Замена батарей в электромобилях

Батареи электромобилей: заряжать? Нет, заменять!

Сменные аккумуляторы для электромобилей – альтернативный вариант быстрой зарядки?

От 0% до 100% за 180 секунд! Уже сегодня можно всего лишь за три минуты восстановить потенциал электромобиля заменив севшую «батарейку» полностью заряженной. Как в детской игрушке… или в пульте от телевизора – легко и быстро. Ни один суперчарджер в мире пока не способен на такое. А ведь как хочется, чтобы пополнение энергетического запаса транспортного средства занимало времени не больше, чем заправка ископаемым топливом.

Извлечь аккумулятор, вставить заряженную батарею и ехать дальше? Как показывают результаты исследования Немецкой академии инженерных наук Mobility Monitor 2021, сменная АКБ позволят устранить наиболее распространенную в среде автомобилистов критику электромобилей: 60% немцев отказываются от покупки электромобиля в первую очередь из-за времени зарядки. Позиция, – которую приходится учитывать при продвижении прогрессивных средств мобильности.

Вы думаете в других странах иначе? Вряд ли. В России, скорее всего, этот процент даже больше. У нас просто никто и никогда не проводил подобных исследований. У нас вообще с ориентированными на перспективу исследованиями туго. Мы всё «ближе к земле» – к повседневным реалиям, слабо веря в какие-либо перспективы и принимая их во внимание. Поскольку вряд ли в цивилизованном мире найдется другая страна, будущее которой так же замысловато, как наше. Впрочем, мы отвлеклись.

Итак, время зарядки – раз. Но есть еще и два. И два – это географический инфраструктурный охват зарядной сети: любому автомобилисту будет просто наплевать на срок зарядки, если поблизости нет подходящей станции. Или все станции заняты-забронированы на несколько часов вперед – с таким явлением владельцы электромобилей уже регулярно сталкиваются даже в Москве

Вот тут-то как раз и приходит на выручку концепция обменных аккумуляторов. Она сохраняет принцип непродолжительных остановок для «пополнения бака», знакомый по ДВС, даже несмотря на существенно отличающийся технологический процесс такого «пополнения». Стоит ли в этой связи удивляться тому, что данная концепция довольно давно очаровала инженеров и инвесторов: ее первая практическая реализация почти так же стара, как и сам автомобиль; но в ближайшие годы она может вернуться в более широком масштабе.

Однако расширение сопряжено с некоторыми техническими и инфраструктурными трудностями. Проекты, запланированные в Европе и Китае, еще далеки от фееричного ренессанса обменной батареи. Что планируется в идеале? Почему когда-то это не реализовать на практике? Читайте в нашей публикации.

Съемные аккумуляторы: обзор, основной принцип и требования

При замене аккумулятора вместо подзарядки электромобиль заезжает на специализированную станцию. Что-то среднее между АЗС и СТО с небольшим электрифицированным складом. Там почти пустой накопитель энергии обменивается на полностью заряженную батарею. Машина, готовая к покорению очередных сотен километров маршрута, торжественно уезжает, а снятый с нее сменный аккумулятор остается подзаряжаться, для установки на транспортное средство следующего клиента. В идеале все происходит почти автоматически.

Чтобы эта концепция давала реальное преимущество, очень важно перекидывать АКБ как можно быстрее. По мнению отраслевых экспертов, время замены менее пяти минут может быть достигнуто только в том случае, если транспортное средство изначально предназначено для выполнения соответствующих операций. Все важные компоненты должны быть стандартизированы, все технологии отработаны до мельчайших нюансов. Однако, поскольку для разных моделей используются разные накопители энергии, хранение и замена значительно усложняются.

Но это обстоятельство ни в коей мере не охлаждает пыл энтузиастов. Например, китайский производитель Nio, вознамерился добиться максимально высокой степени автоматизации. При этом говорят, что на некоторых обменных станциях (ОС) в Поднебесной уже есть полностью автономные системы для замены аккумулятора электромобиля. Хотя, с точки зрения водителя помимо продолжительности процедуры, как мы уже отмечали выше, не менее важна и ее доступность: и географическая, и ассортиментная – подменные батареи на ОС должны банально подходить его электромобилю.

