Концерн General Motors делает ставку на электрическое будущее, инвестируя 900 миллионов долларов в разработку новых технологий. Ключевым элементом этой стратегии стал новый Центр разработки аккумуляторных элементов (BCDC), расположенный в техническом центре компании в Уоррене, штат Мичиган. Это неприметное здание площадью около 46 500 квадратных метров скрывает технологии, способные снизить стоимость электромобилей GM почти на 10% и ускорить вывод на рынок доступных моделей на год быстрее запланированного.
Аккумуляторный перезапуск и уход от дорогого сырья
Американский рынок электромобилей переживает непростые времена, и GM не стала исключением. В прошлом году автопроизводитель понес расходы в размере 1,6 миллиарда долларов из-за реструктуризации производства электрокаров, что привело к сокращению тысяч рабочих мест. Кроме того, компания временно отложила обновление своих полноразмерных электрических внедорожников и пикапов.
Для исправления ситуации вице-президент GM по аккумуляторам и экологической устойчивости Курт Келти, ранее возглавлявший разработку батарей в Tesla, делает ставку на новую технологию под названием LMR (литий-марганцевый аккумулятор с избытком лития). По словам Келти, этот тип батарей станет основным продуктом компании.
Давление со стороны китайских автопроизводителей, таких как BYD, и гигантов аккумуляторной индустрии вроде CATL заставило западные компании пересмотреть свои планы. В GM решили сократить жизненный цикл платформы Ultium, которая использовала дорогую технологию NMC (никель-марганец-кобальт). Из-за роста цен на сырье и доминирования Китая в сфере добычи ключевых минералов стоимость электромобилей оставалась высокой. Теперь NMC-батареи будут использоваться только в премиальном сегменте.
На смену им приходит технология LMR. Она обладает практически такой же плотностью энергии, как NMC, но ее стоимость сопоставима с более дешевыми железо-фосфатными батареями (LFP), которые устанавливаются в бюджетные модели вроде Chevrolet Bolt. Ожидается, что использование нового химического состава в таких автомобилях, как электрический пикап Chevrolet Silverado EV, обеспечит ряд преимуществ:
- Позволит сохранить запас хода на уровне более 640 километров.
- Снизит себестоимость производства машины как минимум на 6000 долларов.
- Приблизит розничную цену электромобиля среднего класса к бензиновым аналогам.
Мост между лабораторией и гигафабрикой
Разработать новый химический состав батареи в лаборатории — это лишь половина дела. Наладить массовое производство в гигаватт-часах гораздо сложнее. GM планирует вывести автомобили с батареями LMR на дороги уже к 2028 году, и новый центр BCDC должен помочь уложиться в эти сроки.
Новый комплекс свяжет исследовательский центр Wallace Battery Cell, открытый в 2022 году, с крупными заводами в Теннесси и Огайо. Ранее компании не хватало промежуточного звена для масштабирования лабораторных открытий.
Центр BCDC представляет собой увеличенную пилотную линию. При полной загрузке он сможет выпускать около 2500 аккумуляторных ячеек в день (около половины гигаватт-часа в год). Здесь будут тестировать экспериментальные батареи, которые в исследовательском центре Wallace собирают небольшими партиями по 30–50 штук в день, чтобы определить их готовность к конвейеру.
Перенос технологии из лаборатории на завод часто сопровождается трудностями. Согласно отраслевым отчетам, если новый химический состав не обеспечивает 85% выхода годной продукции в течение 18 месяцев на производственной линии, его нельзя считать коммерчески жизнеспособным. Разница между лабораторным прототипом и серийным аккумулятором огромна: в лаборатории создаются мелкие дисковые батарейки, тогда как для электромобиля нужны крупные элементы размером с разделочную доску. BCDC призван минимизировать риски при таком переходе. Тестовый запуск на новой площадке обходится примерно в 200 000 долларов, что значительно дешевле аналогичных тестов на полноценном заводе Ultium.
Для сравнения, площадь нового тестового центра BCDC значительно меньше гигафабрики Ultium в Теннесси, которая занимает около 260 000 квадратных метров и производит 45 гигаватт-часов в год. В BCDC используются смесительные баки объемом 40 литров вместо 2000 литров на заводе, однако это все равно на порядок больше, чем в исследовательской лаборатории Wallace. По словам руководителя BCDC Мо Гальегоса, их площадка призвана преодолеть этот технологический разрыв.
Искусственный интеллект и цифровые двойники
Чтобы сократить расходы, инженеры GM активно используют компьютерное моделирование и технологии искусственного интеллекта. Автопроизводитель инвестировал значительные средства в вычислительные мощности уровня национальных суперкомпьютерных лабораторий. С помощью физико-математических моделей специалисты прогнозируют, как изменения в химическом составе или производственном процессе повлияют на характеристики батареи.
По данным департамента виртуальной электрификации GM, на моделирование процессов технологии LMR уже потрачено более 150 миллионов процессорных часов — это больше, чем уходит на разработку большинства традиционных двигателей внутреннего сгорания.
Кроме того, создана точная виртуальная копия (цифровой двойник) всего центра BCDC, включая пульты управления оборудованием, проводку и даже лопасти смесительных баков. Использование виртуального двойника позволяет инженерам детально изучить всю производственную цепочку до запуска реального оборудования. Это помогло заранее выявить узкие места, проверить безопасность систем управления и сэкономить миллионы долларов, значительно ускорив пусконаладочные работы.
Несмотря на некоторое замедление темпов роста рынка электромобилей в США, в глобальном масштабе в прошлом году он вырос на 20%. Снижение стоимости аккумуляторов делает переход на электротранспорт неизбежным. Ожидается, что первые партии новых батарей сойдут с конвейера BCDC уже в конце этого года. Способность быстро выводить новые типы аккумуляторов на рынок станет главным конкурентным преимуществом автопроизводителей в ближайшие годы.
