Kas ir modulārais dizains?

Pagājušajā mēnesī saņēmu zvanu no autoparka menedžera Mičiganā. Saldētava, trīs maiņās darbināmi krāvēji. Viņa 80 V akumulatora bloks pēc 14 mēnešiem atklāja kļūdas kodu-BMS tika bloķēts, kravas automašīna mirusi. Zvanīja savam piegādātājam, saņēma 22 000 $ par nomaiņu un sešu{8} nedēļu gaidīšanu.

 

Mēs lūdzām viņu uzvilkt vāku un nosūtīt dažas fotogrāfijas. Izrādījās, ka šūnas tika pielīmētas tieši pie paplātes ar strukturālu līmi. Nav moduļu, nav piekļuves pakalpojumiem. Viss iepakojums bija viens ciets bloks. Neatkarīgi no tā, kurš to izstrādāja, iespējams, mēģināja izspiest dažas papildu Wh/kg specifikācijas lapai, un tagad šis puisis par šo lēmumu maksā.

 

Tas ir konteksts, kad kāds mums jautā par moduļu dizainu. Runa nav par definīcijām,-bet par to, kas notiek, kad kaut kas noiet greizi, un tas vienmēr notiek.

 

Pamatideja

Moduļu dizains nozīmē šūnu organizēšanu atsevišķās vienībās (moduļos), kuras varat izvilkt un strādāt atsevišķi. Katram modulim ir savs rāmis, savi elektriskie savienojumi, savs termiskais interfeiss. Kad pakotnei ir nepieciešama apkope, jums ir darīšana ar 5–10 kWh gabalu, nevis 60 kWh monolītu.

Alternatīvā pieeja-šūna-uz-iepakot, šūna-līdz-šasijai, neatkarīgi no tā, kā vēlaties to saukt-, šīs starpstruktūras pilnībā izlaiž. Šūnas nonāk tieši iepakojuma korpusā vai pat transportlīdzekļa grīdā. Jūs droši vien esat redzējuši mārketingu: CATL Qilin izmanto 72% tilpuma, BYD Blade šūnas darbojas visā paplātes platumā, Tesla metina savus 4680 strukturālos iepakojumos.

Tie ir īsti inženiertehniskie sasniegumi. Tie ir jēgpilni pasažieru EV, kur visi sacenšas par diapazona numuriem, un jūs izslēdzat miljoniem identisku vienību. Taču rūpnieciskie lietojumi ir pavisam cita situācija.

Kur parādās problēmas

Kad šūnas ir savienotas ar strukturālo līmi, tās nevar izjaukt, kaut ko neiznīcinot. Tie paši termiskās saskarnes materiāli, kas uzlabo siltuma pārnesi, arī padara visu mezglu pastāvīgu. Viena šūna sabojājas, paka sabojājas.

Vieglo automobiļu īpašnieki nomā uz trim gadiem un veic tirdzniecību. Iekrāvējs sadales centrā darbojas vismaz desmit gadus. Matemātika izdodas savādāk.

Mēs esam izsekojuši remonta izmaksām visā mūsu klientu bāzē, un modelis ir konsekvents. Moduļa-līmeņa pakalpojums maksā 400 $-800, ieskaitot darbu. Pilna komplekta nomaiņa ar salīdzināmu integrētu dizainu,{5}}kad jūs pat varat saņemt vienu reizi USD 15 000–25 000, kā arī nedēļu ilgu sagatavošanās laiku.

Dīkstāves skaitļi to pasliktina. ABB 2024. gada rūpnieciskajā aptaujā (3,{3}} respondenti) atklājās, ka neplānota dīkstāve vidēji ir 125 000 ASV dolāru stundā dažādās nozarēs-automobiļu ražošana sasniedz 2 miljonus ASV dolāru+.. Noliktavu darba apjoms ir zemāks, bet aprīkojums, kas dīkstāvē gaida akumulatoru no Ķīnas, nepelna naudu.

Interesanta ir arī apdrošināšanas puse. Mēs dzirdam, ka tiek koriģēti kopējo-zaudējumu sliekšņi iekārtām ar neapkopējamiem{2}}paketiem. Ir jēga-, ja neliela sadursme nozīmē akumulatora nomaiņu 20 000 ASV dolāru apmērā, matemātika par "kopējo summu" mainās diezgan ātri.