Пионеры: исторические и современные модели со сменными батареями

Вы думаете, что описываемые технологии – проекции недалекого будущего? Нисколько. Когда на электромобилях впервые начали менять аккумуляторы, общество было заинтриговано сербским физиком по имени Никола, а «Тесла» в сознании продвинутого обывателя означало только фамилию, и уж никак не бренд. Не исключено, что и сам Никола Тесла иногда садился в электромобиль со съемной батареей. Это могло происходить в Нью-Йорке в конце 1890-х гг., где такие машины в конце XIX века трудились на ниве частного извоза в такси.

Сколько времени уходило на замену аккумулятора в «электричках» Columbia Automobile Company, неизвестно. Но проект был свернут, похоже, из-за других проблем. Историки техники отмечают, прежде всего, слишком умеренный запас хода транспортных средств в сочетании с высокой стоимостью содержания обширной сети зарядных и обменных станций.

Однако некогда предложенная идея не затерялась в призрачном безмолвии былого. Более чем столетие спустя она возродилась в новом качестве: в 2007 году израильская компания Better Place реанимировала концепцию замены, чтобы помочь вновь набирающей силы электромобильности добиться прорыва. Воодушевление горячих южных парней поддержала группа Renault-Nissan. Автопроизводитель адаптировал электрический вариант Renault Fluence, выпущенный в 2011 году, для быстрого снятия и установки аккумулятора. Замена литий-ионной батареи емкостью 22 кВт*ч в задней части автомобиля занимала три минуты.

Чего не хватило для глобального успеха? Оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать: достаточного спроса на электромобили. Всего по миру было продано около 400 000 электромобилей, и лишь небольшую часть из них составляли компактные седаны Renault. На таком жидком бульоне мощную структуру не заваришь. В итоге, в 2013 году Better Place подала заявление о банкротстве.

В 2015 году мир изменился сильнее, и электромобильность стала на один шаг ближе к обществу потребления. Но еще одна попытка увенчалась провалом из-за отсутствия спроса: Tesla представила обменные батареи на мероприятии «Battery Swap Event» и предложила вариант замены на тестовой основе в районе Сан-Франциско. Однако, как позже рыдал Илон Маск, немногие водители Tesla приняли это красивое предложение. Массовые отказы стали одной из главных причин, по которой самый успешный на данный момент производитель электромобилей полагается теперь только на концепцию быстрой зарядки.

Замена батареи в электромобилях: актуальные проекты, Nio, Renault и Ко.

Удивленный читатель спросит: почему же после стольких неудач мы снова возвращаемся к обсуждению данной темы? Ответ прост: пока инженерное братство тут в Европе и там в Америке ломало копья по поводу скорости зарядки и топливных элементов, в Китае обменная концепция успела получить довольно успешную реализацию. Специалист по электромобилям Nio уже эксплуатирует более 600 систем для быстрой замены аккумуляторов. Ожидается, что к 2025 году их число возрастет до 4000 и еще 1000 ОС Nio планирует открыть за пределами Поднебесной.

Представители компании утверждают, что время замены составляет около двух минут, по крайней мере, для последнего поколения их систем. Когда вся эта история только затевалась в 2020 году, Nio полагалась главным образом на ручную замену аккумулятора. С весны 2021 года степень автоматизации начала радикально увеличиваться

Среди актуальных моделей электромобилей марки наибольшую роль играет ES8. Nio уже предлагает этот кроссовер с аккумуляторной батареей на 75 кВт*ч или 100 кВт*ч в Норвегии, за которой спешат и другие европейские рынки. В скандинавской стране электромобилей по состоянию на весну 2022 г. существовала только одна обменная станция, но бизнес-модель, тем не мене, успешно развивается. С опцией «Baas» (Batterie as a Service – «Батарея как услуга») покупатели могут арендовать систему накопления энергии. Водители электромобилей Западной Европы и так или иначе причастные к их опыту россияне отчасти знакомы с ней по популярной «малолитражке» Renault Zoe: цена автомобиля снижается, но взимается ежемесячная плата за аренду аккумулятора.

