Исследовательский проект E-Track опубликовал новые руководящие принципы проектирования, направленные на стандартизацию аккумуляторных батарей электромобилей. Инициатива призвана решить комплекс проблем, связанных с безопасностью, ремонтом и утилизацией тяговых батарей.
При аварии с участием электромобиля пожарные сталкиваются с опасной ситуацией: из-за отсутствия единых стандартов конструкции батарей у разных автопроизводителей спасателям приходится действовать вслепую. Даже когда электромобиль выглядит выключенным после столкновения, повреждённые аккумуляторные блоки могут сохранять высокий уровень опасной электрической энергии.
Дополнительную сложность создаёт тот факт, что большинство производителей склеивают корпуса батарей с помощью тяжёлых термопаст. Такая конструкция удешевляет производство, но делает ремонт практически невозможным: даже небольшое повреждение заставляет механиков выбрасывать весь блок целиком. Эта практика замены целых модулей может вскоре прекратиться.
Проект, возглавляемый Техническим университетом Граца (TU Graz) совместно с Университетом Граца и ведущими отраслевыми компаниями, пришёл к примечательному выводу: сохранение всего лишь 8 процентов клеток повреждённой батареи делает ремонтопригодную конструкцию экономически и экологически целесообразной.
«Наша работа показывает, что безопасность, эффективность и возможность переработки могут быть улучшены одновременно благодаря продуманной конструкции», – отметил Маркус Фашинг, руководитель проекта из Института безопасности транспортных средств TU Graz.
Аккумуляторные ячейки составляют примерно 75 процентов общего веса батарейного блока и большинство его финансовой и экологической ценности. Однако современные методы производства рассматривают эти ресурсоёмкие компоненты как одноразовые изделия.
Команда E-Track проанализировала две альтернативные архитектуры: модульные крышки с тепловыми пластинами и герметичные корпуса с жидкостным охлаждением. В первом случае заменяющие постоянный клей съёмные крышки и сухие термопрокладки позволяют техникам вскрывать блок без его разрушения. Во втором случае использование электрически изолирующего масла для отвода тепла внутри закрытого корпуса позволяет легко откручивать корпус, изолировать повреждённые ячейки и безопасно их заменять.
Разборка повреждённой батареи – лишь половина дела; главная задача – определить, какие ячейки безопасно сохранить. Незначительная авария может вызвать внутренние микро-замыкания, которые не видны снаружи, но могут спровоцировать задержанные возгорания спустя дни после инцидента.
Для выявления скрытых угроз исследователи разработали диагностические инструменты на основе электрохимической импедансной спектроскопии в сочетании с виртуальными мультифизическими моделями. Эта технология действует как рентгеновский аппарат, позволяя техникам выявлять внутренние дефекты на ранней стадии и безопасно сохранять здоровые ячейки.
Несколько автопроизводителей уже изучают возможность реализации последующих проектов. По мере того как регулирующие органы ужесточают требования в области циркулярной экономики, эти рекомендации могут стать основой для глобальных стандартов безопасности батарей, превращая серьёзную пожарную угрозу в ремонтируемый актив.
Проект E-Track, финансируемый Австрийским агентством содействия исследованиям (FFG), был первоначально протестирован на электрических двухколёсных транспортных средствах. Однако основные физические принципы и диагностические модели применимы напрямую к легковым автомобилям и коммерческим грузовикам.
В условиях растущего спроса на материалы повторное использование ячеек критически важно, поскольку выбрасывание всего аккумуляторного блока приводит к потере огромного количества ключевых сырьевых ресурсов: лития, кобальта, никеля, марганца, меди и алюминия. Их добыча наносит ущерб экологии, а переработка экономически затратна.
В ряде случаев неповреждённые ячейки, извлечённые из аварийных автомобилей, могут найти применение в стационарных системах накопления энергии, для резервного питания на основе возобновляемых источников энергии или в промышленном оборудовании, продлевая срок их полезной службы и снижая общее воздействие на окружающую среду.
