Илон Маск не шутит

Почему именитые автопроизводители никак не могут повторить успех Tesla Motors на рынке электромобилей? Восемь лет назад, когда только появилась модель Tesla Model S, все смотрели на компанию Илона Маска как на дерзкий стартап, бросивший вызов индустрии, и понимали, что его быстро догонят крупные автоконцерны, обладающие куда большими финансовыми ресурсами, отлаженными производственными мощностями и опытом. Но этого почему-то не произошло.

Тысячи элементов

Когда Илон Маск объявил о том, что в автомобиле Tesla Model S будет использоваться свыше семи тысяч стандартных цилиндрических ионолитиевых элементов 18650 производства Panasonic, специалисты очень удивились. «Господин Маск вынес серьёзное финансовое решение, выбрав цилиндрические элементы, которые нужно соединить в огромном количестве, - говорит американский эксперт Марк Эллис. - Все профи в нашей индустрии считали, что заставить такую огромную батарею нормально работать невозможно. Потому что электронные схемы контроля напряжений, температур и балансировки ячеек получатся слишком сложными. Профессионалы решили, что Маск сумасшедший. Но глава Tesla Motors доказал, что они ошиблись».

Сегодня в электромобилях используются ионолитиевые элементы трёх конструкций: цилиндрические, призматические в мягких пакетах из фольги и призматические в жёстких корпусах. Каждый из этих конструктивов имеет свои достоинства и недостатки.

Цилиндрические элементы выпускаются десятилетиями, отлично отработаны в массовом производстве и обходятся дёшево. Они могут нагреваться при заряде и разряде, но своей внешней формы не меняют. Призматические же ионолитиевые элементы должны работать в условиях постоянного сжатия во избежание расслоения внутренней структуры, поскольку при заряде и разряде структура аккумулятора меняется в размерах - «дышит». Значит, батарея из таких элементов должна иметь сложную конструкцию. То есть Илон Маск изначально выбрал наиболее дешёвое и простое в производстве решение.

Прорыв в электронике

Автомобильные компании VW и BMW пытались повторить решение Маска, но не смогли. Потому что у Tesla Motors огромное преимущество в электронике. Она вырвалась на десятилетия вперёд, создав оригинальные алгоритмы балансирования заряда в батарейных блоках и разработав для этого собственные микросхемы и электронные платы.

Как такое стало возможно? Стоит отметить, что Tesla Motors - это вертикально интегрированная компания, а её конкуренты следуют концепции горизонтальной интеграции. Они отдают производство комплектующих на аутсорсинг, пользуясь общим пулом доступных на рынке решений. Подобный подход хорош, когда речь идёт о технологически зрелых направлениях, где невозможны серьёзные прорывы и основная ставка делается на эффективное разделение труда. В направлениях новых, быстро развивающихся, горизонтальная интеграция пробуксовывает.

Взять для примера электромобиль Chevy Bolt первого поколения. В нём установлены аккумуляторы южнокорейской компании LG, её же электронные платы и элементы силовой передачи. Всё это было сделано в Корее, а компания General Motors просто приобретала там комплектующие. В результате её конструкторы застряли на технологии, имевшейся на тот момент в LG.

Конечно, Илон Маск в вертикальной интеграции соблюдает меру, ограничиваясь только основными компонентами, - он не заводит собственную плантацию для производства каучука. Тем не менее он нарушил все правила, действующие в автопроме, и начал разработку с чистого листа. Как мы уже отметили, Илон Маск разрушил старые представления, накопившиеся за десятилетия в сфере управления аккумуляторами. В автомобилях Tesla установлены нетипичные платы батарейных контроллеров.

Набираем таланты

В финансовый кризис 2008-2009 годов, когда именитые компании увольняли классных молодых специалистов, Илон Маск забирал их к себе. К нему пришли талантливые ребята из NASA, Raytheon, Lockheed Martin... И это в основном трудоголики.

Кроме того, крупные автомобильные концерны относятся к электромобильному направлению не так серьёзно, как Tesla Motors. Они могут добрать прибыль на других направлениях, скажем, на производстве тяжёлых дизельных грузовиков или автобусов, а у Илона Маска неэлектрических автомобилей нет, а значит, нет и права на ошибку.

Доступ к технологиям

Выстраивая вертикально интегрированное производство, сегодня Tesla отлаживает самостоятельный выпуск цилиндрических ионолитиевых элементов. Её гигафабрика в штате Невада построена и оснащена самым современным оборудованием. Официально она была введена в строй ещё в 2017-м, однако в аккумуляторном производстве очень много тонкостей, которые обычно проясняются в результате многочисленных проб и ошибок. Специалисты компании уже три года упорно занимаются настройкой производственных линий и отладкой технологии. Большая часть трудностей уже позади. При этом в компании планируют со временем поменять электрохимическую основу производимых в Неваде аккумуляторов.

Чтобы пояснить, о чём речь, отметим, что в начале 1990-х, когда только появились ионолитиевые аккумуляторы, в них было много кобальта. Мало того, что соединения этого металла токсичны, но из-за него аккумуляторы временами возгорались и взрывались. Химики годами работали над тем, чтобы снизить содержание кобальта в аккумуляторах для мобильной электроники, не жертвуя их основными характеристиками. С началом электромобилизации снова были выпущены элементы с большим содержанием кобальта, поскольку именно он обеспечивает высокую массовую плотность мощности. Затем из-за геополитических событий в Африке кобальт резко подорожал, отчего производители батарей снова стали уменьшать его содержание. То есть электрохимия всё время меняется.

После 2012 года учёные по всему миру провели в области аккумуляторов не меньше исследований, чем за предыдущие восемьдесят лет. И сегодня в электрохимии происходит очень много событий. Благодаря развитию возобновляемой энергетики и электроприводного транспорта сформировался ёмкий рынок ионолитиевых элементов, появилось множество новых их производителей и общее технологическое развитие сильно ускорилось.

Компания Tesla в 2019 году приобрела фирму Maxwell, получив доступ к её разработкам в сфере суперконденсаторов и аккумуляторов, а также к производственным технологиям. Кстати, на момент покупки представители Maxwell заявляли, что уже на подходе надёжные твердотельные элементы. Приобретение готовых разработок, на которые ушли долгие годы, позволяет резко ускорить развитие. Вот каким образом Tesla Motors бежит впереди конкурентов.

Гигафабрика в Неваде - это совместное предприятие Tesla с японской Panasonic, так что у Илона Маска есть доступ к наработкам японцев. А на гигафабрику в Шанхае, где действует линия сборки аккумуляторов, поставляются цилиндрические элементы производства LG Chem. Тем временем Tesla ведёт переговоры с китайской компанией CATL насчёт применения в кроссоверах Model 3 SR+, выпускаемых для китайского рынка, призматических аккумуляторных элементов на основе феррофосфата лития. Следовательно, через партнёров Tesla получит и оригинальную технологию упаковки призматических батарей.