General Motors đặt cược tương lai vào hệ thống pin mới mang tính cách mạng

Khi Hummer EV SUT (xe tải thể thao đa dụng) và biến thể SUV mới ra mắt của nó lần lượt xuất hiện trên các sàn đại lý vào mùa thu năm 2021 và 2023, chúng sẽ là một trong những mẫu xe đầu tiên trong dòng sản phẩm điện khí hóa mới của GM được sản xuất trên đỉnh công ty. Hệ thống pin Ultium.

Siêu phẩm Hummer EV SUT – dòng xe tải thể thao đa dụng của GM

General Motors không còn xa lạ với thị trường xe điện. GM bắt đầu liên doanh điện khí hóa vào năm 1996 với EV1, một trong những mẫu sedan chạy bằng pin khả thi đầu tiên được sản xuất bởi một nhà sản xuất ô tô lớn và tiếp tục hoạt động cho đến khi ngừng hoạt động vào năm 2003. Nó được thay thế bằng nền tảng BEV2 mà Chevy Bolt 2016 là mẫu đầu tiên. Ngày nay, GM dựa trên nền tảng EV được cung cấp bởi hệ thống pin Ultium làm nền tảng cho các mẫu xe hơn 30 tuổi mà hãng có kế hoạch sản xuất trong những năm tới (với 20 mẫu xe không phát thải có sẵn vào năm 2023) như một phần trong nhiệm vụ khởi động lại các phát minh trước đây. Hoạt động kinh doanh nhằm mục tiêu đưa hãng trở thành một nhà sản xuất ô tô điện (EV) hàng đầu, mặc dù chúng ta vẫn chưa tìm thấy tài liệu tham khảo nào về “BEV3” trong các tài liệu báo chí của GM.

Trong một tuyên bố với báo chí hồi năm 2020, Chủ tịch GM Mark Reuss chia sẻ rằng: “Hàng nghìn nhà khoa học, kỹ sư và nhà thiết kế của GM đang làm việc để thực hiện một cuộc tái tạo lịch sử của công ty. Họ đang trên đỉnh cao của việc cung cấp một hoạt động kinh doanh xe điện có lợi nhuận có thể làm hài lòng hàng triệu khách hàng trên toàn cầu”.

Trong một sự kiện báo chí vào tháng 5 năm ngoái, Giám đốc điều hành GM Mary Barra đã đảm bảo với giới truyền thông rằng công ty có kế hoạch thu lợi nhuận trên mỗi chiếc Ultium EV bán ra và đang đặt mục tiêu bán được 1 triệu chiếc EV mỗi năm vào năm 2025. Trong số đó, GM có kế hoạch tung ra mẫu EV đặc biệt của mình với 19 chiếc, đây là dòng sản phẩm gồm các tổ hợp hệ thống truyền động – gói pin khác nhau giảm đáng kể so với 550 hoán vị hiện có trong đội xe của hãng.

Không giống như công nghệ pin của Tesla, chủ yếu sử dụng các tế bào cấu trúc pin hình trụ (tức là có hình dạng giống như pin AA), thay vào đó GM đã chọn sử dụng các tế bào cấu trúc pin kiểu túi và lăng trụ (cả hai đều có hình dạng như hình hộp chữ nhật dẹt). Điều này cho phép các kỹ sư GM kết hợp 6 đến 24 ô trong mỗi đơn vị mô-đun. Ví dụ như chiếc Hummer EVs có 16 đến 20 mô-đun trên bo mạch, tất nhiên là tùy thuộc vào các tùy chọn hệ thống truyền động đã chọn, sau đó xếp chồng các mô-đun đó theo chiều ngang hoặc chiều dọc trong khung của xe. Ngược lại, hình trụ chỉ được định hướng theo chiều dọc. Với sự linh hoạt này, GM có thể cung cấp năng lượng năng lượng từ 50 kWh đến 200 kWh (gấp đôi so với loại pin lớn nhất hiện tại của Tesla, P100D), điều này sẽ giúp xe đạt vận tốc vào 350 – 400 dặm và có thể ước tính đạt từ 0 – 60 dặm ở mức 3 giây.

