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General Motors lädt uns hinter dem Vorhang: Details Batterieentwicklung ergab,

2007-03-14 0
   
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FortsetzenDer Hybrid - Batterie - Testlabor an der GM Technical Center Anfang dieser Woche lud General Motors Mitglieder der Medien, um ihre Technical Center in Warren, MI, für ein Briefing über Batterien zu sprechen, und ihre Batterie Entwicklungslabor zeigen
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General Motors lädt uns hinter dem Vorhang: Details Batterieentwicklung ergab,
Der Hybrid - Batterie - Testlabor an der GM Technical Center

Anfang dieser Woche lud General Motors Mitglieder der Medien, um ihre Technical Center in Warren, MI, für ein Briefing über Batterien zu sprechen, und ihre Batterie Entwicklungslabor zeigen. Der Zweck des Treffens war es einige Hintergrundinformationen über die Gestaltung von Lithium-Ionen-Batterien zur Verfügung zu stellen, den aktuellen Stand der Batterieentwicklung und die Hürden, die auf den Markt zu bringen, bevor Lithium-Ionen-Akkus bleiben.

Die Sitzung begann mit einer Einführung von GM VP für Umwelt und Energie Beth Lowery. Sie wiederholte die jüngste Mantra über die Notwendigkeit der Energievielfalt, die wir haben von den Gleichen von Rick Wagoner zu hören, Bob Lutz und andere GM-Manager in den letzten paar Monaten. Sie ging dann auf die Zeitlinie für General Motors Hybridfahrzeuge, von den ersten Two-Mode-Hybrid-Busse, die seit 2003 durch die aktuellen milden Hybriden an die Lichtpflicht Two-Mode-Hybriden mit der Two-Mode-Vue Hybrid auf der Straße haben später in 2008. Sie eingewickelt mit Brennstoffzellen und E-Flex vor Denise Gray-Handoffs.

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Denise Gray war als Leiter der Hybrid-Energiespeichersystemen bei GM im November letzten Jahres ernannt und ist verantwortlich für alles, was mit Batterien für Hybridfahrzeuge zu tun. Ihre Abteilung hat derzeit dreißig Chemiker, Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten an der Entwicklung und Erprobung von Batterien und sie warf einen Recruiting-Aufruf aus. Wenn Sie irgendeine Batterie Know-how haben, sucht Denise Grau für Sie! Seit der Übernahme hat sich ihre Gruppe auf die Konsolidierung der Batterie Anstrengungen an verschiedenen Standorten in den USA und Deutschland zu minimieren, um Redundanz und maximieren die Ausgabe konzentriert. Die kritischen Faktoren, die die Batteriechemie überwunden werden müssen, um erfolgreich zu sein optimieren die beste Balance von Leistung und Energiekapazität zu erhalten, die Massenproduktion von Zellen und Packs Arbeit aus, die Entwicklung der Elektronik und Steuerung, Systemintegration und Test. Alles in allem ein ziemlich triviales Problem.

General Motors hat derzeit Entwicklungsaufträge mit Johnson Controls-Saft und A123-Cobasys auf Lithium-Ionen-Akkus zu arbeiten, zunächst für das Plug-in-Hybrid-Vue-Programm. Die Lehren daraus gelernt wird auch auf die Volt-Programm angewendet werden, obwohl das Gleichgewicht der Batteriechemie wird für das Programm unterschiedlich sein, da es in erster Linie angetrieben Batterie ist und erfordert mehr Energie als die Parallel-Hybrid-Vue. Joe LoGrasso ist der Engineering Manager für Hybrid-Energiespeichersystemen und er gab einen Überblick über die unterschiedlichen Batterieanforderungen für die Zwei-Modus, Plug-in und Serien-Hybriden, die von kurzer Reichweite Low-Speed-Elektro zu 40+ Meilen. Die E-Flex benötigt wesentlich höhere Leistung als die parallelen Hybriden und viel mehr Energiedichte. Da die Serie Hybrid all seine Antriebskraft von der Batterie zu bekommen hat, und kann nicht für Leistung auf einem Motor verlassen, ist der Akku viel mehr zu tun.

