Электрические автомобили должны быть удобны для повседневного использования. На решение о покупке в значительной степени влияет, прежде всего, запас хода, а также характеристики зарядки встроенных высоковольтных аккумуляторов. По этой причине Audi самостоятельно проектирует, разрабатывает и проверяет аккумуляторные элементы и компоненты аккумуляторов в своем центре тестирования в Гаймерсхайме. Черный, красный, золотой – эти цвета указывают на состояние зарядки элемента аккумулятора. Во время зарядки ионы лития оседают на графитовом аноде, и графит меняет свой цвет в зависимости от состояния зарядки. В разряженном состоянии графит выглядит черным; заряжен наполовину, становится красным; а при полной зарядке графит кажется золотым. «Это позволяет оценивать состояние зарядки визуально», — объясняет д-р Бернхард Ригер, эксперт по ячейкам в центре тестирования аккумуляторов Audi в Гаймерсхайме. Когда электроды заряжаются, они заряжаются неравномерно. Электрод будет заряжаться быстрее всего там, где присутствует наибольшее количество ионов лития. Это приводит к градиенту состояния зарядки. В идеале все должно быть одного цвета. Но для этого потребовался бы чрезвычайно тонкий электрод, который, в свою очередь, имел бы неприемлемо малую емкость. «Когда дело доходит до быстрой зарядки литий-ионных элементов, искусство заключается в точном контроле тока, чтобы предотвратить перезарядку анода в золотых областях. Это приведет к преждевременному старению», — говорит Ригер. «Это означает, что наша задача заключается в обеспечении идеальной работы литий-ионных элементов для достижения наилучшего запаса хода и производительности зарядки». Баланс между высокой плотностью энергии и быстрым временем зарядки Таким образом, технические специалисты Геймерсхайма сталкиваются с противоречивыми целями. «У нас есть ограниченный объем батареи, в который мы должны вложить как можно больше энергии», — комментирует Ригер. «Но мы также хотим иметь возможность заряжать его как можно быстрее». Конфликт заключается в том, что чем больше плотность энергии, тем больше времени требуется для зарядки элемента. Это означает, что специалисты сталкиваются с необходимостью поддерживать постоянное время зарядки при одновременном увеличении плотности энергии. Чтобы быстро заряжать много энергии, зарядная мощность является одним из первых пунктов повестки дня при разработке проекта. В этой области не менее двух моделей Audi сегодня устанавливают стандарты: элементы высоковольтной батареи емкостью 93 кВтч, используемой в Audi e-tron GT, могут заряжаться от 5 до 80 процентов с мощностью до 270 кВт за всего 22,5 минуты в идеальных условиях. Audi e-tron, который впервые появился на рынке в 2019 году, до сих пор считается эталоном благодаря своей уникальной платообразной кривой зарядки, при которой зарядная мощность до 150 кВт доступна для большей части процесса зарядки. «Мы вкладываем много времени в разработку идеально управляемых аккумуляторных элементов, чтобы добиться как можно более быстрого времени зарядки в сочетании с высокой эффективностью и длительным сроком службы», — объясняет Ригер. Таким образом, в Гаймерсхайме основное внимание уделяется не только аккумуляторным элементам: вся аккумуляторная система с ее электроникой, системой управления температурным режимом и высоковольтной периферией одинаково важна для концепции быстрой зарядки Audi. «Наши системы с самого начала разрабатываются с учетом быстрой зарядки, потому что в дальнейшем будет очень сложно увеличить зарядную емкость. Только идеально сбалансированный комплексный пакет, в котором учитывается каждая деталь с самого раннего этапа, позволит достичь желаемых характеристик зарядки». От испытательных стендов до предсерийного производства — все под одной крышей Помимо критериев плотности энергии и зарядной емкости, аккумуляторные элементы также соответствуют самым высоким стандартам срока службы и безопасности. С этой целью отдельные элементы и аккумуляторная система в целом должны пройти многочисленные испытания в центре площадью около 4400 квадратных метров в Гаймерсхайме. Каждый проект транспортного средства предполагает различные испытания на срок службы и быструю зарядку на нескольких сотнях элементов. Элементы должны проходить через различные профили зарядки и нагрузки, которые технические специалисты из Гаймерсхайма выполняют в климатических камерах при температуре от -30 до +60 °C. «Наши тесты и проверки начинаются на ранней стадии выборки примерно за четыре года до начала производства, чтобы у нас было время внести необходимые коррективы», — объясняет эксперт по ячейкам Ригер. Чтобы оценить явления старения ячеек, они также подвергаются воздействию высоких температур в течение примерно года. Это позволяет Audi моделировать срок службы автомобиля до 15 лет. Стенды для испытаний на срок службы в Гаймерсхайме также позволяют техническим специалистам ускорить реконструированные сценарии пробега примерно до 300 000 километров. Другие тесты включают в себя краш-тесты и испытания на перезарядку, а также различные тесты на безопасность. Можно смоделировать различные сценарии вождения, чтобы оптимизировать стратегию работы высоковольтных компонентов или управление температурным режимом. «Это приложение позволяет нам максимально точно настроить наши аккумуляторы», — говорит Ригер. «Новые результаты измерений ячеек перенаправляются обратно в виртуальные модели аккумуляторов, чтобы мы могли наблюдать за их влиянием на транспортное средство». В Гаймерсхайме также находится завод по производству прототипов аккумуляторов; здесь, «В Гаймерсхайме мы обладаем компетенцией для тонкой настройки конструкции наших ячеек и операционной стратегии для достижения свойств, идеально подходящих для Audi», — резюмирует Ригер. «Как я могу эксплуатировать и создавать батарею, чтобы извлечь из нее максимальную пользу? На этот вопрос мы отвечаем каждый день в центре тестирования аккумуляторов в Гаймерсхайме». Перевод: Ауди Клуб Россия Источник: Audi При использовании материалов ссылка на источник обязательна