Mô hình. Ảnh Engadget

“Đó là một thói quen tối ưu hóa phức tạp từ lâu,” Tim Grewe, Tổng giám đốc Chiến lược Điện khí hóa và Kỹ thuật tại General Motors chia sẻ. Khai thác tối đa một bộ pin Ultium có kích thước bất kỳ “thực sự đi xuống, bạn đang sử dụng nó để làm gì trong danh mục đầu tư của mình và làm thế nào để bạn có thể đạt được hiệu quả cao nhất. Một khi sử dụng loại pin lớn nhất này, bạn có thể linh hoạt để định cấu hình các ô đó theo bất kỳ cách nào bạn muốn, ”nhờ Hệ thống quản lý pin không dây (WBMS) của GM .

GM đã phát triển WBMS kết hợp với Thiết bị Analog. Hệ thống yêu cầu ít dây hơn 90% và giảm 15% khối lượng của bộ pin trong khi “cải thiện tính linh hoạt của thiết kế và khả năng sản xuất mà không ảnh hưởng đến phạm vi và độ chính xác trong tuổi thọ của pin”, theo một thông cáo báo chí vào tháng 9/2020. WBMS là một hệ thống tích hợp hoàn toàn với “tất cả các mạch, phần cứng và phần mềm để quản lý nguồn, pin, giao tiếp RF và các chức năng hệ thống trong một sản phẩm cấp hệ thống duy nhất”.

Mô hình động cơ tổng hợp. Ảnh Engadget

Patrick Morgan, Phó chủ tịch phụ trách ô tô tại Analog Devices, cho biết: “Việc chuyển đổi các bộ pin từ kết nối có dây sang không dây cho phép các nhà sản xuất ô tô mở rộng quy mô nền tảng xe điện của họ trên nhiều mẫu xe để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. “Giải pháp wBMS của chúng tôi không chỉ đơn giản hóa quá trình sản xuất mà còn cho phép các hệ thống mới được xây dựng trên dữ liệu không dây, thúc đẩy toàn bộ ngành công nghiệp hướng tới một tương lai bền vững. Chúng tôi rất vinh dự khi cùng General Motors đưa sự đổi mới hệ thống đột phá này ra thị trường”.

Hệ thống quản lý này không chỉ đẹp hơn đối thủ mà còn thông minh hơn. Khi các mô-đun Ultium được lắp ráp, các chi tiết cụ thể về hóa học cụ thể của từng tế bào sẽ được lập trình vào BMS. Điều này không chỉ cho phép BMS cân bằng tải tốt hơn giữa các ô riêng lẻ khi mô-đun già đi, nó còn cho phép các kỹ thuật viên xe đổi các mô-đun đầy đủ nếu một sản phẩm hóa học hiệu quả hơn được tung ra thị trường mà không cần phải thay thế toàn bộ gói. Điều đó cũng có nghĩa là GM sẽ không phải dự trữ các tế bào sử dụng công thức cũ sau khi một sản phẩm mới xuất hiện – toàn bộ quy trình sản xuất có thể chuyển sang công nghệ hóa học mới gần như ngay lập tức.

Hơn nữa, khi một trong những loại pin này hết tuổi thọ sử dụng trên ô tô, nó có thể dễ dàng được thay thế cho các ứng dụng khác – chẳng hạn như lưu trữ năng lượng tại nhà – nhờ khả năng cân bằng sản lượng giữa các mô-đun của BMS. “Đó là một tế bào duy nhất có thể đáp ứng tất cả những nhu cầu này,” Grewe tiếp tục. “Chúng tôi làm điều đó một cách hiệu quả nhất trong khi vẫn duy trì chất lượng cao nhất.”

Hóa học của tế bào Ultium cũng là đặc biệt của ngành. Ví dụ, Chevy Bolt sử dụng pin NCM – Nickel-Cobalt-Magnesium. Cobalt đã được chứng minh là rất hiệu quả trong việc ổn định hóa học của tế bào, do đó kéo dài đáng kể độ bền tổng thể của pin. Tuy nhiên, Cobalt – trong khi một nguyên tố khá phổ biến ở lớp vỏ trên của Trái đất – hầu như chỉ được sản xuất ở Cộng hòa Dân chủ Congo, Nga và Australia với quốc gia Trung Phi khai thác hàng năm nhiều hơn hai quốc gia còn lại cộng lại. DRC là một quốc gia bất ổn về chính trị và bất cứ khi nào rắc rối bắt đầu xảy ra ở đó, toàn bộ thế giới sẽ cảm thấy nguồn cung tiếp theo bị kìm hãm trong khi xuất khẩu coban tạm thời bị đình trệ.

