый аккумулятор сможет хранить в себе во много раз больше ионов чем обычный. Такой аккумулятор будет заставлять ионы двигаться быстрее – настолько быстро, что время зарядки электромобиля уменьшится.

Гибрид углеродно-пенного конденсатора

углеродная пена конденсатора гибридной батареи

Самая запутанная из запутанных технологий аккумуляторов для электромобилей и гибридов | Разработка Мичиганского технологического университета

Ученые из Мичиганского технологического университета работают над аккумулятором, в котором объединят плотность накопленной энергии химического аккумулятора с эффективностью поставки энергии твердотелых конденсаторов. Для увеличения емкости в качестве катода в аккумуляторе используют углеродную пену. Используемый углеродный анод, гибрид аккумулятор/конденсатор меньше весит и дает больший заряд, чем обычный конденсатор. Устройство переживет не меньше 1000 циклов зарядки, не проявляя признаков снижения производительности.

Литий-кремниевый полимер

полимерный литий кремния в аккумуляторе

Умный полимер — залог будущего для гибридной батареи | Разрабатывается министерством энергетики

Ученые из Национальной лаборатории Лоренца Беркли в Калифорнии разрабатывают литиевый аккумулятор, который сможет хранить в себе большой объем энергии. Разработка известна как литий-кремниевый полимерный аккумулятор. В отличие от других технологий, которые используют кремниевые электроды, специально спроектированный полимер сохраняет структуру электродов, пока они расширяются и сжимаются, тем самым увеличивая объем энергии принимаемой на хранение.

Литиевое серо-углеродное нановолокно

Разработчик – Стэнфордский университет

Литиевое серо-углеродное нановолокно

Ученые Стэнфордского университета утверждают, что способность кремния аккумулировать намного больше ионов лития, чем нынешние электроды, делает его №1 в выборе, когда речь заходит об увеличении плотности энергии в аккумуляторе. Но здесь есть одна проблема: кремний сильно расширяется, когда поглощает ионы, и эта подвижность приводит к разрушению проводимости анода. Однако изготовление нановолокон из кремния снижает этот эффект.

Кроме того, ученые обнаружили, что углеродные нанотрубки, внутренняя поверхность которых покрыта серой, позволяют аккумулятору отдавать до десяти раз больше энергии, чем обычные литиевые аккумуляторы. Утверждается, что сера это экологически чистое и дешевое покрытием для электродов, она легко доступна и не токсична.

Литий-марганцевые композиты, кремний-углеродные нанокомпозиты

Источник: https://zap-online.ru/info/node/88/edit

До 500 км. на одном аккумуляторе обещает компания с парфюмерным названием | Разрабатывается компанией Envia Systems

Первоочередная разработка компании — патентованный катодный материал на основе марганца, богатого металла, который высокоустойчив при использовании в аккумуляторных батареях. По словам компании, Envia марганец дешевле, чем распространенные катоды на основе кобальтового материала. Его использование снизит себестоимость аккумуляторных батарей для гибридов. Также, по словам представителей компании, технология увеличит диапазон работы электродвигателя до 500 км.

Бонус

Технология которая уже применяется: 12-вольтный аккумулятор с аббревиатурой AMG

технологии для 12 вольтных аккумуляторных батарей

Несмотря на то, что в гибридных автомобилях стоят мощные силовые источники, бортовые компьютеры, свет, замки питают обычные 12-вольтные аккумуляторы. Последнее поколение 12-вольтных свинцово-кислотных батарей называются Absorbed glass mat – AMG. В AMG содержится серная кислота электролита в сочетании с гелем вместо жидкого электролита. Эти свинцово-кислотные батареи удерживают заряд до одного года, служат дольше чем обычные батареи, герметичны, не требуют обслуживания, устойчивы к тряске. Недостатки в том, что AMG батареи много весят, требуют специальную зарядку, стоят дороже.

Тема про аккумуляторы бесконечна. Еще одно интересное рассуждение на тему, какой аккумулятор для запуска автомобиля лучше: литиевый или свинцово-кислотный, читайте тут.

Производство аккумуляторных батарей для электромобилей

Автомобильная промышленность готовится к будущему, в котором будут преобладать электромобили. Сегодня с нами эксперт в области электротранспорта компании B&R — Ронни Губер. Мы поговорим о важной роли аккумуляторных батарей в развитии этого направления, и о том, с какими трудностями сталкиваются производители машин и их поставщики.

Мы всё чаще, и чаще видим на дорогах автомобили с электрическим двигателем. Как Вы думаете, эта тенденция сохранится?

Ронни Губер: Безусловно. Доля электромобилей на рынке продолжает расти в геометрической прогрессии, и это несмотря на глобальный спад продаж автомобилей по всему миру из-за пандемии. Текущие прогнозы говорят, что к 2036 году число легковых электромобилей превысит количество автомобилей с ДВС, и составит большую часть общих продаж автомобилей в мире.

Текущие прогнозы говорят, что к 2036 году число легковых электромобилей превысит количество автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), и составит большую часть общих продаж автомобилей в мире.

Чем объясняется эта тенденция?

Ронни Губер: Потребитель стал больше заботиться об окружающей среде. Многие люди готовы купить электромобиль в качестве замены традиционному, но есть два главных фактора, от которых зависит их решение — стоимость и запас хода. Иными словами, им важно знать, насколько дороже будет электромобиль и как далеко на нем можно проехать, прежде чем потребуется зарядная станция. На эти факторы главным образом влияет аккумуляторная батарея.

В каком смысле?

Ронни Губер: Аккумуляторы составляют около трети стоимости электромобилей, соответственно их эффективное производство напрямую влияет на конечную стоимость автомобиля. Для повышения запаса хода необходимо использовать самые современные технологии при производстве батарей. Важно строго соблюдать технологические допуски и условия чистых помещений, поскольку аккумуляторы для электромобилей более чувствительны к этим факторам, чем запчасти для традиционных автомобилей.

