Az elektromos járművek szívét a meghajtó akkumulátorok alkotják. A Porschénál nagyfeszültségű rendszereinek élettartamát és megbízhatóságát a belső égésű motorokéhoz igazítják: legalább 15 év vagy 300 000 kilométer.

Az akkumulátor öregedési folyamata elkerülhetetlen, de befolyásolható is. Az első két-tizenkét hónapban egy lítium-ion cella jellemzően kapacitásának egy-öt százalékát veszíti el. A szakértők ezt „kezdeti csökkenésnek” nevezik, és a Porsche figyelembe veszi ezt a fizikai hatást – azáltal, hogy biztosítja, hogy az újonnan gyártott akkumulátorok energiatartalma már figyelembe veszi ezt a csökkenést. Ennek eredményeként az akkumulátor tényleges állapota (SoH) sokkal lassabban romlik.

A legfontosabb paraméterek közé tartozik az akkumulátor hőmérséklete, a töltöttségi és öregedési állapot, valamint a töltőáram. Az optimális feltételeknek a 30 Celsius-fok alatti hőmérsékletet és a 90 százalék alatti töltöttségi szintet (ha az autó hosszabb ideig parkol) találták. Ennek elérése érdekében a Porsche szabadalmaztatott gyorstöltési technológiát használ elektromos sportautóiban a monitorozáshoz és a vezérléshez.

Akkumulátortechnológia ismertetése

„Az akkumulátorok valójában le akarnak merülni. Kényszeríteni kell őket a töltésre” – magyarázza Carlos Alberto Cordova Tineo, aki akkumulátorcellák fejlesztésével és gyorstöltéssel foglalkozik a Porsche-nál. „Amikor gyorstöltésről beszélünk, a lítium anódba juttatását értjük alatta.”

Ennek szemléltetésére egy étterem példáját hozza fel.

„Először meghatározzuk a nyitvatartási időt. Aztán vannak különböző forgatókönyvek. Vagy spontán döntés az étterem meglátogatásáról, vagy már van foglalás. Foglalással közvetlen bejutást kapsz anélkül, hogy sorban kellene állnod az ajtónál. A spontán döntésnél számos tényező játszik szerepet: az étterem befogadóképessége, a rendelkezésre álló szabad helyek száma, az ajtó mérete, amely meghatározza, hogy hány ember léphet be egyszerre, és hogy van-e már sor.”

Ha ezeket a szempontokat a töltési folyamat különböző jellemzőihez rendelnénk, az étterem nyitvatartása összehasonlítható lenne a hőmérséklettel. „Minél magasabb a hőmérséklet, annál szélesebbre nyílik az ajtó, lehetővé téve, hogy egyszerre több ember lépjen be. Ahogy a hőmérséklet csökken, a nyílás szűkül, ami megnehezíti az egyidejű bejutást.”

Egy másik összehasonlítási pont az akkumulátor kora. A példát folytatva: „Az étterem kapacitása 100-ról 80 férőhelyre csökkent. Ha sokan úgy döntenek, hogy egyszerre látogatják meg ezt az éttermet, sor alakul ki, mert nincs elég szabad ülőhely.” Az akkumulátor töltöttségi állapota összehasonlítható az étteremben már foglalt ülőhelyek állapotával. Mindkét tényező egyre hosszabbá teszi a sort az ajtónál. És minél hosszabb a sor, annál kevesebb a motiváció arra, hogy egyáltalán meglátogassák az éttermet.

„Ez a lítium-ion akkumulátorok esetében a fémlítium lerakódását jelenti, amely már nem áll rendelkezésre energiatárolásra” – folytatja. „Ezt lítiumbevonatnak nevezik. Az akkumulátor intenzív használata során a részecskékre ható mechanikai igénybevétel a részecskehéj megrepedéséhez vagy a részecskék tönkremeneteléhez vezethet, ami lítiumveszteséget eredményez. Ez viszont csökkenti az akkumulátor kapacitását is.”

Az akkumulátor élettartamának maximalizálása

A Porsche számára mindig is fontos volt – és továbbra is fontos –, hogy megtalálja a kulcsot, amely a metaforikus „étteremhez” való hozzáférést a lehető legegyszerűbbé teszi. Ez azt jelenti, hogy el kell kerülni a negatív hatásokat az akkumulátorok hosszú élettartamának garantálása érdekében. Az intelligens akkumulátorkezelés és a robusztus cellaszerkezet a tökéletes kulcsok.

A Porsche ehhez egy, a vásárlói szokásokon alapuló vezérlőalgoritmust fejlesztett ki.

„Tudjuk, hogy az ügyfelek csak az esetek mintegy 15 százalékában választják a gyorstöltést” – folytatja Cordova Tineo. „Azonban a stressztesztjeinkben messze túlmegyünk ezen, és az összes ciklus 50 százalékában gyorsan töltjük az akkumulátort.”

