نقلاً عن منصة BatteryDesign المتخصّصة بنشر وتطوير الأبحاث العلمية في صناعة بطاريات السيارات؛ تم شرح وتوضيح أسس مبادرة Cell to Pack بما تم اقتراحه من قبل CATL و BYD في تعديل وضع الخلايا مباشرةً في حزمة البطارية. وتهدف هذه المبادرة بشكل أساسي لعرض التقنيات المتاحة حالياً في صناعة البطاريات والبحث في سلبياتها وإيجابيتها وعن كيفية الانتقال لمستوى أكثر أماناً وخلق حالة من التوفير المتوازي بين التكلفة والطاقة عند الصناعة والاستخدام. 

تم تداول هذه المقترحات بشكل مفصّل عبر الموقع الرسمي للمنصة في تاريخ 23 يونيو 2023 من قِبل الفيزيائي وعضو الهيئة الاستشارية العلمية والمؤسس الرسمي لمنصة BatteryDesign نايجل تايلور، وذلك بعدما شهدنا سابقاً التسارع المتزايد بطرح العديد من تصاميم حزم البطاريات وتعديلاتها من قبل المصنّعين حول العالم وبالأخص تلك التصاميم التي أطلقتها شركتي BYD و CATL، وبالرغم من أن BYD تميزت بتصميمها الجديد والمبتكر الذي يحمل اسم "Blade"، على غرار تميّزها في استخدام تقنية الكيمياء الحديثة LFP لتزويد السيارات الكهربائية بالطاقة؛ إلا أن هنالك العديد من البيانات التي يجب تحليلها والبحث في شأن تطويرها وتحسينها في المستقبل. 

تركز مبادرة "Cell to Pack" حول تقليل التكلفة وزيادة الكثافة الحجمية لحزم البطاريات لاستيعاب وتوفير أكبر قدر من الطاقة، مما سينعكس بدوره على الأسعار العالمية للسيارات الكهربائية وأجور الصيانة فيما بعد، وأيضاً ستهدف بشكل خاص إلى تصميم بطاريات السيارات بأسلوب تكاملي بعد العديد من التجارب الدؤوبة من قِبل أصحاب الاختصاص والباحثين حول العالم كي يتم تحقيق زيادة كبيرة في كثافة الطاقة وتخفيض التكاليف كما ذكرنا سابقاً. ولكن سيتطلب هذا إلى إزالة الحواجز بين الخلايا الداخلية للبطارية ودمجها ككل مع جسم السيارة لتشكيل حالة أكبر من الأمان والاستدامة، ومن هذا الصدد فإنه سيتطلب تكثيف الجهود لفهم كيفية منع انتشار الخلايا داخل الحزمة الكاملة للبطارية وتفادي العديد من المخاطر والمشاكل المحتملة في الجسم الداخلي للبطارية والذي سينعكس بدوره على سلامة الركّاب. 

وكخطوة أولى تقترح CATL و BYD وضع الخلايا مباشرة في حزمة البطارية في سبيل أنه يمكنهم ما يقارب >250 واط / كجم كزيادة نوعية في كثافة الطاقة المختزلة.

كما وتهدف CATL بتحقيق المزايا التالية: 

زيادة بنسبة 20 إلى 30٪ في استخدام حجم حزمة البطارية. 

تقليل بنسبة 40٪ في عدد الأجزاء في حزمة البطارية. 

50٪ زيادة في كفاءة الإنتاج. 

وبالفعل لقد حققت CATL هذه المطالب في إعلانها عن الجيل التالي من تصميم الخلايا لحزم المعروف باسم Qilin. الذي يحتوي على خلايا منشورية مع لوحات تبريد مرنة بين الخلايا. 

كما وقد أشارت CATL إلى أن هذا النظام المتكامل يمكنه زيادة كثافة الطاقة إلى 255 واط / كجم لأنظمة البطاريات الثلاثية (NMC ، NMCX ، إلخ) ، و 160 واط / كجم لأنظمة بطاريات LFP.

ويُعد هذا تغييراً مهما في كثافة الطاقة، ومع ذلك، لا تزال حزمة البطارية في السيارة بحاجة إلى توفير بعض المتطلبات الأساسية التي ونوعاً ما لم تتحقق في تصميم Qilin مثل: 

نظام التبريد 

إذ تم دمج العوارض المتقاطعة الداخلية ولوحة سائل التبريد والوسادة الحرارية في طبقة بينيّة مرنة متعددة الوظائف. كما تمت زيادة مساحة ألواح التبريد بعامل 4. مع وضع لوحة تبريد كبيرة على الوجه. كما ويمكن رؤية لوحة التبريد البينية المرنة مضغوطة بواسطة الخلايا حتى أثناء تمددها. مما ستستمر الخلايا في التمدد على مدار عمر العبوة. 

من وجهة نظر حيادية؛ هذا يعني أن عرض قناة التبريد سينخفض مع تقدّم عمر الخلايا وتمددها. ومن ثم تقييد تدفق سائل التبريد. وأيضاً مع تقدم عمر الخلايا ستزداد المقاومة الداخلية وبالتالي ستزداد درجة الحرارة أثناء الاستخدام. وستؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تلف أسرع للخلايا. 

وكملاحظة أخيرة على نظام التبريد؛ إن لكل لوحة تبريد موصلات طرفية ذات حساسية خاصة مما سيزيد من احتمالية حصول تسرّبات مستقبلية ستكون لها تبعيّات سلبية وخطرة. 