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diese unterschiedlichen Anforderungen zu erfüllen, bedeutet Unterschiede in der Chemie und der Aufbau der einzelnen Zellen. Die Batterie für die Two-Mode braucht sehr dünne Elektroden und dickere Stromabnehmer, kürzere Ausbrüche von Strom zu versorgen, wenn nötig, aber nur Energiekapazität begrenzt. Der Umzug in die Plug-in und Seriensysteme benötigen die Zellen dickerer Elektroden, um mehr Energie für längere Reichweite zu speichern. die aktuellen unterschiedlichen Typen Bei der Überprüfung, Joe erwähnt, einige der neuen Materialien für Lithium-Batterien mit Lithium-Titanat-Anoden entwickelt. Bisher ist das einzige Unternehmen, Lithium-Titanat mit ist Altair die bisher noch nicht im Zusammenhang mit General Motors erwähnt. Ein Diagramm, das die Reichweite und Leistung Fähigkeiten der verschiedenen gängigen Akkutypen mit den E-Flex-Anforderungen überlagert angezeigt zeigt, dass die Bedürfnisse der Serienhybrid, den Umfang aller besten decken, was heute existiert.

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Lithium-Batterien haben die Energiedichte und Leistung, und neigen dazu, die Macht zu halten, wenn als andere Arten besser im Sitzen. Die größten Probleme, die erobert werden müssen, sind Lebensdauer, Kälte Leistung und vor allem Robustheit und Missbrauchstoleranz. Da der Akku nach oben aus Hunderten oder Tausenden von einzelnen Zellen aufgebaut ist, werden die Verbindungen, die zusammen alle einzelnen Zellen binden sehr sorgfältig konstruiert, um zu werden, um sicherzustellen, dass die Packung die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs überlebt. Der Prozess geht aus einzelnen Zellen zu entwickeln, die Leistungsanforderungen zu erfüllen, diese Zellen zu einem Paket zu integrieren und dann schließlich, dass die Packung in das Fahrzeugsystem zu integrieren. Während Lithium-Batterien sind in Unterhaltungselektronikgeräten seit vielen Jahren eingesetzt worden, um sie in Großformat-Packs für den Einsatz in der Automobilumgebung Kombination ist relativ neu. Ein weiteres Problem, das behandelt werden muss, ist der Bau von potentiell Millionen von größeren Format Zellen, in konsistenter Weise die Aufstockung um sicherzustellen, dass sie durchführen konsistent und zuverlässig in Automobilanwendungen. Schließlich will kein Autobauer eine groß angelegte Batterierückruf wie Laptop-Hersteller Anfang 2006 tat konfrontiert werden.

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Die GM Menschen, die von Mary Ann Wright verbunden waren, der neue CEO von Johnson Controls-Saft, Ed Bednarcik, VP und General Manager von A123-Systeme und Scott Lindholm, Vice President-Systems Engineering von Cobasys. Mary Ann Wright bereitgestellt und Überblick über die Konstruktion von Lithium-Ionen-Zellen. Das Grundprinzip ist ähnlich Säure-Batterien mit getrennten positiven und negativen Elektroden sitzen in einem Elektrolytmaterial zu führen. Der Hauptunterschied liegt in der Chemie der Beschichtung auf den Elektrodenplatten und Layout. Die Lithium-Ionen-Zellen entwickelt sind zylindrisch mit alternierenden, konzentrischen positiven und negativen Elektroden. Die positive Elektrode (Kathode) mit dem Lithium beschichtet ist, während die negative Elektrode (Anode) ist Graphit mit einer Kupferfolienleiter. Der Elektrolyt eine organische Lösung mit Zusatz von Lithiumsalz, und die genaue Mischung kann eingestellt werden, um die Lebensdauer und die Leistung der Batterie zu optimieren.

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Ed Bednarcik gab einen Überblick über die A123 Herstellungsverfahren für Lithium-Ionen-Zellen. Bis jetzt hat A123-Zellen für den Einsatz in Elektrowerkzeugen hergestellt, in erster Linie von Black & Decker / DeWalt, und erst vor kurzem umgezogen in den Automobil-Bereich. Batterien für Verbraucherelektronik typischerweise hätte höchstens nur wenige Zellen, und auch die Leistung der Zellen ist nicht so kritisch gewesen. Wegen der großen Anzahl von einzelnen Zellen, die in einem Kraftskala Batteriepack, konsistente Zelle-zu-Zelle kombiniert werden, muss die Leistung ist wichtiger. Um dies erreichen zu helfen, A123 erzeugt die Elektrodenbeschichtungen in großen Serien, so daß eine große Anzahl von Zellen können aus dem gleichen Material hergestellt werden. A123 verwendet auch Nano-Materialien in ihrer Chemie, was bedeutet, dass sie auch einzigartige Misch- und Handling-Technologie entwickeln mussten. Die Elektroden sind auch in Reinraumumgebungen zusammengebaut, um die erforderliche Konsistenz zu erzielen. Natürlich alles, was die Kosten erhöht, aber es ist ein notwendiges Übel, um die Anforderungen an die Zuverlässigkeit zu erfüllen. Das Erreichen der erforderlichen Leistungsabgabe der Batterie bedeutet, daß sie dünne Schichten auf den Elektroden benötigen, und um die Konsistenz zu verbessern, umfasst der gesamte Prozess hohe Automatisierung. Schließlich enthält die Zellen Zusammenbauen Laser cans geschweißt, mit 100 Prozent Röntgenprüfung und Prüfung der fertigen Zellen.

