Ultium

Ultium
Общие данные
Производитель

General Motors
Honda

Acura
Тип Электродвигатель
Годы производства 2020 — настоящее время

Ultium — серия электрических аккумуляторов, электродвигателей и платформ для электромобилей, разработанных американской корпорацией General Motors и японскими компаниями Honda и Acura[1][2].

Ultium характеризуется модульной компоновкой, использующей аккумулятор Ultium для питания одного или двух устройств Ultium Drive с использованием общего набора силовой электроники (зарядки, системы управления аккумуляторами и инвертора). Высоковольтный аккумулятор состоит из ячеек-мешочков, которые могут укладываться горизонтально или вертикально, в зависимости от форм-фактора, подходящего для каждого транспортного средства, обычно их устанавливают между осями и под полом. Тяговый электродвигатель (двигатели), редуктор и силовая электроника объединены в единый блок Ultium Drive, который приводит в движение переднюю, заднюю или обе оси. Во всех запланированных к выпуску автомобилях используются три конструкции электродвигателей с общим статором. Ultium применяется в платформах BEV3 и BT1 корпорации General Motors.

История

[править | править код]

Компания General Motors представила аккумулятор Ultium и технологии платформы во время недельного мероприятия в марте 2020 года, которое проходило в техническом центре General Motors в Уоррене, штат Мичиган[3]. Председатель правления и генеральный директор GM Мэри Барра назвала архитектуру Ultium «многобрендовой, многосегментной стратегией электромобилей с экономией за счёт масштаба, которая конкурирует с нашим бизнесом по производству полноразмерных грузовиков, но гораздо менее сложна и ещё более гибка». Бренд Ultium Drive был применён шесть месяцев спустя, в сентябре 2020 года, для обозначения компонентов трансмиссии электромобилей, не относящихся к аккумуляторам, таких как тяговые двигатели и силовая электроника[4].

В июне 2021 года корпорация General Motors объявила о сотрудничестве с Wabtec FLXDrive для поставки аккумуляторных модулей Ultium, соответствующих нулевому стандарту выбросов[5].

В 2022 году армия США выбрала GM Defense для демонстрации военного электромобиля на базе пикапа GMC Hummer EV. В сентябре 2022 года компания GM Defense была выбрана для создания сверхмощного аккумулятора для питания военных электромобилей[6].

Дизайн

[править | править код]

Ultium Drive

[править | править код]

Транспортные средства Ultium оснащены модульным семейством из пяти приводных блоков и трёх электродвигателей, известных под общим названием «Ultium Drive». Массовое производство двигателей и блоков Ultium Drive началось в 2024 году на заводах General Motors в Толедо и Сент-Катаринсе[7][8].

Тяговые двигатели

[править | править код]

В серию Ultium входят двигатели с постоянными магнитами мощностью 180 кВт (241 л. с.) для переднеприводных автомобилей, двигатели с постоянными магнитами мощностью 255 кВт (342 л. с.) для передне- и заднеприводных автомобилей и асинхронные двигатели мощностью 62 кВт (83 л. с.) для полноприводных автомобилей. Прототип GMC Hummer EV, представленный в марте 2020 года, имеет постоянный полный привод и оснащён тремя электродвигателями мощностью 255 кВт (342 л. с.), один из которых приводит в движение переднюю ось, а два других — задние колёса. Три типа тяговых двигателей имеют масляное охлаждение и общую конструкцию статора[9].

Приводные устройства

[править | править код]

Приводные блоки представляют собой односкоростные зубчатые передачи, которые принимают на себя мощность одного или двух тяговых двигателей и передают её на колёса. Трансмиссии интегрированы с электронными модулями управления. Эти модули, также известные как силовая электроника, включают в себя инвертор тягового тока, бортовой модуль зарядки и модуль питания аксессуаров[10]. Интеграция этих модулей в приводные блоки позволяет снизить общую массу вдвое по сравнению с аналогичными компонентами Chevrolet Bolt EV[11][12]. Эти приводные устройства разработаны и упакованы на основе предполагаемой компоновки трансмиссии, но имеют много общих компонентов. Это пять единиц измерения[13]:

  • Вспомогательный блок полного привода
  • Блок FWD
  • Блок RWD
  • Агрегат полного привода для грузовых автомобилей
  • Двухмоторный агрегат RWD для грузовых автомобилей

Для GMC Hummer EV передаточные числа редукторов составляют 13,3:1 и 10,5:1 для передних и задних колёс соответственно[14].

