760 к.с. и ускорение за 2,4 сек демонстрират възможностите на проточния акумулатор
Той се губи в сянката на Илън Мъск и неговата Tesla, но Нунцио Ла Векио и създадената от неговия екип технология, използвана от изследователската компания nanoFlowcell, могат наистина да предизвикат революция в автомобилостроенето. Най-новото творение на базираната в Швейцария фирма е студията QUANT 48VOLT, която следва по-малката QUANTINO 48VOLT и няколко предишните концептуални модела като QUANT F, които все още не използваха 48-волтова технология.
Останала в сумрака на катаклизмите в автомобилостроенето през последните години NanoFlowcell взема решение да пренасочи развойния си потенциал и развива технологиите така наречените проточни акумулатори, които по отношение на работата си нямат нищо общо с никел-метал хидридните и литиево-йонните. По-внимателният прочит на студията QUANT 48VOLT обаче ще ни разкрие уникални технологични решения – не само по отношение на споменатия начин за генериране на електричество, но и на цялостната 48-волтова компановка с многофазни електромотори с алуминиеви намотки интегрирани в колелата и с обща мощност от 760 конски сили. Естествено възникват и много въпроси.
Проточни акумулатори – какво всъщност е това?
Редица изследователски компании и институти като Фраунхофер в Германия от повече от десетилетие активно работят в областта на проточните акумулатори на електричество.
Става дума за батерии, или по-точно клетки, подобни на горивните, които се зареждат с течност, както се налива гориво в автомобил с бензинов или дизелов двигател. Всъщност идеята за проточен или така наречения redox flow акумулатор не е сложна, а първият патент в тази област датира от 1949 година. Всяко от двете пространства на клетка, разделена от мембрана (подобна на горивните клетки), е свързано с резервоар, съдържащ определен електролит. Поради стремежа на веществата да осъществят химична реакция помежду си през мембраната преминават протони от единия електролит към другия, а електроните се насочват през свързания с двете части токов консуматор, в резултат от което протича електрически ток. След определено време двата резервоара се източват и зареждат с пресен електролит, а отработеният се „рециклира“ в зарядни станции. Работата на системата се осигурява от помпи.
Въпреки че всичко това изглежда просто чудесно, за съжаление все още има много пречки пред практическото използване на този тип акумулатор в автомобилите. Енергийната плътност на ванадиево-електролитният redox акумулатор е в порядъка на едва 30-50 Втч на литър – стойност, съответстваща горе-долу на тази при оловния акумулатор. В този случай за да се съхрани същото количество енергия, колкото в една модерна литиево-йонна батерия с капацитет от 20 кВтч, при подобно ниво на технологиите redox акумулаторът ще се нуждае от 500 литра електролит. В лабораторни условия така наречените ванадиево-полисулфид-бромидни акумулатори постигат енергийна плътност от 90 Втч на литър.
За производството на redox flow акумулаторите не са нужни екзотични материали. Не са необходими и скъпи катализатори като платината, използване при горивните клетки, нито полимери като при литиево-йонните акумулатори. Високата цена на лабораторните системи се дължи единствено на факта, че те са единични бройки и са ръчно изработени. Що се отнася до сигурността, то в това отношение няма никакви опасности. Когато се смесят двата електролита, се извършва химическо „късо съединение” при което се отделя топлина и температурата се повишава, но остава в безопасни стойности и нищо повече от това не се случва. Разбира се, сами по себе си течностите не са безопасни, но това важи и за бензина и дизеловото гориво.
