Серед архітектурних пам’яток гігантського техцентру General Motors у Воррені поблизу Детройта заховався новий наріжний камінь ставки автовиробника у $900 млн на електричне майбутнє.
Непримітна пара кремових коробок площею близько 46 тис. кв. м, у яких розмістився новий Центр розробки акумуляторних елементів GM (Battery Cell Development Center, BCDC), зовні не вражає. Але саме тут, за зачиненими дверима, знаходиться ключ до плану GM знизити вартість своїх електромобілів майже на 10%.
У той час як деякі автовиробники пригальмовують електромобільні програми, новий центр розробки батарей GM став частиною перезапуску стратегії. У GM розповіли TechCrunch, що він дозволить вивести на ринок нове покоління дешевших батарей на рік швидше, ніж планувалося.
GM також відчув на собі застій на ринку електромобілів у США. Торік компанія списала $1,6 млрд, переглядаючи свої потужності з випуску електрокарів і звільнивши тисячі працівників. За повідомленнями медіа, вона також, принаймні тимчасово, відклала оновлення повнорозмірних електропікапів і позашляховиків.
Щоб повернути електростратегію в русло, Курт Келті, віцепрезидент із батарей і сталого розвитку GM, робить ставку на нову хімію акумуляторів під назвою LMR. Келті, який раніше очолював напрямок батарейних технологій у Tesla, за два роки в GM зробив її своїм фірмовим проєктом.
«Це справді має стати нашим основним продуктом, – сказав Келті TechCrunch. – Це буде наша головна лінійка».
Перезапуск батарейної стратегії
Прогалинами і затримками виведення електромобілів GM на ринок віддзеркалює проблеми всієї батарейної індустрії США, яка останні десятиліття розвивається ривками. Ранні стартапи не виправдали очікувань, а нещодавно потужна конкуренція з боку китайських компаній змусила автовиробників і виробників батарей переглянути плани, складені п’ять років тому.
У GM цей тиск призвів до скорочення життєвого циклу Ultium — брендованої батарейної платформи, на якій базуються поточні електромобілі компанії. Як і більшість ринку, автовиробник робив велику ставку на дорогу, але потужну хімію елементів NMC (нікель-марганець-кобальт). Зростання вартості сировини та домінування Китаю в ланцюгу критично важливих мінералів утримують ціни на електромобілі вище очікуваних. NMC не зникне, але в GM її планують залишити лише для преміальних моделей.
Натомість компанія розробляє LMR (lithium-manganese-rich, «літій-марганцево-збагачена»), яка, за її словами, майже не поступається NMC за енергетичною щільністю, але коштує приблизно стільки ж, як дешевші хімії на кшталт LFP (літій-залізо-фосфат), що живлять бюджетні моделі на зразок Chevrolet Bolt.
Коли GM представила LMR торік, компанія заявила, що у пікапі Chevrolet Silverado EV нова хімія дозволить зберегти більшу частину запасу ходу понад 400 миль і водночас знизити собівартість щонайменше на $6 000. Для моделі середнього цінового сегмента це наблизить загальну ціну до версії з ДВЗ.
Відкрити нову хімію батареї — це одне. Зробити її у промислових масштабах у гігават-годинному обсязі — зовсім інше, особливо з нинішніми темпами розвитку індустрії електромобілів. Під тиском таких автогігантів, як BYD, та батарейних лідерів на кшталт CATL, GM хоче вивести LMR-автомобілі на дороги до 2028 року. Щоб дотриматись цього дедлайну, новий Центр розробки акумуляторних елементів має спрацювати без збоїв.
Новий об’єкт став базовою ланкою батарейної стратегії компанії. У 2022 році GM відкрила свій центр інновацій Wallace Battery Cell Innovation Center та перший гігафабрику. Бракувало лише ланки, яка б з’єднала проривні розробки з Wallace з фабричними лініями в Теннессі та Огайо.
BCDC, як називають об’єкт у компанії, — це щось на кшталт пілотної лінії, але більшого масштабу. Після виходу на повну потужність він зможе виробляти близько 2 500 елементів на день, або приблизно пів гігават-години на рік. Сюди потраплятимуть батареї, розроблені невеликими партіями — по 30–50 штук на день — у дослідницькому центрі Wallace поруч. Тут мають визначати, чи готові вони до промислового виробництва.
Опановуючи «рецепт» батареї
Багато рецептів нових батарей провалюються на етапі масштабування, і в компаній немає років на усунення всіх недоліків. Якщо нова хімія за 18 місяців роботи виробничої лінії не може досягти виходу не менше 85%, її не слід вважати комерційно життєздатною, йдеться у звіті McKinsey.