Аккумулятор Ultium

[править | править код]

Химический состав

[править | править код]

Батарейные элементы Ultium имеют никель-кобальт-марганцево-алюминиевую (NCMA) химическую структуру и производятся компанией Ultium Cells LLC, совместным предприятием GM и LG Energy Solution, в виде крупноформатных аккумуляторных батарей[15]. Материалы для аккумуляторов поставляются компаниями LG Chem, POSCO Chemical (активные материалы катода) и Livent (гидроксид лития)[16][17].

В Китае компанией CATL под брендом Ultium выпускаются никель-марганец-кобальтовые аккумуляторы в цилиндрической упаковке[18]. С объявлением о создании совместного предприятия с Samsung SDI для строительства четвёртого завода по производству аккумуляторов в США в апреле 2023 года призматические и цилиндрические аккумуляторные батареи Ultium начали производиться внутри страны[19].

В автомобилях Chevrolet Bolt EV применяются литий-железо-фосфатные аккумуляторы, снижающие пиковое и номинальное напряжение[20].

Технические характеристики

[править | править код]

Каждый аккумулятор Ultium имеет размеры примерно 584 на 102 на 10 мм, масса составляет 1,36 кг, а ёмкость — 0,37 кВт·ч[21]. Номинальное напряжение составляет 3,7 В, а заряд — 103 А·ч. Гравиметрическая плотность энергии каждой ячейки составляет 280 Вт·ч/кг; соответствующая объёмная плотность энергии составляет 630 Вт·ч/л. 10-секундная гравиметрическая плотность мощности составляет 952 Вт/кг[22]. Полная масса 24-модульной 576-элементной батареи для электромобиля Hummer с ёмкостью 212,7 кВт·ч составляет 1326 кг[23]. Пакеты могут быть ориентированы горизонтально или вертикально, что обеспечивает гибкость упаковки.

Ultium оснащён беспроводной системой управления аккумуляторами (wBMS) — первой подобной архитектурой среди автопроизводителей. Система wBMS была разработана в сотрудничестве с Analog Devices и способствует снижению затрат на аккумуляторы, поскольку требует на 90% меньше проводов и уменьшает объём на 15%[24].

В конце января 2023 года стало известно, что корпорация General Motors рассматривает возможность перехода на аккумуляторы цилиндрической формы. Этот шаг снизит объёмную плотность энергии, но может сократить время производства и затраты[25].

Сборка

[править | править код]

Корпорация General Motors объявила, что ячейки могут быть собраны в модули с различными конфигурациями, и продемонстрировала три примера:

  • 24 ячейки, расположенные вертикально, или
  • 20 ячеек: 10+10 ячеек рядом друг с другом, каждая стопка расположена горизонтально (для уменьшения ширины модуля) или
  • 12 ячеек: 6+6 ячеек рядом друг с другом, каждая стопка расположена горизонтально (для уменьшения ширины и высоты модуля).

Таким образом, можно использовать модули разных размеров, которые можно комбинировать для определённого приложения и платформы.

Например, если 24 элемента объединены в модуль, а аккумуляторная батарея состоит из 6–24 одинаковых модулей, это означает, что батарея включает от 144 до 576 элементов, а её ёмкость составляет от 50 до 200 кВт·ч. Модуль из 24 элементов состоит из трёх параллельных цепочек по восемь элементов в каждой, соединённых последовательно, что даёт номинальное напряжение 29,6 В на модуль. Компания GM утверждает, что они могут выдерживать многократную быструю зарядку постоянным током.

У GMC Hummer EV два слоя. В каждом слое 12 модулей соединены последовательно, образуя слой аккумулятора на 400 В и 100 кВт·ч. Затем эти два слоя соединяются параллельно, образуя аккумуляторную батарею на 200 кВт·ч для электродвигателей на уровне 400 В. Но для быстрой зарядки на станциях 800 В постоянного тока два слоя можно временно соединить последовательно, что позволяет осуществлять быструю зарядку постоянным током до 800 В и 350 кВт. Cadillac Lyriq имеет 12-модульную аккумуляторную батарею, по сути эквивалентную одному слою Hummer, работающую при 400 В (номинальное значение) и способную заряжаться со скоростью до 190 кВт. Из-за модульной конструкции аккумуляторной батареи транспортные средства, использующие менее 12 аккумуляторных модулей, работают при более низком номинальном напряжении.

В 2024 году издание InsideEVs сообщило, что проблемы с оборудованием, используемым для сборки ячеек в модули, привели к задержкам в производстве автомобилей в 2023 году. Оказалось, что невозможно увеличить скорость производства с 5 до 30 модулей в час на одной сборочной линии, но GM добавляла линии по сборке модулей, чтобы компенсировать это[26].

