Porsche katuje baterie w samochodach

Zdjęcie: Fot. Depositphotos

− Jesteśmy w trakcie odkupu Porsche Taycan pierwszej generacji od naszego klienta, który przesiadł się na nowego taycana. Ma 380 tys. km na liczniku i SOH [stan żywotności baterii – red.], który Cię zaskoczy – przekonuje mnie podczas spaceru po kampusie w Weissach jednej z inżynierów Porsche.

Takiego kampusu nie powstydziłaby się większość czołowych uniwersytetów na świecie. Na 12 ha rozciągających się w malowniczym bawarskim pogórzu pracuje 7,5 tysiąca pracowników – w ponad 80% naukowców i techników. To tutaj najpierw rodziły się innowacje w obszarze silników spalinowych, a dziś rodzą się w obszarze silników elektrycznych i baterii litowo-jonowych.

Kto robi dziś najlepsze ogniwa?

Rozwiązania, które powstały w Weissach, takie jak 800-woltowa architektura dla pierwszego elektryka koncernu – wówczas jeszcze prototypowego Porsche Mission-e (dzisiejszego Porsche Taycan i siostrzanego Audi e-tron GT) – stały się standardem branżowym dla topowych elektryków na rynku. Stosują ją dziś producenci z Europy, USA i Azji.

Rozmawiając o tych przełomowych technologiach mijamy kolejne zamaskowane prototypy, które służą np. do rozwoju elektrycznego Porsche 718, czy modele przedprodukcyjne elektrycznego Porsche Caynne. Te auta nie wyjeżdżają zwykle poza kampus. Nie muszą, bo tor testowy, stanowiska testowe, czy superszybkie ładowarki znajdują się na miejscu.

Wśród maszyn służących do badań baterii są m.in. komory pozwalające symulować wielokrotne ładowanie baterii na mrozie lub w upale.

Nasi rozmówcy odkrywają sporo kart. Pytani o producentów ogniw mówią, iż koreańskie LG (czyli de facto fabryka pod Wrocławiem, która dostarcza ogniwa dla Porsche) jest dziś absolutnie czołowym dostawcą wysokowydajnych ogniw NMC, wyprzedzając pod tym względem chińską konkurencję. – BYD jest dziś najlepsze na świecie w tanich ogniwach LFP, ale to zupełnie nie interesuje nas, jako producenta aut sportowych, bo te ogniwa znacząco odbiegają parametrami od NMC. Natomiast CATL robi zarówno LFP, jak i NMC. Robi je bardzo dobrze, ale nie są to dziś najbardziej zaawansowane technologicznie rozwiązania – słyszę.

Dzięki bateriom spod Wrocławia, Porsche Taycan jest w stanie uzyskać średnią moc ładowania do 87% na poziomie 217 kW. To moc przekraczająca większość maksymalnych osiągów aut elektrycznych dostępnych dziś na rynku.

Jak bateria przeżyła uderzenie boczne z prędkością 80 km/h?

Docieramy do hali, gdzie inżynierowie co roku rozbijają setkę porsche prostu z taśmy produkcyjnej. Wśród nich coraz więcej elektryków. Przed nami stoi rozbite elektryczne Porsche Macan. Auto przeszło zderzenie boczne ze słupem przy prędkości 80 km/h. – To najgorszy test zderzeniowy dla baterii, bo uderzenie czołowe czy z tyłu daje nam bardzo dużo miejsca do rozproszenia siły uderzenia. Z boku mamy raptem kilkanaście centymetrów, które dzielą ogniwa w obudowie od obiektu z którym zderza się auto. To bardzo mało miejsca na rozproszenie tak dużej ilości energii – tłumaczy mi dr Simon Maurer, inżynier odpowiedzialny za pasywne systemy bezpieczeństwa aut.

Jak wyszła z tego zderzenia bateria? Widocznemu odkształceniu uległa konstrukcja auta, zmiażdżona została także boczna część, wzmacnianej włóknem szklanym, płyty chroniącej baterię. Rama chroniąca baterię została minimalnie odkształcona, ale trzeba spojrzeć na nią z boku i dobrze się przyjrzeć, aby to zobaczyć. Ogniwa w ogóle nie zostały naruszone.

– Po takim wypadku auto musi trafić do kasacji, bo naruszona została jego konstrukcja. Natomiast sama bateria czy poszczególne moduły teoretycznie mogłyby zostać wykorzystane w innym aucie, bo z zewnątrz nie zostały naruszone. Jednak na razie zobowiązujemy wszystkie nasze serwisy do wymiany baterii w każdym przypadku, gdy doszło do wybuchu poduszek powietrznych, któremu z automatu towarzyszy pirotechniczne rozłączenie baterii wysokiego napięcia. Każdą taką baterię badamy wspólnie z producentem ogniw. Zmierzamy do tego, aby w przyszłości takie baterie nie były z automatu poddawane recyklingowi, ale musimy mieć pewność, iż decyzja o tym jest poparta wynikami badań baterii uczestniczących w wypadkach – tłumaczy nam inż. Otmar Bitsche, od 14 lat kierujący obszarem elektromobilności w Porsche, chodząca encyklopedia technologii bateryjnych.