Siltuma pārvaldība kļūst sarežģīta

Temperatūras kontrole ir vieta, kur modulārā arhitektūra patiešām nopelna savu noturību, lai gan par to netiek daudz runāts.

Litija šūnas vēlas palikt no aptuveni 15 grādiem līdz 35 grādiem. Pārāk karsts, un tie ātri noārdās-katriem 10 grādiem virs optimālā, aptuveni uz pusi samazina cikla kalpošanas laiku. Pārāk auksts un jūs zaudējat ietilpību, kā arī uzlāde zem sasalšanas apdraud litija pārklājumu. Slikti rezultāti jebkurā gadījumā.

Moduļu robežas nodrošina dabiskās termiskās zonas. Jūs varat ievietot dzesēšanas plāksnes starp moduļiem, palaist šķidrumu pa noteiktiem kanāliem, izolēt problemātiskās vietas. Sistēmu ir vieglāk modelēt un vieglāk uzbūvēt.

Mēs esam testējuši konfigurācijas ar fāzu{0}}maiņu materiāliem moduļu korpusos. Viens un tas pats pamatprodukts kalpo gan āra pagalmos Saūda Arābijā, gan saldētavās Kanādā. Saldētavas testēšanā akumulatori saglabājās virs 0 grādiem 14+ stundas -20 grādu apkārtējā vidē pēc pilna izlādes cikla. Bez siltuma pārvaldības dažu stundu laikā jūs esat zem sasalšanas.

Izmantojot integrēto komplektu, kurā viss ir savienots ar vienu lielu dzesēšanas plāksni, jūs to nevarat pielāgot. Siltuma sistēma ir struktūra. Dažāds pielietojums nozīmē atšķirīgu iepakojuma dizainu.

Ražošanas ekonomika{0}}Ne tas, ko jūs gaidījāt

Integrētu dizainu virziens vienmēr ir saistīts ar ražošanas efektivitāti. Mazāk detaļu, ātrāka montāža, zemākas izmaksas. Tesla cut Model 3 iepakojuma montāža no 7 stundām līdz 17 minūtēm. Tie skaitļi ir reāli.

To pamatā ir arī miljoniem identisku pakotņu izveide ar specializētu automatizāciju, kuras iestatīšana maksā desmitiem miljonu.

Rūpnieciskā akumulatoru ražošana neizskatās pēc tā. Tipiskam iekrāvēja oriģinālā aprīkojuma ražotājam ir nepieciešami komplekti no 24 V līdz 80 V, kas var būt pieejami desmitiem jaudas variantu, kas aprīkoti ar dažādu šasiju no dažādiem aprīkojuma zīmoliem. Mēs runājam par desmitiem tūkstošu vienību visā produktu līnijā, nevis miljoniem vienas SKU.

Moduļu arhitektūra risina šāda veida dažādību. Jūs apstiprināt viena moduļa dizainu, pēc tam apvienojat dažādus daudzumus, lai sasniegtu klientam nepieciešamo spriegumu un jaudu. Iepakojuma-līmeņa struktūra būtībā ir plaukts. Jaunas konfigurācijas var tikt piegādātas dažu nedēļu laikā, jo -moduļa-sarežģītā daļa jau ir pabeigta.

Nesenās rūpnieciskās izvēršanas apjoms stāsta labāk nekā teorija:

Rūpniecisko akumulatoru flotes izvietošana (2023–2025)

Kas izceļas: katrai lielākajai ieviešanai prasīgās vidēs-ieguves rūpniecībā, saldētavā, lidostu darbībā-notika modulāra konstrukcija. Integrētā pieeja dominē pasažieru EV. Dažādas darbības realitātes, dažādas arhitektūras izvēles.

Mēģiniet to izdarīt, izmantojot integrētos iepakojumus. Katram variantam ir nepieciešams savs instruments, savs validācija, savs ražošanas iestatījums. Efektivitātes priekšrocības automobiļu mērogā pārvēršas par elastības sodu, kad apkalpojat sadrumstalotus rūpniecības tirgus.