Стоимость

[править | править код]

В 2010 году стоимость аккумулятора ёмкостью 16 кВт·ч в Chevrolet Volt оценивалась в 1000 долларов США (что эквивалентно 1400 долларам в 2023 году) за киловатт в час. По оценкам GM, с Ultium стоимость снижается на 90% и составляет примерно 100 долларов за киловатт в час. Это также значительное снижение по сравнению с аккумулятором на 60 кВт·ч в Chevrolet Bolt EV, который в 2017 году стоил примерно 262 доллара за кВт·ч[27], хотя корпорация General Motors договорилась о значительно более низкой цене в 145 долларов за кВт·ч со своим поставщиком, компанией LG Chem[28]. Отчасти снижение стоимости связано с новым химическим составом, в котором на 70% меньше кобальта, чем в аккумуляторе Bolt. Кроме того, трудозатраты снижаются за счёт того, что количество проводов в каждом аккумуляторном блоке уменьшено на 88% по сравнению с Bolt благодаря беспроводной системе управления аккумуляторами[29].

Производство

[править | править код]

По состоянию на 2021 год планировалось строительство четырёх производственных объектов:

В октябре 2021 года корпорация GM также открыла завод Ultium Center в Шанхае. Он производит аккумуляторы и тяговые двигатели для электромобилей, производимых и продаваемых в Китае[37]. В 2022 году министерство энергетики США (DOE) предоставило компании Ultium Cells кредит в размере 2,5 миллиарда долларов для строительства трёх заводов, о которых было объявлено, в США. Это первый кредит, выданный Министерством энергетики производителю аккумуляторных батарей в рамках программы Министерства энергетики «Производство транспортных средств с использованием передовых технологий».

В январе 2023 года компании GM и LG приостановили планы по строительству четвёртого завода по производству аккумуляторов в США после того, как в августе 2022 года выбрали площадку в Индиане. Корпорация GM искала нового партнёра для совместного предприятия[38]. Позже в том же году компания Samsung SDI объявила о создании совместного предприятия с GM, и строительство четвёртого завода продолжилось на площадке в Индиане.

Более низкое, чем ожидалось, производство аккумуляторных батарей Ultium привело к тому, что в июле 2023 года корпорация General Motors приостановила производство фургонов BrightDrop Zevo[39]. В то время было объявлено о планах по расширению производства модулей Ultium на CAMI Assembly, где собираются фургоны Zevo, с использованием ячеек, поставляемых с заводов по производству аккумуляторов. Начиная с 2024 года, модули Ultium, собранные на CAMI, используются на месте и поставляются на другие заводы GM по производству электромобилей[40].

Модельный ряд

[править | править код]