Аккумуляторная батарея электромобиля играет ключевую роль в формировании цены автомобиля и обеспечивает запас хода – это определяющие критерии для большинства покупателей.

Сможет ли производство аккумуляторных батарей поспеть за повышающимся спросом на электромобили?

Ронни Губер: Это очень хороший вопрос. И в большей степени ответ на него зависит от степени автоматизации самого завода. Для достижения нужных объемов и стоимости изготовляемой продукции при производстве аккумуляторных батарей нужно не только устранить необходимость в постоянных остановках между станциями обработки, но и достичь такого времени цикла, которое будет на порядок меньше, чем при производстве запчастей для традиционных автомобилей. Производственные установки должны обеспечивать непрерывный высокоскоростной производственный поток, сравнимый с потоком машин на автобане.

Смогут ли технологии автоматизации обеспечить такой поток?

Ронни Губер: Да, технологии автоматизации играют тут ключевую роль, в особенности интеллектуальные транспортные системы. Современные интеллектуальные конвейеры не просто перемещают продукцию по ленте, но и позволяют исключить бессмысленную трату драгоценного времени. Даже если продукция движется на полной скорости по конвейеру, они позволяют выполнять различные процессы обработки прямо в движении. Наличие молниеносной синхронизации с другими подсистемами позволяет значительно сократить время обработки на каждом этапе.

Можете назвать конкретные цифры?

Ронни Губер: Например, если интеллектуальный конвейер синхронизирован с машинным зрением, то идентификация батарейки составляет 50 миллисекунд, и это притом, что батарейка движется со скоростью 4 метра в секунду. Более того, нет никаких внешних триггеров, источников света или дорогих камер. При использовании традиционного решения это занимало целых две секунды с остановкой аккумулятора на ленте, а наше решение сократило затрачиваемое время на 97.5%. Есть и другие примеры. Нанесение клейкой ленты на батареи тоже происходит во время движения, позволяя сократить затрачиваемое время на 90%.

То есть Вы увеличиваете общую эффективность производства путем ускорения отдельных производственных процессов?

Ронни Губер: Именно так. Можно полностью исключить перемещение модулей между транспортными системами, которое занимает почти целую минуту для каждого набора из десяти аккумуляторных ячеек. Если сложить все сэкономленные секунды и умножить на количество производимой продукции, то станет очевидно, как сильно преображается производство. Но это еще не все преимущества. Помимо скорости, есть еще и плотность производственных мощностей.

Что Вы хотите сказать?

Ронни Губер: При использовании интеллектуальных транспортных систем Вы можете организовать производственный поток как сеть связанных между собой станций. Таким образом, можно координировать время цикла и сократить количество станций, но использовать их значительно эффективнее. Можно избавиться от буферных зон и пустых участков конвейера, которые занимают место. Если установить несколько параллельных медленных станций обработки,то можно в несколько раз увеличить производительность с каждого квадратного метра. Производство построенное по принципу сети, позволяет автоматически направлять детали в обход неисправной станции, поэтому небольшие поломки не будут оказывать значительного влияния на показатели OEE, как если бы это была традиционная производственная линия.

Что это означает для производства аккумуляторных батарей?

Ронни Губер: Один из производителей заменил четыре обычные линии на одну линию с интеллектуальным конвейером. В результате производительность возросла в 7 раз, при этом освободилось 75% ранее занимаемой площади. А если у вас есть целый завод, который работает в два или три раза быстрее, то получается, он эквивалентен двум или даже трем обычным заводам. В конечном счете, для производства аккумуляторных батарей это означает максимизацию возврата инвестиций.

Вы также упомянули о важности времени выхода на рынок, могут ли в этом случае помочь современные технологии автоматизации?

Ронни Губер: Безусловно. Поскольку мы говорим о разработке совершенно нового типа системы производства батарей, то важно иметь инструменты разработки на базе моделирования, виртуального ввода в эксплуатацию и тестирования. Благодаря симуляции можно сравнивать концепции и спрогнозировать пропускную способность задолго до установки оборудования. Чем раньше вы узнаете, чего следует ожидать, тем лучше. Поскольку вы сможете быстро перейти от концептуального проектирования к созданию и развертыванию оптимизированной системы без риска задержек и переделок.

А что касается времени разработки ПО?

Ронни Губер: Если ваша цель — как можно быстрее нарастить производство — вам нужно, чтобы несколько команд разработчиков работали как единое целое. Безусловно, наличие универсальной среды разработки, поддерживающей тесную кооперацию между программистами, является большим преимуществом. Разработчики могут настроить основные функции машины с помощью готовых к использованию программных компонентов. Таким образом у них появится возможность сосредоточиться на реализации тех процессов, которые являются уникальными для производства батарей.

Похоже, у автопрома впереди сложный и увлекательный путь.

Ронни Губер: Совершенно верно. И то, о чем мы говорили ранее, в основном касается только производства отдельных элементов. Но есть гораздо больше возможностей для оптимизации, затрагивающей все этапы — от производства отдельных элементов аккумуляторов, сборки аккумуляторной батареи и до момента установки деталей в автомобиль. Все тенденции и события на рынке свидетельствуют о том, что дела обстоят именно так. Портфель решений полностью интегрированных технологий автоматизации B&R в сочетании с опытом нашей материнской компании ABB в области робототехники и автоматизированных транспортных средств, позволит нам воплотить будущее в реальность уже сегодня.

Похожие публикации:

Agni au что это
Что такое дискретный ход
В какую сторону направлен вектор магнитной индукции
Для какой категории персонала производственный инструктаж является обязательным