W skrócie:
- Shell zaprezentował projekt, który może mieć duży wpływ na rozwój samochodów elektrycznych
- Triple10 Challenge to koncepcyjny pojazd, który zamiast stawiać na coraz większe akumulatory, proponuje zupełnie inne podejście
- Na czym polega pomysł?
- W aucie zamontowano mniejszą baterię o wysokiej sprawności. Ładowanie na ładowarce 175 kW od 10 do 80% ma zająć 10 minut
Shell jedzie własną drogą
Przez lata producenci samochodów elektrycznych szli w podobnym kierunku. Większy akumulator oznaczał większy zasięg, ale jednocześnie wyższą masę, większe zużycie surowców i rosnące koszty produkcji. Shell uważa, że taka droga nie jest jedynym rozwiązaniem. Zamiast montować coraz większe baterie, lepiej poprawić sprawność całego samochodu i skrócić czas ładowania do poziomu, który sprawi, że pojemność akumulatora przestanie mieć tak duże znaczenie.
Tak powstał projekt Triple10 Challenge – koncepcyjny samochód opracowany wspólnie z brytyjskimi partnerami RML, Empel Systems i HORIBA MIRA. Nie jest to zapowiedź modelu, który trafi do sprzedaży pod marką Shell, a demonstracja technologii pokazująca, jak mogą wyglądać przyszłe samochody elektryczne.
Trzy „dziesiątki” zmienią sposób myślenia?
Nazwa Triple10 Challenge nie jest przypadkowa. Odnosi się do trzech ambitnych celów, które według Shella powinny stać się nowym standardem dla przystępnych cenowo samochodów elektrycznych.
Pierwszym jest możliwość naładowania akumulatora od 10 do 80% w czasie krótszym niż 10 minut. Drugim osiągnięcie sprawności energetycznej na poziomie 10 kilometrów z jednej kilowatogodziny energii. Trzecim ograniczenie śladu węglowego całego cyklu życia samochodu do 10 ton ekwiwalentu CO₂.
Te trzy założenia mają sprawić, że samochód elektryczny będzie lżejszy, tańszy w produkcji i bardziej praktyczny w codziennym użytkowaniu.
Według wyliczeń Shella koncepcyjny pojazd osiąga sprawność 10 km/kWh, co oznacza poprawę efektywności o ponad 30% względem wielu obecnie produkowanych samochodów elektrycznych.
Zamiast większej baterii – lepsze chłodzenie
Najważniejszą zmianą jest zupełnie nowa konstrukcja akumulatora. W klasycznych samochodach elektrycznych ogniwa chłodzone są pośrednio. Płyn chłodzący przepływa specjalnymi kanałami znajdującymi się pomiędzy modułami baterii, odbierając od nich ciepło.
Shell proponuje inne rozwiązanie. Cylindryczne ogniwa zostały zanurzone bezpośrednio w specjalnym dielektrycznym płynie chłodzącym opracowanym przez koncern. Ponieważ ciecz nie przewodzi prądu, może mieć bezpośredni kontakt z ogniwami bez ryzyka zwarcia.
Dzięki temu ciepło odbierane jest natychmiast z całej powierzchni ogniw, a temperatura akumulatora pozostaje niemal jednakowa nawet podczas bardzo intensywnego ładowania.
Temperatura jest dziś jednym z największych ograniczeń szybkiego ładowania. Gdy bateria zaczyna się przegrzewać, elektronika automatycznie ogranicza moc, aby zapobiec uszkodzeniu ogniw. W efekcie samochód tylko przez krótki czas wykorzystuje maksymalną moc ładowarki.
Według Shella nowa technologia pozwala utrzymywać moc 175 kW praktycznie przez cały proces ładowania.
Niespełna 10 minut przy zwykłej ładowarce
Prototyp wyposażono w akumulator o użytecznej pojemności 32 kWh. Dzięki nowemu układowi chłodzenia bateria ładuje się od 10 do 80% w 9 minut i 54 sekundy.
Co ważne, Shell nie wykorzystał do tego ultrawydajnych ładowarek o mocy przekraczającej 300 lub 350 kW. Samochód osiąga taki wynik przy wykorzystaniu powszechnie spotykanej ładowarki DC o mocy 175 kW.
Według firmy oznacza to możliwość odzyskiwania nawet 24 kilometrów zasięgu na minutę ładowania. Dla porównania przeciętny współczesny samochód elektryczny korzystający z tej samej ładowarki odzyskuje około 13 kilometrów zasięgu na minutę.