Виклики нагадують спробу масштабувати рецепт, розрахований на сім’ю з чотирьох осіб, до весільного бенкету на 400 гостей. Проблема не лише в обсягах виробництва. Елементи, що виходять із дослідницького центру, — це маленькі «монетки», тоді як елементи для акумуляторних блоків електромобілів радше нагадують невелику обробну дошку.
«Як тільки ви навчитеся готувати «рецепт» у Wallace, постає питання: як зробити це у великих обсягах?» — каже Келті. — «Ви справді багато чого дізнаєтеся, переходячи від «монетки» до великого формату, бо цей перехід зовсім не є ідеальним».
BCDC має зробити цей крок менш болючим.
Тестовий прогін на цьому об’єкті коштує близько $200 000 — значно дешевше, ніж на повномасштабному заводі Ultium. Коли команда BCDC буде впевнена, що процес відпрацьований, перехід до серійного виробництва має пройти легше, каже Келті. «Обладнання майже однакове, тож передача не повинна бути такою складною».
BCDC на один–два порядки менший за 260-тисячний (2,8 млн кв. футів) завод з виробництва батарей Ultium у Теннессі. Фабрика Ultium виготовляє близько 300 000 елементів на рік, або 45 гігават-годин. BCDC має менше виробничих ліній, випускає приблизно соту частину цієї кількості елементів, а його змішувальні баки для поєднання матеріалів вміщують 40 літрів замість 2 000. Утім навіть у такому масштабі BCDC в рази більший за сусідній центр Wallace.
«BCDC покликаний закрити цю прогалину», — розповів TechCrunch керівник BCDC у GM Мо Галльєгос.
Ставка на моделі ШІ
Щоб ще більше знизити витрати, GM намагається максимально моделювати процеси за допомогою різних моделей штучного інтелекту. Компанія серйозно інвестує в обчислювальні ресурси, і хоча ніхто не називає точні цифри, внутрішньо це описують як «рівень національної лабораторії».
Автовиробник розробив фізично коректні моделі, щоб прогнозувати, як зміни хімії чи виробничого процесу вплинуть на характеристики батарейного елемента.
«Лише по LMR ми накопичили понад 150 мільйонів годин роботи CPU», — розповів TechCrunch Раду Тейюнні, директор GM з віртуальної електрифікації та силових агрегатів. — «Більшість програм розробки двигунів не використовують стільки обчислювального часу».
Також створено цифрового «двійника» всього BCDC, включно з платами керування обладнанням, проводкою і навіть лопатями в змішувальних баках. Перш ніж автор матеріалу потрапив до BCDC, команда наділа на нього VR-гарнітуру й провела екскурсію цифровим «двійником», де він зміг простежити виробничу лінію від початку до кінця.
У процесі створення BCDC цифровий «двійник» використовували для різних задач. Наприклад, щоб перевірити, чи достатньо відстані навколо обладнання для щоденних операцій і ремонту. В іншому випадку симулювали системи керування, щоб переконатися, що все поводиться так, як задумано.
«Чи працює обладнання так, як повинно? Чи працює воно безпечно? Чи робить усе, що, як ми очікуємо, має робити ця система керування? Це скорочує наш час налагодження та виходу на потужність», — каже Галльєгос. Загалом, за словами GM, ці симуляції заощадили компанії мільйони доларів.
GM потрібне кожне скорочення термінів, на яке вона здатна.
Хоча ринок електромобілів у США останнім часом охолов, глобально він зріс на 20% минулого року. Загроза високих цін на нафту разом зі зниженням вартості батарей свідчать, що перехід від викопного палива відбудеться рано чи пізно.
Якщо LMR буде готова вчасно, це може допомогти GM запропонувати електромобілі за конкурентною ціною з достатнім запасом ходу, щоб заспокоїти стривожених американських покупців. Але спершу LMR має пройти випробування в BCDC. Галльєгос очікує, що перші партії нових елементів зійдуть з лінії вже наприкінці цього року.
У наступне десятиліття розвиток батарей стане для автовиробників таким же критичним, як у минулому столітті була розробка двигунів. Майбутнє електромобілів GM залежить від здатності компанії провести нові хімії від стадії R&D до масового виробництва.
Келті любить повторювати, що GM розробляє «правильну батарею для правильного застосування», перегукуючись зі старим слоганом компанії про «авто на будь-який гаманець і для будь-яких потреб».
LMR, ймовірно, стане першим великим тестом для BCDC, але навряд чи останнім.