Izmaksu pozīcija

Nozares cenu noteikšanas dati (BloombergNEF katru gadu publicē aptaujas) liecina, ka LFP iepakojuma izmaksas ir aptuveni 81 $/kWh visā pasaulē ar ievērojamām reģionālajām atšķirībām-Ķīnā aptuveni 84 ASV dolāri/kWh, Ziemeļamerikā vairāk – 121 $/kWh. Šī 44% prēmija atspoguļo darbaspēka izmaksas, piegādes ķēdes briedumu un ražošanas apjomu.

Tās ir iepirkuma cenas. Viņi neuztver to, kas notiek desmit darbības gadu laikā.

Vairāku{0}}dakšu iekrāvējam, kas darbojas 3000 stundu gadā, akumulators kādā brīdī būs jāapkopj. Varbūt divas reizes dzīves laikā, varbūt trīs reizes.

Moduļu komplektos tas ir 1500–2500 USD, ieskaitot dīkstāves izmaksas. Ja jums ir jānomaina visa vienība kaut vienu reizi, integrētās pakotnes maksā 40 ASV dolārus,{5}}.

Publicētie autoparku operatoru TCO pētījumi liecina par šādu modeli:

Litija pret svinu{0}}skābes TCO analīze (vairākas{1}}maiņu darbības)

*Avoti: UgoWork autoparka analīze (50 kravas automašīnu Texas 3PL), Raymond Corporation etalondati, OneCharge saldētavas izvietošana*

Sākotnējā piemaksa par moduļu arhitektūru-nosauciet to par 15-20%-parasti atmaksājas 24-36 mēnešu laikā, veicot darbības vairākās maiņās. Pat vienas maiņas pieteikumi tiek sasniegti piecu gadu laikā.

Regulējošais virziens

Gan Ķīna, gan ES ir virzījušās uz noteikumiem, kas dod priekšroku izmantojamam dizainam.

GB 38031-2020 (Ķīnas EV akumulatoru drošības standarts) pieprasa termiskās izplatīšanās barjeras — ja viena šūna aizplūst, blakus esošajām šūnām ir jāiztur vismaz piecas minūtes vai arī iepakojumam ir jāsniedz brīdinājums. Moduļu robežas ir dabiska vieta, kur likt šos šķēršļus.

ES akumulatoru regula, kas tiks ieviesta līdz 2027. gadam, pievieno prasības oglekļa pēdas izsekošanas, otrreizējās pārstrādes satura un dzīves cikla izsekojamības nodrošināšanai, izmantojot “Battery Passport” sistēmas. Tas viss ir vieglāk, ja baterijas ir paredzētas izjaukšanai. Moduļus var izvilkt, klasificēt, nosūtīt uz otro-lietotājiem vai pārstrādāt. Integrētie iepakojumi ir jāsadala.

Politikas virziens ir diezgan skaidrs: baterijas ir ilglietojuma preces, nevis vienreizējās lietošanas. Dizaini, kas optimizēti tikai ražošanas ērtībām, laika gaitā saskarsies ar lielāku berzi.

Ko tas nozīmē piegādes lēmumiem

Integrētās arhitektūras nav nepareizas,{0}}tās vienkārši ir optimizētas dažādiem mērķiem, nevis rūpnieciskām lietojumprogrammām. CATL un BYD ir paredzēti autoražotājiem, kuriem nepieciešams maksimāls enerģijas blīvums pie maksimālā ražošanas apjoma. Tā ir likumīga inženierijas problēma ar likumīgu risinājumu.

Rūpnieciskās iekārtas ir atšķirīgas. Desmit-gadu dzīves cikli. Klientu tehniķu apkalpošanu uz vietas. Darbības vide no saldētavām līdz tuksnešiem. Desmitiem sprieguma un jaudas variantu starp aprīkojuma zīmoliem.

Ja tā ir jūsu situācija, ir vērts uzdot jautājumus jebkuram akumulatoru piegādātājam:

Atbildes norāda, vai jūs pērkat kaut ko, kas paredzēts jūsu darbības realitātei, vai kaut ko tādu, kas ir bijis pieejams.

Mēs jau gadiem ilgi esam veidojuši moduļu komplektus rūpnieciskiem lietojumiem, jo ​​tas ir tas, ko pieprasa lietojumprogrammas. Specifikāciju lapu numuri nav tik iespaidīgi kā tas, ko redzat no lielajiem automobiļu akumulatoru piegādātājiem. Desmit{2}}gadu īpašumtiesību izmaksas parasti ir.