По научно-фантастическим фильмам мы отчетливо понимаем ограничения, присущие аккумуляторным технологиям. В 2021 году высокая скорость и большой запас хода электромобилей практически всегда ассоциируются с чрезвычайно тяжелыми и громоздкими системами накопления энергии. Легковые и грузовые автомобили уже могут преодолеть необходимое расстояние, но инженеры все еще сталкиваются с препятствиями, которые предстоит устранить на пути к созданию экологически чистого транспорта. Например, инновационная система охлаждения электромотоцикла Ethec City способна обеспечить более длительный срок службы аккумуляторных элементов.

Преимущества разработки

Уже имеющиеся на рынке сравнительно мощные модели мототранспорта больше подходят для городского движения, чем для длительных поездок по пересеченной местности из-за недостаточной емкости аккумулятора. Технологический подход проекта Ethec City способен изменить ситуацию. ETH Electric Cruiser - концепция современного электрического мотоцикла, разработанная студентами Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.

В рамках «фокус-проектов» обучающимся предоставляется возможность использовать теоретически полученные знания в реальных технологиях. Спонсор проекта – AG Inspire, стратегический партнер университета, который сопровождает внедрение результатов исследований в практическую плоскость. В проекте Ethec, который стартовал в 2017 году, цель заключалась в том, чтобы значительно повысить эффективность электромотоциклов за счет рекуперации энергии торможения и измененной конструкции аккумулятора. В то же время команда будущих механиков, инженеров по электрооборудованию и промышленных дизайнеров должна была решить, какие технологии станут наиболее подходящими для производства необходимых компонентов в каждом конкретном случае. Поскольку изначально основной акцент ставился на создание прототипа, в центре внимания оказалась 3D-печать.

 

Фото: Voxeljet

 

Швейцарские изобретатели реализовали рекуперацию энергии, выделяемая при торможении, установив электродвигатель в ступицу колеса (мотор-колесо) в качестве переднего колеса мотоцикла. Вопрос о том, как лучше всего хранить дополнительную энергию, доступную для увеличения дальности действия, оказался намного сложнее. Получение высокой плотности энергии при минимально возможном размере батареи - это одна задача. Однако поддерживать стабильный уровень тепла, выделяемого при работе аккумулятора, на мотоцикле сложнее, чем на более крупном транспортном средстве, а оптимальное управление температурой имеет решающее значение для срока службы аккумулятора.

 

Фото: Voxeljet

 

Охлаждение аккумуляторных батарей в электромобилях обычно осуществляется с помощью охлаждающей жидкости, которая протекает мимо ячеек по шлангам или трубкам. Недостатком этого метода является то, что осуществляется только точечный или пограничный контакт, а прямого соприкосновения со свей поверхностью аккумуляторной ячейки фактически не достигается. Ввиду ограниченного пространства в середине рамы мотоцикла разработчиками было принято решение о полном погружении всех аккумуляторных элементов в ванну, заполненную маслом. Команда Ethec использовала систему охлаждения трансформаторов на подстанциях основных электрических сетей в качестве примера. При включении оборудования между контактами могут образовываться искры, но поскольку устройство целиком погружено в силиконовое масло и, следовательно, нет доступа кислорода, короткого замыкания не происходит.

 

Фото: Voxeljet

 

Студенты ETH собрали в общей сложности 1269 литий-ионных круглых элементов мощностью 15 кВт/ч. Затем при помощи компьютерного моделирования была создана оптимальная конструкция корпуса батареи, которая должна:

•    быть абсолютно герметичной;
•    обеспечивать идеальный проток  силиконового масла между отдельными ячейками.

Однако размеры корпуса аккумуляторного отсека Ethec превышали возможности доступного оборудования для прямого лазерного спекания металлов (DMLS). Поэтому выбор пал на металлическое литье. Для отливки алюминиево-медного сплава использовалась песчаная форма, напечатанная на 3D-принтере.

 

Фото: Voxeljet

 

Цифровые данные из CAD программы, предоставленные командой Ethec, легли в основу создания модели корпуса батареи. Компания Voxeljet использовала струйную 3D-печать для производства литейной формы. В этом процессе слои кварцевого песка толщиной в 300 микрометров и связующего вещества попеременно наносятся до тех пор, пока заданная геометрия не будет напечатана с высочайшей точностью. Корпус батарейного отсека ETHEC был окончательно отлит на алюминиевом заводе Kupral Spa в Брешии, Италия.

Полномасштабные практические испытания прототипа системы охлаждения мотоцикла пока не завершены. Но концепция энергоэффективного электромотоцикла, разработанная студентами, демонстрирует впечатляющий потенциал: максимальная скорость должна достигать 160 км/ч, а благодаря рекуперации энергии и новой концепции аккумуляторов мототранспорт Ethec City может иметь запас хода около 400 км.

Убедит ли такой подход потенциальных покупателей, пока остается открытым, но поиск партнера для серийного промышленного производства модели Ethec City все еще продолжается.