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 2024 Honda Prologue is new electric crossover based on GM's Ultium platform (англ.). Motor Authority (28 июня 2021). Дата обращения: 20 октября 2024.
  2. ↑ GM's Ultium-Based Honda And Acura Confirmed (англ.). InsideEVs. Дата обращения: 20 октября 2024.
  3. ↑ GM reveals new EV platform and 'Ultium' battery to help hunt Tesla (англ.). CNET. Дата обращения: 20 октября 2024.
  4. ↑ GM Ultium Drive, Electrify America pricing, Audi fuel-cell stack: Today’s Car News (англ.). Green Car Reports (16 сентября 2020). Дата обращения: 20 октября 2024.
  5. ↑ Wabtec and GM to develop advanced Ultium Battery and HYDROTEC hydrogen fuel cell solutions for rail industry.
  6. ↑ US Department of Defense embracing electric military vehicles using GM’s Ultium Platform.
  7. ↑ General Motors to build EV motors at St. Catharines propulsion plant.
  8. ↑ GM has a hybrid plan for St. Catharines Propulsion, a plant it calls 'critical'.
  9. ↑ GM details Ultium EV motor family, enabling more range without bigger batteries (англ.). Green Car Reports (22 сентября 2021). Дата обращения: 20 октября 2024.
  10. ↑ GM reveals new Ultium Drive EV motors designed and developed in-house with GM propulsion software.
  11. ↑ Will GM’s Ultium Drive be the small-block V-8 for a generation of EVs? (англ.). Green Car Reports (16 сентября 2020). Дата обращения: 20 октября 2024.
  12. ↑ GM debuts its Ultium Drive electric motors (англ.). CNET. Дата обращения: 20 октября 2024.
  13. ↑ Gitlin, Jonathan M. This is GM’s new series of Ultium Drive electric motors (амер. англ.). Ars Technica (17 сентября 2020). Дата обращения: 20 октября 2024.
  14. ↑ 2022 GMC HUMMER EV Edition 1 first with new Ultium battery architecture; 24-module, dual stack, 350+ miles range.
  15. ↑ DOE announces $2.5B loan to Ultium Cells for three US battery cell manufacturing facilities.
  16. ↑ GM signs major Li-ion supply chain agreements: CAM with LG Chem and lithium hydroxide with Livent.
  17. ↑ POSCO Chemical, GM in large-scale CAM supply agreement to support EV growth.
  18. ↑ GM Uses Cylinder Cells In Its Ultium Battery Packs In China.
  19. ↑ $3B GM-Samsung battery plant might enable electric Corvette, Camaro (англ.). Green Car Reports (25 апреля 2023). Дата обращения: 20 октября 2024.
  20. ↑ Here's An Exceedingly Nerdy Explanation of GM's Ultium Battery System (англ.). Motor1.com. Дата обращения: 20 октября 2024.
  21. ↑ How GM's Ultium Battery Will Help It Commit to an Electric Future.
  22. ↑ Nigel GM Ultium (амер. англ.). Battery Design (8 июня 2022). Дата обращения: 20 октября 2024.
  23. ↑ 2022 GMC Hummer EV EPA Documents Reveal MPGe, Weight, Other Details.
  24. ↑ GM is betting its electrified future on a revolutionary new battery system (амер. англ.). Engadget (6 апреля 2021). Дата обращения: 20 октября 2024.
  25. ↑ General Motors considering using cylinder batteries over pouch for EVs. se-cu.com. Дата обращения: 20 октября 2024.
  26. ↑ How GM's Ultium Electric Car Revolution Went Off The Rails (англ.). InsideEVs. Дата обращения: 20 октября 2024.
  27. ↑ How much is a replacement Chevy Bolt EV electric-car battery? (англ.). Green Car Reports (9 июня 2017). Дата обращения: 20 октября 2024.
  28. ↑ LG Chem "Ticked Off" With GM For Disclosing $145/kWh Battery Cell Pricing - Video (англ.). InsideEVs. Дата обращения: 20 октября 2024.
  29. ↑ Gitlin, Jonathan M. General Motors announces new battery platform, claims $100/kWh soon (амер. англ.). Ars Technica (4 марта 2020). Дата обращения: 20 октября 2024.
  30. ↑ Ultium Cells Begins EV Battery Production In Ohio (англ.). InsideEVs. Дата обращения: 20 октября 2024.
  31. ↑ King, R. J. GM and LG Energy Announce $2.3B Battery Cell Plant in Tennessee (амер. англ.). DBusiness Magazine (16 апреля 2021). Дата обращения: 20 октября 2024.
  32. ↑ LG and General Motors to spend 2.7 trillion won for 2nd factory. se-cu.com. Дата обращения: 20 октября 2024.
  33. ↑ Ultium Cells investing additional $275M to expand Spring Hill plant to 50 GWh.
  34. ↑ Ultium Cells Spring Hill Begins Battery Cell Shipments.
  35. ↑ Hill, Joshua S. GM and LG Energy commit $A3.65 billion for third Ultium EV battery plant (англ.). The Driven (27 января 2022). Дата обращения: 20 октября 2024.
  36. ↑ Brown, Alex New Carlisle chosen for $3B EV battery plant (амер. англ.). Inside INdiana Business. Дата обращения: 20 октября 2024.
  37. ↑ GM Inaugurates New Ultium Center Factory In China.
  38. ↑ Wayland, Michael GM, LG end plans for fourth U.S. battery cell plant as automaker seeks new partner (англ.). CNBC (20 января 2023). Дата обращения: 20 октября 2024.
  39. ↑ Gitlin, Jonathan M. Battery shortage forces GM to pause commercial EV production (амер. англ.). Ars Technica (18 июля 2023). Дата обращения: 20 октября 2024.
  40. ↑ GM CAMI Assembly Plant To Start Manufacturing Ultium Battery Modules In 2024.
  41. ↑ "All-Electric 2024 Acura ZDX And ZDX Type S Make Dramatic Global Debut; Arriving Early Next Year".
  42. ↑ Feijter, Tycho de Buick Electra E4 Proves That GM Can Make Attractive Compact EVs (амер. англ.). CarNewsChina.com (12 января 2023). Дата обращения: 20 октября 2024.
  43. ↑ Deep Dive: 2024 Chevrolet Silverado EV's Ultium platform.
  44. ↑ Stylish, Sporty, Spacious and All-Electric: Honda Prologue SUV Available Early Next Year with Anticipated EPA Range Rating of 300 Miles (англ.). Honda Automobiles Newsroom (28 сентября 2023). Дата обращения: 20 октября 2024.