Một cách tiếp cận mới đối với pin ô tô sắp biến đổi xe điện

Các công ty ô tô đang thiết kế các cách để lắp pin nhiên liệu vào khung của ô tô, giúp cho các chuyến đi bằng điện rẻ hơn, rộng rãi hơn và có thể đạt được phạm vi 620 dặm.

TRỌNG LƯỢNG LÀ MỘTtrong số những trở ngại lớn nhất đối với các nhà thiết kế và kỹ sư ô tô.Pin cực kỳ nặng và đặc, đồng thời với việc động cơ đốt trong nhanh chóng chuyển sang tương lai điện, câu hỏi làm thế nào để xử lý khối lượng pin tăng thêm của EV đang trở nên quan trọng hơn cả.

Nếu bạn muốn chế tạo một chiếc EV có phạm vi hoạt động tốt hơn, thì việc trang bị pin lớn hơn để cung cấp phạm vi hoạt động đó không nhất thiết là giải pháp.Sau đó, bạn sẽ phải tăng kích thước của hệ thống phanh để làm cho chúng có khả năng dừng chiếc xe nặng hơn và do hệ thống phanh lớn hơn nên giờ đây bạn cần bánh xe lớn hơn và trọng lượng của tất cả những vật dụng đó sẽ yêu cầu một cấu trúc chắc chắn hơn.Đây là điều mà các nhà thiết kế xe hơi gọi là “vòng xoắn ốc trọng lượng” và vấn đề với pin là chúng yêu cầu bạn phải kéo theo trọng lượng chết chỉ để cung cấp năng lượng cho xe.

Nhưng nếu bạn có thểtích hợppin vào cấu trúc của ô tô để các tế bào có thể phục vụ mục đích kép là cung cấp năng lượng cho phương tiện và đóng vai trò là khung xương của nó?Đó chính xác là những gì Tesla và các công ty Trung Quốc như BYD và CATL đang làm.Các thiết kế cấu trúc mới của các công ty này không chỉ thay đổi cách sản xuất xe điện mà còn tăng phạm vi hoạt động của xe trong khi giảm chi phí sản xuất.

Theo Euan McTurk, nhà tư vấn điện hóa pin tại Plug Life Consulting, vì các công nghệ như cell-to-pack, cell-to-body và cell-to-chassis xây dựng pin cho phép pin được phân phối hiệu quả hơn bên trong xe, chúng đưa chúng ta đến gần hơn với một loại pin EV hoàn hảo theo giả thuyết.“Bộ pin cuối cùng sẽ là bộ pin bao gồm 100% vật liệu hoạt tính.Đó là,mỗimột phần của bộ pin dự trữ và giải phóng năng lượng,” ông nói.

Theo truyền thống, pin EV đã sử dụng các mô-đun tế bào sau đó được kết nối với nhau thành các gói.BYD đã đi tiên phong trong công nghệ ghép tế bào thành gói, loại bỏ giai đoạn mô-đun trung gian và đặt các tế bào trực tiếp vào gói.Theo Richie Frost, người sáng lập và Giám đốc điều hành của Sprint Power, “các mô-đun tiêu chuẩn có thể phù hợp tốt trong một gói nhưng lại để lại nhiều diện tích 'lãng phí' trong một gói khác.Bằng cách loại bỏ các ràng buộc của một mô-đun, số lượngcác tế bào có thể được tối đa hóa trong bất kỳ vỏ bọc nào.

Vì vậy, cell-to-pack cho phép loại bỏ các khối xây dựng mô-đun khỏi bộ pin, nghĩa là dung lượng ít bị lãng phí hơn.BYD cũng đã ủng hộ pin LFP (lithium iron phosphate), loại pin này có tính ổn định hóa học tốt hơn và sản xuất rẻ hơn.Một vấn đề là mật độ năng lượng của các tế bào LFP không tốt bằng các tế bào hóa học NCM (niken coban mangan) được sử dụng trong xe điện như Kona Electric của Hyundai, I-Pace của Jaguar và dòng ID của Volkswagen.Tuy nhiên, thiết kế cell-to-pack cho phép công ty lắp nhiều cell hơn vào một không gian nhất định và tăng mật độ lên mức gần với mức có thể đạt được với pin NCM.

BYD có trụ sở tại Thâm Quyến là một trong những nhà sản xuất xe điện tích hợp theo chiều dọc nhất thế giới—có nghĩa là họ sản xuất pin, nhiều bộ phận của phương tiện và chính ô tô—nhưng thực ra họ khởi đầu là một công ty sản xuất pin.Đối thủ lớn nhất của nó trong lĩnh vực pin Trung Quốc là Modern Amperex Technology, một công ty vào năm 2021 là nhà sản xuất pin EV lớn nhất thế giới, với 32,6% thị phần.Điều này phần lớn là do CATL thống trị thị trường Trung Quốc với 52% thị phần.

CATL đã có một nhà máy ở Đức, cùng với một nhà máy pin trị giá 5 tỷ USD đang được xây dựng ở Indonesia và có kế hoạch đầu tư tương tự ở Mỹ.Các khoản đầu tư riêng của công ty vào cả khai thác lithium và coban giúp bảo vệ công ty khỏi biến động giá cả hàng hóa.Nhưng một trong những yếu tố chính cho sự mở rộng toàn cầu của CATL sẽ là công nghệ từ tế bào đến khung gầm, trong đó pin, khung gầm và gầm xe điện được tích hợp làm một, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về một bộ pin riêng trong xe.

Việc phân phối lại khối lượng lớn của pin cũng sẽ giải phóng không gian trong thiết kế ô tô để có nội thất rộng rãi hơn, vì các nhà thiết kế sẽ không cần phải tăng chiều cao sàn của xe điện để xếp các ô bên dưới vào một tấm lớn.Được giải phóng khỏi những hạn chế trước đây, vì các ô có thể tạo nên toàn bộ khung, các nhà sản xuất sẽ có thể đưa nhiều ô hơn vào mỗi EV, do đó tăng phạm vi.

CATL ước tính rằng các phương tiện sản xuất theo thiết kế này sẽ đạt được phạm vi hoạt động 1.000 km (621 dặm) mỗi lần sạc—tăng 40% so với công nghệ pin thông thường.