Az élettartam-tesztek a változó környezeti hőmérsékletet és a dinamikus vezetési viselkedést is szimulálják. Szélsőséges körülményeket, például 60 és 100 Celsius-fok közötti hőhatást is tesztelnek. Végül nagyon nagyszámú töltési ciklust szimulálnak különböző távolságokon, 160 000 és 300 000 km között.

A jelenlegi Taycan esetében az intenzív tesztelési munka már meghozta gyümölcsét. A továbbfejlesztett cellák nagyobb teljesítményt és csökkentett ellenállást kínálnak. A hőmérséklet-szabályozás optimalizálása érdekében passzív hűtést integráltak a cellamodulokba. Egy új, hatról 10 kW-ra megnövelt hűtőkapacitású hűtőlemez fokozza a robusztusságot magas hőmérsékleten. A cellák elektromos csatlakozásához használt új gyűjtősínek nagyobb áramerősséget tesznek lehetővé. Ennek eredményeként a gyorstöltés 10-ről 80 százalékra történő feltöltésének ideje a megnövelt kapacitás ellenére 21,5 percről (az első generációs Taycan esetében) 18 percre (a jelenlegi modell esetében) csökkent. A töltési teljesítmény is 270-ről 320 kW-ra nőtt. Ezenkívül a gyorstöltés minimális indítási hőmérsékletét 25-ről 15 Celsius-fokra csökkentették.

Rövid töltési idők, kiváló teljesítmény, maximális biztonság

A rövid töltési szünetek végső soron csökkentik az utazási időt. A hosszú akkumulátor-üzemidő, a minimális CO₂-lábnyom, a maximális biztonság és a mindig is kiemelkedő vezetési dinamika mellett ezek egyértelmű célok voltak a Porsche e-mobilitás fejlesztői számára.

A vezetési dinamika jelentős javulását a kisütési áram 860-ról 1100 amperre történő növelésével érték el. Ez gyorsabb és erőteljesebb gyorsulást tesz lehetővé. A nagyobb, 93,4-ről 105 kWh-ra megnövelt bruttó akkumulátorkapacitás ellenére a súly 634-ről 625 kilogrammra csökkent, ami az autó vezethetőségét is javítja.

A nagyfeszültségű akkumulátoroknak extrém terhelésnek kell ellenállniuk. Az egyik ilyen teszt a merítési teszt, amelynek során az akkumulátort körülbelül egy méter mélyre merítik egy elárasztott tartályba. Még hosszabb idő után sem szabad víznek behatolnia a hermetikusan lezárt akkumulátorházba. A korrózióteszt során az akkumulátorcsomagot különféle anyagoknak, különösen különböző koncentrációjú sóoldatoknak teszik ki. Az ütközésbiztonság érdekében az utasvédelem a legfontosabb tervezési prioritás, függetlenül a járműtől vagy a hajtástípustól. Ennek biztosítása érdekében a Porsche további szigorú belső követelményeket vezetett be, amelyek fokozott ütközési súlyossággal rendelkeznek a hibrid és akkumulátoros elektromos járművek esetében.

„Minden nagyfeszültségű alkatrészt olyan helyekre helyezünk, ahol minimális a sérülés veszélye” – mondja Simon Maurer, a Porsche Cayenne és Macan biztonsági rendszerének igazgatója. „A további érzékelők nagyon korán érzékelik a kritikus terheléseket. Az ütközésészlelés után az elektromos motorok és a segédegységek automatikusan leválnak a nagyfeszültségű akkumulátorról, és a fennmaradó tárolt energia dinamikusan lemerül. Ez megakadályozza az áramütést.”

Alkatrész-teszteket is végeznek, például az akkumulátormodulokkal végzett teszteket. Ezeket az alkatrészeket lényegesen nagyobb terhelés éri, mint ami egy teljes járművet érintő ütközés esetén normális esetben tapasztalható lenne. Még ezekben a tesztekben sem keletkezhet tűz. A szerkezeti optimalizálás, a szigorú követelmények és az átfogó biztonsági rendszerek kombinációja biztosítja a teljes rendszer lehető legnagyobb védelmét. A Macannal Weissach legmodernebb tesztlétesítményében végzett töréstesztek igazolják, hogy az akkumulátor mennyire jól védett; egy szilárd oszloppal történő erős oldalütközés után a nagyfeszültségű akkumulátor gyakorlatilag nem deformálódik.

Az akkumulátorfejlesztés kulisszái mögé pillantva kiderül, hogy minden Porsche teszteljárás szigorúbb, mint bármely jármű élettartama. Nincsenek kompromisszumok a gyorstöltés, az optimális teljesítményű gyors utazás vagy a biztonság terén – és nincsenek kompromisszumok a megbízhatóság vagy a hosszú akkumulátor-élettartam terén sem. Így felel meg a Porsche a rajongói elvárásainak.