Mniejsza bateria oznacza tańszy samochód
Shell przekonuje, że przyszłość elektromobilności nie polega na montowaniu coraz większych akumulatorów. Dzisiejsze samochody elektryczne często wykorzystują baterie o pojemności 80, 90 czy nawet ponad 100 kWh. Takie rozwiązanie zwiększa zasięg, ale jednocześnie podnosi masę samochodu nawet o kilkaset kilogramów oraz znacząco podraża jego produkcję.
Triple10 Challenge pokazuje inne podejście. Jeżeli samochód zużywa znacznie mniej energii i ładuje się w czasie krótszym niż przerwa na kawę, ogromna bateria przestaje być konieczna.
Według Shella zastosowanie bardziej kompaktowego akumulatora oraz uproszczonej konstrukcji pozwala obniżyć koszt całego pakietu bateryjnego o około 25% w porównaniu z typowym współczesnym samochodem elektrycznym.
Jeden układ chłodzenia dla całego napędu
Nowe rozwiązanie upraszcza także cały układ chłodzenia samochodu. Po odebraniu ciepła z akumulatora płyn chłodzący osiąga temperaturę około 50 stopni Celsjusza. Shell wykorzystuje to do chłodzenia kolejnych elementów napędu – silnika elektrycznego oraz elektroniki mocy, które mogą pracować w wyższych temperaturach niż ogniwa.
Dzięki temu cały samochód korzysta z jednego, znacznie prostszego układu chłodzenia zakończonego klasyczną chłodnicą wykorzystującą mieszaninę wody i glikolu. Ograniczenie liczby przewodów, pomp oraz wymienników ciepła przekłada się nie tylko na niższą masę, ale również mniejszą liczbę części mogących ulec awarii.
Łatwiejszy serwis i większe bezpieczeństwo
Nowa konstrukcja ma jeszcze jedną zaletę. W tradycyjnych akumulatorach moduły są często przyklejane do płyt chłodzących za pomocą specjalnych klejów i past termicznych. Ich demontaż jest czasochłonny i utrudnia późniejsze naprawy lub recykling.
W projekcie Shella wystarczy spuścić ciecz chłodzącą, otworzyć obudowę i wyjąć moduły baterii. Ma to znacznie uprościć zarówno serwisowanie, jak i odzyskiwanie materiałów po zakończeniu eksploatacji samochodu.
Producent zwraca również uwagę na bezpieczeństwo. Skuteczniejsze odprowadzanie ciepła zmniejsza ryzyko wystąpienia zjawiska thermal runaway, czyli niekontrolowanego wzrostu temperatury prowadzącego do zapłonu akumulatora.
Recykling od początku był częścią projektu
To nie koniec innowacji. Podwozie wykonano z aluminium pochodzącego z recyklingu, którego produkcja odpowiada za około 10% emisji związanej z wytwarzaniem nowego materiału. Dach oraz obręcze kół powstały z włókna węglowego z odzysku, natomiast we wnętrzu wykorzystano tapicerkę z włókien lnu.
Według wyliczeń Shella cały cykl życia samochodu ma generować około 10 ton CO₂e, co oznacza redukcję o blisko 50% względem typowych współczesnych samochodów elektrycznych sprzedawanych w Europie. Firma podkreśla jednak, że wynik zakłada korzystanie wyłącznie z energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych przez cały okres eksploatacji pojazdu wynoszący 200 tys. km.
To pomysł przede wszystkim dla miast
Shell wskazuje, że koncepcja skierowana jest przede wszystkim do niewielkich samochodów miejskich. Zdaniem koncernu właściciele dużych samochodów częściej mają możliwość ładowania w domu lub w miejscu pracy. Zupełnie inaczej wygląda sytuacja mieszkańców bloków i starych osiedli, którzy są uzależnieni od publicznych ładowarek.
To właśnie dla nich skrócenie ładowania do około 10 minut może okazać się ważniejsze niż zwiększanie pojemności akumulatora. Jeżeli kierowca podczas krótkich zakupów lub postoju w drodze do domu odzyska kilkaset kilometrów zasięgu, potrzeba montowania bardzo dużej i kosztownej baterii znacząco maleje.
Na razie Triple10 Challenge pozostaje jedynie demonstratorem technologii i nie wiadomo, kiedy podobne rozwiązania trafią do seryjnej produkcji. Projekt pokazuje jednak, że przyszłość elektromobilności nie musi oznaczać wyłącznie coraz większych akumulatorów. Równie ważna może okazać się poprawa sprawności całego samochodu oraz lepsze wykorzystanie energii, którą już dziś potrafimy magazynować.
Piotr Sobczyk