الأمان 

إذ يعتبر التباعد بين الخلايا والوحدات النمطية تقليدياً وغير آمناً بالشكل المطلوب لإدارة انتشار الخلايا حول بعضها، كما ويعد فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) مركَّب أكثر استقراراً في مثل هذا الانتشار. 

التوزيع الميكانيكي 

تساعد الحزم الهيكلية داخل مجموعة البطاريات على إدارة أحمال التصادم ومتانة المجموعة والسيارة، فكيف سيتم توزيعها لاحقاً؟ 

الصيانة 

عادة يمكن استبدال وحدة أو وحدات إذا حدث خطأ ما. هل ينتقل هذا إلى نهج استبدال العبوة في الخدمة؟، وما هي التكلفة والأثر البيئي الناتج عن ذلك؟ 

وبسبب هذه الاحتمالات والمخاوف؛ تم تسليط الضوء على التصميم الأكثر إثارة والذي تم الإعلان عنه من قِبل شركة BYD تحت اسم "Blade" التي صرَّح عنها وانغ تشوانفو -رئيس مجلس إدارة BYD ورئيسها- قائلاً: "إن البطارية (Blade) تعكس تصميم BYD على حل المشكلات المتعلّقة بسلامة البطارية مع إعادة تعريف معايير السلامة للصناعة بأكملها." 

ويُعد تصميم حزمة BYD Blade هو الأول من نوعه. وربما ستكون نفقات تصنيعه أقل نفقة مقارنة مع التصاميم الأخرى، كما وأثناء خضوعها للاختبارات، لم تنبعث من البطارية أي دخان أو حريق حتى بعد اختراقها، ووصلت درجة حرارة سطحها إلى 30 إلى 60 درجة مئوية فقط. في ظل نفس الظروف، تجاوزت بطارية الليثيوم الثلاثية 500 درجة مئوية واحترقت بعنف، وبينما لم تنبعث من بطارية فوسفات الحديد الليثيوم التقليدية ألسنة اللهب أو الدخان علنا، وصلت درجة حرارة سطحها إلى درجات حرارة خطيرة تتراوح من 200 إلى 400 درجة مئوية. هذا يعني أن المركبات الكهربائية المزودة ببطارية Blade ستكون أقل عرضة للاشتعال - حتى عندما تتضرر بشدة.

كما واجتازت بطارية Blade أيضاً ظروف اختبار قاسية أخرى، مثل سحقها وثنيها وتسخينها في فرن إلى 300 درجة مئوية وشحنها الزائد بنسبة 260٪. لم يؤد أي من هذه إلى حريق أو انفجار.

كما وأشار هو لونج، نائب رئيس BYD ورئيس مجلس إدارة شركة FinDreams Battery Co.Ltd ؛ إلى أربع مزايا رئيسية في تصميم Blade بما في ذلك التفاعلات الطاردة للحرار لعدم حصول أي خلل أو مخاطر على منظومة الشحن والطاقة، وإطلاق الحرارة البطيء عند الشحن وحتى عند الاستخدام الطويل، وتوليد الحرارة المنخفضة فضلاً عن قدرتها على عدم إطلاق الأكسجين أثناء الأعطال أو اشتعال النيران بسهولة.

كما ووفّرتصميم Blade كافة المتطلّبات التي كانت تنقص تصميم Qilin وبنتائج مدهشة ومن بعضها: 

نظام تبريد 

لوحة التبريد عبارة عن لوحة واحدة كبيرة مثبتة على السطح العلوي للخلايا. وصلات المبرد كلاهما في مقدمة اللوحة. هذا التصميم الفريد له عدد من المزايا ومنها: 

_{يقلل من خطر التسرب} 

_{وصلات سائل التبريد خارج العبوة} 

_{تعمل لوحة المبرد كحاجز آخر بين الخلايا والركّاب} 

ومع ذلك، فإن هذا ينطوي أيضا على بعض التحديات المهمة: 

_{تصنيع لوحة مسطحة} 

_{طبقة أكثر سمكا من مادة الواجهة الحرارية لاستيعاب عدم التسطيح} 

_{تدفق سائل التبريد بالتساوي إلى جميع المناطق} 

الأمان 

لم تبلِّغ BYD عن أي حريق أو انفجار من اختبارات السحق والتسخين وغيرها. 

وفي هذا الجدول سنرى بعض الفروقات بين التصميمين Blade و Qilin:

كما و ستتلخَّص النتائج الإيجابية التي يحققها تصميم Blade حول: 

كفاءة أعلى 

ديناميكا هوائية محسنة 

زيادة قوة الهيكل 

صلابة جسم أفضل 

استخدام فعّال للمساحة 

توزيع ميكانيكي فعّال 

ومن هنا تنتج الأسئلة المحورية عن مستقبل هذه التصميم وبالأخص تصميم Blade: 

متى يتم البدء في إصلاح هيكل السيارة وإعادة رسمه؟ 

كيف يمكن إغلاق الغطاء العلوي للبطارية على الهيكل؟ 

كيف يتم اختبار ختم البطارية؟  

هل سيتم فصل الكتلة الكهربائية عن الهيكل عند إخراجها؟ 

كيف يمكن تسهيل إعادة تدوير هذه العبوة؟