Един от основните недостатъци на съвременните електромобили спрямо автомобилите с двигатели с вътрешно горене остава тяхното значително по-високо тегло. Големите батерийни пакети, необходими за осигуряване на достатъчен пробег, могат да добавят стотици килограми към конструкцията. Освен самите клетки, допълнителна маса идва от защитните корпуси, монтажните елементи и носещите компоненти, които трябва да предпазват батерията от механични въздействия и външни фактори. Именно затова автомобилните производители търсят нови решения, които да позволят по-ефективно използване на материалите и пространството. Една от най-интересните посоки е т.нар. структурна батерия – конструкция, при която батерийният пакет вече не е просто отделен компонент, монтиран под пода на автомобила, а се превръща в част от неговата носеща структура.

Какво представляват структурните батерии?

При традиционната архитектура на електромобилите батерията обикновено представлява самостоятелен модул, разположен между предната и задната ос. В него отделните клетки са организирани в модули или са монтирани директно в общ защитен корпус. Шасито на автомобила носи конструкцията, докато батерийният пакет разполага със собствена система за защита, която трябва да го предпазва при удар, вибрации и неблагоприятни условия на експлоатация.

При структурните батерии подходът е различен. Вместо батерията просто да бъде закрепена към автомобила, тя се интегрира непосредствено в пода, шасито или каросерията и започва да изпълнява и конструктивна функция. По този начин батерийният корпус може да участва в поемането на механични натоварвания и да допринася за общата устойчивост и твърдост на купето.

Технологията се свързва основно с две концепции – Cell-to-Chassis (CTC), при която батерията се интегрира в шасито, и Cell-to-Body (CTB), при която тя става част от самата каросерия. В зависимост от конкретната реализация производителите могат да премахнат традиционните междинни модули и да разположат клетките директно в конструкцията на пода. Важно е обаче да се направи разграничение: при повечето серийни автомобили, определяни като модели със структурни батерии, самите клетки не са независими носещи елементи. Конструктивната функция се изпълнява от цялата интегрирана система, включваща клетките, корпуса, защитните панели и съединенията между отделните компоненти.

По-ниско тегло и по-ефективно използване на пространството

Основната причина автомобилните компании да инвестират в тази технология е възможността за намаляване на теглото. Традиционните батерийни системи изискват множество допълнителни елементи – защитни корпуси, монтажни конзоли, носещи рамки и други компоненти, които увеличават общата маса на автомобила. Когато батерията се превърне в част от конструкцията, някои от тези елементи могат да бъдат премахнати или обединени в обща система.

По-ниското тегло има пряко отражение върху енергийната ефективност. По-лекият автомобил се нуждае от по-малко енергия за ускорение и поддържане на скоростта, което потенциално може да доведе до по-голям пробег със същия батериен капацитет. Освободеното пространство също дава повече възможности на инженерите при проектирането на купето и интериора. В някои случаи то може да бъде използвано за увеличаване на капацитета на батерията, без да се променят съществено външните размери на автомобила.

Допълнително предимство е възможността за подобряване на структурната твърдост. Когато батерийният пакет е правилно интегриран, той може да допринесе за устойчивостта на каросерията при усукване и механични натоварвания. Обединяването на няколко отделни компонента в една конструкция може също да опрости производствения процес, да намали броя на необходимите части и в дългосрочен план да ограничи разходите за производство. Това обаче не означава, че всеки автомобил със структурна батерия автоматично ще бъде по-лек, по-евтин или по-ефективен. Крайният резултат зависи от използваните материали, конструктивната концепция и начина, по който е реализирана интеграцията.

Tesla, BYD и BMW вече прилагат различни решения

Сред най-разпознаваемите примери за подобна технология е Tesla, която разработи собствена концепция за структурен батериен пакет, използващ големите цилиндрични клетки от типа 4680. При нея батерийната конструкция е свързана с предните и задните структурни елементи на автомобила, като работи съвместно с големи отлети алуминиеви компоненти. Целта е да се намали броят на отделните части и да се създаде по-интегрирана конструкция, която изпълнява едновременно функцията на енергиен източник и носещ елемент.

BYD използва различен подход със своята технология Cell-to-Body. Тя интегрира батерията непосредствено в подовата конструкция на автомобила, като един от серийните примери е електрическият седан BYD Seal. Моделът използва Blade Battery, а интеграцията позволява батерийният пакет да участва в изграждането на цялостната архитектура на каросерията. По този начин се постига по-ефективно използване на наличния обем и се намалява необходимостта от някои традиционни конструктивни елементи.

BMW също се насочва към подобна архитектура със следващото си поколение електрически автомобили Neue Klasse. Компанията разработва шестото поколение батерийна технология, при която интегрираният под е част от цялостната конструкция на автомобила. Идеята е да се оптимизира разположението на батерията, да се използва по-добре наличното пространство и да се подобри ефективността на цялата система.

Въпреки различията между инженерните решения на трите производителя, основната концепция е една и съща: батерията трябва да изпълнява повече функции от простото съхранение на електрическа енергия. Тя постепенно се превръща в активна част от конструкцията на автомобила.

Един от най-сериозните въпроси обаче е свързан с ремонтопригодността. Когато батерийният пакет е интегриран дълбоко в конструкцията на автомобила, достъпът до отделните му компоненти може да стане значително по-труден. В зависимост от конкретния дизайн повреда в корпуса на батерията може да засегне и структурната цялост на автомобила. Това потенциално усложнява както диагностицирането, така и подмяната на повредени компоненти.

Това не означава, че структурните батерии са опасни или че не могат да бъдат ремонтирани. Всичко зависи от използваните материали, конструкцията, защитните системи и предвидените от производителя процедури за обслужване. Въпреки това някои ремонти могат да се окажат значително по-скъпи в сравнение с тези при автомобилите, използващи традиционни модулни батерийни пакети.

Снимка: Unsplash

Виж още: Скалa, потънала на 90 километра под земната повърхност, разкри неочаквана загадка