Không giống như Tesla tích cực về cuộc đảo chính, GM (hợp tác với LG Chem) đã thực hiện một cách tiếp cận có tính toán hơn để tránh gián đoạn chuỗi cung ứng EV của mình bằng cách pha tạp cực dương với nhôm. Pin NCMA (Nickel-Cobalt-Magnesium-Aluminium) của Ultium chứa ít coban hơn 70% so với các tế bào sử dụng NCM mà không thấy độ bền của pin giảm đáng kể. Trên thực tế, GM và LG Chem hiện đang nỗ lực phát triển công nghệ này với hy vọng cuối cùng loại bỏ hoàn toàn coban và niken khỏi hóa chất pin của họ.

Grewe lưu ý rằng hai công ty đang chú ý đến một cực dương kim loại lithium điện phân lai dựa trên silicon, được đặt tên là Hệ thống Năng lượng Rắn , như một sự kế thừa của NCMA. “Vẻ đẹp của silicon là nó hiệu quả hơn trong bảng tuần hoàn và nó có thể chứa nhiều lithium hơn carbon.”

“Việc pha tạp nhôm là một bước đột phá thực sự mà họ có thể thêm vào vật liệu catốt để có các đặc tính sống tốt hơn và khẳng định khả năng cơ bản của nó”. Grewe lưu ý. “Những chiếc xe này, chúng tôi sẽ chạy chúng trên bộ sạc nhanh khó hơn nhiều và chúng tôi sẽ sử dụng chúng khó hơn trên Hummer EV với chế độ Watts to Freedom (hay còn gọi là khởi chạy). Chất dope này đã thực sự khiến chúng tôi phải thốt lên rằng, ‘bạn thực sự có thể bắt đầu sử dụng [hệ thống pin] khó hơn rất nhiều và để nó kéo dài tuổi thọ của xe tải.’

“Chúng tôi thực sự đã có một mùa xuân rất tốt về công nghệ này,” Grewe lưu ý về nghiên cứu gần đây của GM về kim loại lithium vào tháng 5 năm ngoái . “Bây giờ chúng tôi thấy một con đường rất khả thi với mật độ năng lượng gần gấp đôi ngày nay… sẽ dễ dàng cho phép các phương tiện di chuyển từ 500 – 600 dặm (khoảng 800km) trong tương lai.”

Hơn nữa, hệ thống Ultium có khả năng xử lý kiến ​​trúc điện 800V. Đó là, hầu hết các xe điện phổ thông trên đường hiện nay (các mẫu xe hạng sang như Porsche Taycan, Audi e-tron GT và Polestar 2 là ngoại lệ) cũng như phần lớn các trạm sạc nhanh DC, sử dụng tiêu chuẩn 400V, giới hạn số lượng năng lượng mà một trạm có thể đổ vào các tế bào năng lượng đã cạn kiệt của ô tô của bạn đến khoảng 200 kW. Với kiến ​​trúc 800V, một trạm DC có thể bơm tới 350 kW trên đường dây của nó – cao hơn gấp đôi so với giới hạn 150 kW của Tesla. Điều này sẽ cho phép Ultium xe để sạc nhanh hơn – GM tuyên bố nó có thể thêm 100 dặm phạm vi với 10 phút thời gian phụ trách – và cũng ra một số trong đó điện cho các thiết bị khác (thậm chí EVs khác) sử dụng một tích hợp sạc Control Unit (ICCU).như Hyundai Ioniq 5 ) hoặc sạc hai chiều.

GM cũng tuyên bố rằng bằng cách loại bỏ coban tương đối đắt tiền khỏi hóa học của mình để chuyển sang sử dụng nhôm có giá cả phải chăng hơn, công ty có thể giảm giá pin xuống 100 đô la cho mỗi mô-đun vào năm 2024. 100 đô la / mô-đun được nhiều người coi là chén thánh của EV công nghệ pin như hiện nay, EVs đạt được mức giá tương đương với các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Hơn nữa, như Doug Parks, Giám đốc điều hành phát triển sản phẩm toàn cầu của GM, giải thích vào tháng 5 năm ngoái , chi phí di động hiện chiếm 80 đến 90% tổng giá của pin. Tỷ lệ đó đã tăng trong những năm gần đây từ phạm vi 60 – 65% với vỏ, hệ thống dây điện và các thành phần khác đại diện cho chi phí sản xuất còn lại.

