Porsche postanowiło zmierzyć się z dogmatem, że bateria samochodu elektrycznego musi dawać prąd stały (DC). Zaprojektowany przez firmę akumulator składa się z 18 modułów oddających energię w taki sposób, że już na wyjściu uzyskiwany jest prąd przemienny (AC). Pozwala to na rezygnację z falownika, co w przyszłości może oznaczać lżejsze auta elektryczne. Będą one też bezpieczniejsze, bo w razie wypadku nie ma żadnych przewodów prowadzących prąd stały pod wysokim napięciem – bateria „rozsypuje się” na 18 niezależnych modułów z niskim napięciem.
Bateria AC, czyli Porsche szuka przestrzeni do optymalizacji
Spis treści
W praktycznie każdym współcześnie sprzedawanym samochodzie elektrycznym bateria daje prąd stały, który przechodzi przez falownik, gdzie konwertowany jest na prąd przemienny niezbędny silnikowi elektrycznemu. Przy rekuperacji energia pokonuje drogę w przeciwnym kierunku. Brzmi to nieskomplikowanie, jednak wszystkie te elementy to arcydzieła technologii niemożliwie do skonstruowania bez odkryć, których dokonaliśmy w ostatnich parudziesięciu (magnesy neodymowe) czy wręcz parunastu latach (węglik krzemu w falownikach).
W całym tym zestawie stosunkowo najnowocześniejszym i najdroższym z punktu widzenia zajmowanej przestrzeni jest falownik. Dlatego firmy od lat szukały sposobu, żeby się go pozbyć. Pomysł na baterię AC nie jest nowy, podobny koncept przestawił Stellantis. Jego system IBIS był w fazie prototypowej już w 2022 roku, zgodnie z deklaracją ma zawitać do jakichś produktów przed końcem dekady. Koncern mówi o magazynach energii i samochodach elektrycznych.
Działa w labie, wstępnie działa w testowym samochodzie
Porsche poszło tą samą drogą. Zmontowało baterię z 18 osobnych modułów, z których każdy ma swój własny element sterujący. Moduły są ze sobą w kontakcie za sprawą Wielopoziomowego Konwertera Szeregowo-Równoległego (MMSPC; źródło) sprawiającego, że każdy zestaw oddaje energię w odpowiednich sekwencjach czasowych. Dzięki niemu już na wyjściu z baterii otrzymujemy trzyfazowy prąd przemienny, który następnie może trafić bezpośrednio do silnika samochodu. Ładowanie też może odbywać się prądem przemiennym.
Bateria zasilająca bezpośrednio silnik elektryczny, bez konieczności udziału falownika (c) Stellantis
Jak mówi Porsche, dużym wyzwaniem było skonstruowanie konwertera o odpowiedniej mocy, który reagowałby w czasie rzeczywistym, ponieważ opóźnienia w przełączaniu mogły doprowadzić do uszkodzenia baterii. Pomogło tutaj zastosowanie wieloukładowego systemu obliczeniowego (system-on-a-chip, SoC) z bezpośrednio programowalną macierzą bramek (FPGA), której strukturę można zmieniać aktualizacją oprogramowania. Mikrokontrolery zużywają mniej energii i są szybsze, jednak na obecnym etapie tylko FPGA dało wystarczającą elastyczność działania.
Rozwiązanie działało w labie, zostało też wstępnie zaimplementowane w testowym samochodzie Porsche. W przyszłości może pozwolić na obniżenie kosztów produkcji i wagi samochodów elektrycznych.
Nota od redakcji Elektrowozu: wszystkie ilustracje pochodzą z koncernu Stellantis.
Nota 2: pierwsza implementacja w samochodzie elektrycznym chińskiej marki już w 2026 roku 😉