Zgodnie z dzisiejszymi procedurami wewnętrznymi Porsche, baterie z aut, które uległy wypadkowi powodującemu wystrzelenie poduszek powietrznych (de facto choćby niewielkiej kolizji), są mielone i służą do budowy nowych pakietów bateryjnych. W przyszłości ma się to zmienić.

Jak gwałtownie spada pojemności baterii w Porsche?

Inżynier Bitsche, wspólnie Carlosem Alberto Cordova Tineo, który pracuje nad rozwojem baterii Porsche od ośmiu lat, z niesłychaną pasją opowiadają też o procesie starzenia się baterii litowo-jonowych. – Proces degradacji składa się z dwóch elementów: spadku pojemności i wzrostu rezystancji wewnętrznej ogniw. Dopiero zestawione razem, dają nam odpowiedź na pytanie o aktualny SOH (ang. State of Health, czyli stan zdrowia, czy też poziom żywotności) baterii – tłumaczy Cordova.

Baterie Porsche, ładowane mocą 320 kW (3C), muszą wytrzymać setki takich sesji ładowania bez znaczącej degradacji.

− Trzy najważniejsze czynniki decydujące o tempie degradacji to temperatura, natężenie prądu przepływającego przez ogniwa i poziom ich naładowania – wymienia Cordova. Jak wyjaśnia, baterie samochodu elektrycznego używanego w chłodnym klimacie Skandynawii, prowadzonego przez spokojnego kierowcę i ładowanego głównie w domu, do poziomu powiedzmy 70%, będą degradować się wolniej niż akumulatory elektryka katowanego dynamiczną jazdą w upalnym klimacie Zatoki Perskiej, ładowanego wyłącznie na superszybkich ładowarkach i zawsze do 100%.

Porsche Taycan drugiej generacji to najszybciej uzupełniające zasięg auto dostępne na polskim rynku, bo pokazaliśmy na tym teście w realnych warunkach autostradowych.

Inżynierowie Porsche dodają jednocześnie, iż ich baterie przechodzą testy znacząco przekraczające gwarancję producenta, tak aby choćby w tych najgorszych warunkach zapewniać wystarczającą żywotność. – Testujemy je w cyklach odzwierciedlających 300 tysięcy kilometrów i ładowanie zawsze do 100%, w połowie na superszybkich stacjach ładowania, chociaż w rzeczywistości nasi klienci rzadko przekraczają 90% poziom naładowania i w zdecydowanej większości (85%) ładują auta na wolnych ładowarkach – wylicza Carlos Cordova. Jak dodaje inż. Bitsche, Porsche oczekuje, iż po takim cyklu testowym żywotność baterii nie spadnie o więcej niż 20-30%.

Jaki będzie docelowy zasięg elektrycznych Porsche?

Niemcy pracują jednocześnie nad kilkoma elementami baterii kolejnych modeli – ich wytrzymałością na ekstremalne warunki, możliwością dostarczania ogromnej mocy do silnika, bardzo szybkiego ładowania oraz pojemności zapewniającej coraz większy zasięg. – 85% naszych klientów uznaje, iż zasięg do 550 km jest wystarczający – mówi dr Goldsche.

W teorii już dziś jest on znacznie większy, bo w podstawowym Taycanie wzrósł z 503 km do 678 km wg WLTP. Jednak nasi rozmówcy zdają sobie sprawę, iż zasięg, jaki muszą prezentować zgodnie z homologacją, odstaje od zużycia w rzeczywistych warunkach. Procedura homologacyjna realizowana jest na hamowni, bez uwzględniania wiatru, w temperaturze 23 st. C, w ściśle określonych cyklach trwających równo 30 minut, gdzie średnia prędkość z całego cyklu wynosi 46,5 km/h.

Porsche uznało, iż pokonanie niemal całej Polski autostradą A1 nie wolniej niż z maksymalnymi dozwolonymi prędkościami, wymagające zatrzymania na 24 minut, to wciąż za mało. Obecna generacja Taycana zużywa mniej, ma większą baterię, jest lżejsza i szybciej się ładuje od pierwszej generacji, którą testowaliśmy na tej trasie.

W rzeczywistych warunkach, jak choćby naszego ostatniego testu taycana drugiej generacji na trasie ze Stambułu do Stuttgartu pokazała, iż zasięg 550 km jest osiągalny przy jeździe non-stop z prędkością 100 km/h. Przy jeździe 160 km/h spada do 380 km. To przez cały czas bardzo dobry wynik, bo spalinowe Porsche 911 nie przejedzie wiele więcej, ale kolejne generacja mają przez cały czas zyskiwać większy zasięg. Jednak Porsche zakłada dziś, iż osiągnięcie 800 km według WLTP będzie już maksymalnym zasięgiem do jakiego będą dążyć. Może to oznaczać, iż granicą będą baterie o pojemności 120-130 kWh brutto. Dzisiejszy Taycan ma baterię o pojemności 105 kWh brutto (i jest ona lżejsza, niż poprzedniczka o pojemności 93 kWh).

− Co ciekawe, 70% podróży naszych klientów nie przekracza 60 km dziennie, ponad 95% jest krótsza niż 200 km dziennie, a mniej niż 2% podróży przekracza 300 km – wylicza jednocześnie dr Matthias Goldsche, odpowiedzialny za rozwój baterii wysokonapięciowych w Porsche.