“Khi chúng tôi bắt đầu với Volt và Bolt, có lẽ chúng tôi đã thiết kế quá mức các bộ pin đó. Ý tôi là, có rất nhiều thứ thực sự thú vị trong chúng và chúng có thể không bao giờ chết. Chúng tôi không có nhiều bảo hành (yêu cầu bồi thường) với những thứ đẹp đẽ đó, ”chủ tịch GM Mark Reuss nói với các phóng viên vào tháng Giêng . “Nhưng trên đường đi, bạn học cách kiểm soát nó và cách mọi người thực sự sử dụng nó, điều này cho đến khi bạn làm điều đó – bạn thực sự đoán được. Vì vậy, hiệu quả mà bạn nhận được từ việc sử dụng pin, nơi bạn đang giảm chi phí và kích thước tế bào, làm cho đường cong hiệu suất và giá trị thậm chí tốt hơn, không phụ thuộc vào hóa học tế bào”.

Động cơ EV. Ảnh Engadget

“Tôi chưa biết đáy của đường cong chi phí,” Grewe nói với Engadget. “Và nó tiếp tục tăng tốc xuống nhanh hơn bất kỳ ai dự đoán. Khi hóa học Ultium ban đầu ra mắt trên Hummer EV và Cadillac Lyriq trong năm tới, chúng tôi dự đoán chi phí pin sẽ thấp hơn 40% so với chi phí hiện nay. Vào giữa thập kỷ, chúng tôi đang nhắm mục tiêu rằng chi phí pin sẽ thấp hơn 60% so với hiện nay với mật độ năng lượng gấp đôi. ” Thế hệ Ultium đầu tiên đã có mật độ năng lượng cao hơn 60% so với pin từ Bolt EV năm ngoái, theo Grewe.

Những loại pin này có thể sẽ được phát triển và chế tạo tại Nhà máy ZERO mới của GM, mặc dù các đầu số ở một độ tuổi nhất định tất nhiên sẽ công nhận nó là Tổ hợp Lordstown đáng kính , ở đông bắc Ohio. GM sở hữu và vận hành công ty lắp ráp Lordstown từ năm 1966 đến 2019, ban đầu sản xuất các mẫu xe mang tính biểu tượng của Chevrolet như Caprice, Impala và Bel Air, cũng như các mẫu xe nhỏ gọn gần đây như Cavalier, Cobalt và Cruise.

“Nhà máy ZERO là chiến trường tiếp theo trong cuộc đua xe điện và sẽ là nhà máy lắp ráp hàng đầu của GM trong hành trình hướng tới một tương lai hoàn toàn bằng điện”, Gerald Johnson, phó chủ tịch điều hành GM Global Manufacturing, cho biết trong một tuyên bố báo chí vào tháng 10. “Những chiếc xe tải điện và SUV sẽ được sản xuất tại đây sẽ giúp chuyển đổi GM và ngành công nghiệp ô tô”.

GM được cho là đã cam kết 2,2 tỷ USD để đại tu và trang bị lại các cơ sở của trang web sau khi đóng cửa Lordstown vào năm 2019 – khoản đầu tư lớn nhất vào một nhà máy trong lịch sử của GM. Sau khi bắt đầu hoạt động, nhà máy mới dự kiến ​​sẽ sử dụng 2.200 công nhân và được cung cấp hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo vào năm 2023. GM đã công bố kế hoạch sản xuất khoảng 250 triệu tế bào Ultium mỗi năm vào năm 2025 và một khi hoàn toàn trực tuyến, cơ sở Lordstown sẽ sản xuất pin ít nhất 30 gigawatt-giờ mỗi năm – nhiều hơn 50% so với khả năng của Gigafactory có trụ sở tại Nevada của Tesla. Bản thân chiếc Hummer sẽ được sản xuất tại nhà máy Detroit/Hamtramck Assembly mới được hồi sinh gần đây của GM ở phía đông nam Michigan, được xây dựng trên địa điểm cũ của nhà máy Dodge ban đầu được xây dựng vào năm 1911.

Đức Minh

Theo Engadget