Революционната технология на nanoFlowcell
След години изследователска дейност компанията nanoFlowcell създава технология, при която електролитите не се рециклират. Компанията не обявява подробности за химическите процеси, но е факт, че плътността на енергията на тяхната система bi-ION достига невероятните 600 Втч/л и по този начин осигурява възможност за захранване с такава колосална мощ на електромоторите. За целта са свързани паралелно шест клетки с напрежение от 48 волта имащи възможност за осигуряване на достатъчно електричество за системата с мощност от 760 к.с. Технологията използва разработено от nanoFlowcell обработена на базата на нанотехнологии мембрана постигаща голяма контактна повърхност и позволяваща обмен на големи количества електролит за кратко време. В бъдеще тя ще позволява обработката и на електролитни разтвори с по-голяма концентрация на енергия. Тъй като системата не използва високо напрежение както досегашните, отпадат и буферните кондензатори – новите клетки захранват директно електромоторите и имат голяма изходна мощност. QUANT разполага и с ефективен режим при който се изключват част от клетките и се намалява мощността в името на по-високия КПД. Когато обаче бъде потърсена мощ тя е на разположение – поради огромния въртящ момент от 2000 Нм на колело (общо 8000 Нм според данните на фирмата) ускорението до 100 км/ч става за 2,4 секунди, а максималната скорост е електронно ограничена на 300 км/ч. Съвсем естествено при такива параметри е да не използва трансмисия – четирите електромотора с мощност от по 140 кВт са интегрирани директно в главините на колелата.
Революционни по своята същност електромотори
Малко чудо на технологиите са и самите електромотори. Тъй като работят на изключително ниското напрежение от 48 волта те са не 3-фазни а 45-фазни! Вместо медни намотки те използват мрежеста алумуниева структура за намаляване на обема – нещо особено важно предвид огромните токове. Според простата физика при мощност от 140 кВт на електромотор и напрежение от 48 волта токът протичащ през него трябва да е 2900 ампера. Не случайно nanoFlowcell обявява стойности от 9000 А за цялата система. В това отношение тук наистина работят законите на големите числа. Фирмата не обявява и какви точно системи се използват за преноса на подобни токове. Ползата от ниското напрежение обаче е че не са нужни обезопасителните срещу високо напрежение системи, а това намалява цената на продукта. Това позволява и използването на по-евтините MOSFET транзистори (метало-окисни полупроводникови транзистори с полеви ефект) вместо по-скъпите HV IGBT (високоволтови биполярни транзистори с изолиран гейт).
Нито електромоторите, нито система имат нужда от бавно движение след няколко динамични ускорения за охлаждане.
Големите резервоари са с обем от 2 х 250 литра, а според nanoFlowcell клетките с работна температура от около 96 градуса имат КПД от 90 процента. Те са интегрирани в тунел в подовата конструкция и спомагат за ниския център на тежестта на автомобила. При работата си автомобилът отделя пулверизирана вода, а солите от отработилия електролит се събират в специален филтър и се отделят на всеки 10 000 км. От официалната прес информация от 40 страници обаче не става ясно колко точно е разходът на автомобила на 100 км и има някои очевидни неясни информации. Компанията твърди че един литър bi-ION струва 0,10 евро. При резервоарите с обем от 2 х 250 литра и предполагаем пробег от 1000 км пробег това означава 50 л на 100 км, което пак е изгодно на фона на цените на горивата (отделен е въпросът за теглото). Обявеният капацитет от 300 кВтч на системата, което съотвества на 600 Втч/л обаче означава разход от 30 кВтч на 100 км, а това е ужасно много. По-малкият Quantino например има резервоари с обем от 2 х 95 л които осигуряват капацитет от (според данните) едва 15 кВтч (вероятно 115?), а обявеният пробег е 1000 км при разход от 14 кВтч на 100 км. Това са очевидни несъответствия…
Ако се абстрахираме от всичко това, както технологията на задвижване, така и дизайнът на автомобила може да се опише като невероятен – което само по себе си е уникално за старт-ъп компания. Високотехнологични са и пространствената рама и материалите от които е изработена каросерията. Но това вече изглежда в сферата на конвенционалното на фона на подобно задвижване. Не по-малко важен е и фактът че автомобилът има сертификат от TUV за движение по германската пътна мрежа и е готов за серийно производство. Което би трябвало да започне в Швейцария догодина.
Текст: Георги Колев