Als relativ junges Unternehmen, hat A123 keine Erfahrung in der Montage von großen Automobil-Akkupacks. Im Gegensatz dazu hat Cobasys eine Menge Erfahrung in Zellen in Batteriepacks und Packungen in Fahrzeuge zu integrieren, die Blei-Säure-und NiMH-Akkupacks für den EV1 geliefert zu haben und die NiMH-Packs für die aktuelle GM Mild-Hybrid-System. Als klar wurde, dass Lithium-Ionen werden benötigt würde die Leistungsanforderungen der Plug-in und Serien-Hybridfahrzeugen gerecht zu werden, entschied Cobasys, dass es bereits genug Unternehmen waren Lithium-Ionen-Chemie entwickeln, und sie sollten sich stattdessen auf ihre Integrationskompetenz konzentrieren. Sie untersuchten die Arbeits Unternehmen in der Lithium-Zelle Arena und schließlich schlug eine Partnerschaft mit A123 nach oben. A123 wird sich auf die Zellentwicklung und Cobasys wird die Packung Integration und Montage Griff.
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Scott Lindholm von Cobasys bereitgestellt Hintergrund auf der Systemintegration, die sie tun. Sie sind der Gestaltung und den Aufbau der mechanischen Verpackung und Steuerungen für die Akkus. Derzeit produziert Cobasys alle ihre NiMH mit Luftkühlung Packs. Der Plan ist das gleiche mit dem Lithium-Ionen zu tun packt, obwohl die Zellen anstelle von rechteckigen jetzt zylindrisch sind. Tesla Motors ist mit Flüssigkeitskühlung auf dem Akkupack, sondern fügt hinzu, dass eine erhebliche Menge an Gewicht und die Komplexität des Systems. Da ist GM nicht auf den Verkauf eines $ 100.000 Sportwagen der Planung, das ist etwas, was sie versuchen zu vermeiden.

Wegen der Hitze, die von Lithium-Ion-Batterien erzeugt werden kann, ist es wichtig für die Zellhersteller zu tun, was sie können, Innenwiderstand zu minimieren und die Pack-Integrator, das gleiche mit den Leiterbahnen in der Packung zu tun hat. Zur gleichen Zeit, dass die Wärme erzeugt wird, muss abgeführt werden, und die Temperatur der Zellen muss noch über die Packung gehalten werden. Ungleiche Temperaturen können zu verminderter Leistung und Potential führen "thermischen Ereignisse." Zusätzlich Exposition gegenüber hohen Spannungen für die Kunden hat beseitigt werden. Das letzte, was jemand will, ist ein Kunde von ihrer Batterie einen Stromschlag bekommen. Die Ventilatoren für das thermische Management verwendet werden, müssen auch zuverlässig und ruhig zu sein. Schließlich hat die Packung robust die unvermeidlichen Schwingungen des täglichen Gebrauchs standhalten konstruiert werden, bieten Schutz für die Zellen in dem Fall eines Zusammenstoßes und widerstehen, jede Art von Umgebung sie ausgesetzt sein können, besonders wenn sie unter dem Fahrzeug montiert ist.

Insgesamt ergab sich GM eine sehr informative Unterrichtung. Sie verstehen den Umfang der Probleme, die ein Fahrzeug zu bekommen, wie die Volt-Produktion in einer fristgerechten Weise überwunden werden müssen. Sie arbeiten fleißig in Zusammenarbeit mit Batterielieferanten, um sie geschehen, und in Gesprächen mit verschiedenen Menschen, die den Eindruck, dass es früher geschehen wird, eher als später.

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