На примере конкретных норвежских цифр имеем такой расклад: за Nio ES8 с арендованной батареей, независимо от емкости, покупатель должен выложить от 53 500 евро. Базовая цена с собственным аккумулятором находится в диапазоне от чуть менее 63 000 до почти 70 000 евро. Ежемесячная аренда батареи в Nio стоит 142 евро (75 кВт*ч) или немного больше 200 евро (100 кВт*ч), что существенно отличается от значительно более дешевой арендной модели Renault (около 72 евро). Но в эту сумму уже включено до шести замен аккумулятора в месяц.

Вполне возможно, что глядя на азиатского конкурента Renault расширит свою концепцию аренды, добавив в нее возможность замены аккумулятора. Бренд возродил эту технологию еще в 2020 году, проведя исследование Morphoz. Кроме того, генеральный директор Лука де Мео подтвердил серьезность подобных намерений в интервью Financial Times в 2021 году.

Но не за каждой декларацией непременно следует сеть обменных станций. У немецкого производителя электромобилей e.Go была концепция городского автомобиля e.Go Life. Пока неясно, включит ли новый голландский владелец бренда принцип e.Pit в свой ассортимент. Однако при времени замены в один час модель обмена e.Go будет не более привлекательной, чем быстрая зарядка, и, естественно, колоссально уступает подходу Nio.

Будущее сменных аккумуляторов в Европе

Независимо от выхода Nio на рынок, планов Renault или будущего стартапа в Аахене первая в Европе за пределами Скандинавии станция замены аккумуляторов для автомобилей уже работает. В рамках проекта германо-китайского сотрудничества «Infradianba» с конца 2021 года действует пункт обслуживания в Берлине. История, можно сказать, замкнула круг: как и в Нью-Йорке в конце 1890-х годов, проект ориентирован на такси. На службу в общественном транспорте отправили аккумуляторные электрические кроссоверы марки MG – традиционный британский бренд, как известно, теперь принадлежит крупнейшему автопроизводителю Китая компании SAIC.

Будет ли эта станция доступна для тех же Nio ES8 или вероятных продуктов Renault? Вернее, сможет ли она их обслуживать? Вопрос наиболее острый. Отраслевые эксперты считают мультибрендовую систему не очень перспективной. Инфраструктура подключения нуждается в высокой степени стандартизации, что, в свою очередь, лишит производителей некоторых уникальных преимуществ и, следовательно, прибыли.

С другой стороны необходимость наличия необъятного запаса различных типов аккумуляторов сделает систему обмена нерентабельной. И вообще поставит под сомнение ее жизнеспособность. Тем не менее, финансово сильные компании, безусловно, могли бы создать плотную сеть ОС. Не только за собственный счет, но и посредством франшизы с привлекательной ценовой моделью. Тут есть очень хороший потенциал, поскольку как свидетельствуют отчеты, в настоящее время на быстрой зарядке ее операторы ничего не зарабатывают.

Похоже, отталкиваясь во многом от этой логики, Nio и Shell – нефтяная компания, пока еще совсем не замеченная в батарейной электромобильности, но уже торжественно свалившая из России – заключили стратегическое партнерство. По планам открытие первых стандартизированных обменных станций должно произойти в конце 2022 г. – начале 2023 г. И знаете, где эти ОС расположатся? Догадаться нетрудно. Естественно на заправках фирменной сети. Ярко освещенные, привлекающие внимание АЗС ассоциируются у людей с короткими остановками и запасом энергии на следующие несколько сотен километров. Вот почему некоторые отраслевые эксперты видят в этом шансы на успех. Конечно, при условии, что Nio продаст достаточно «электричек», а впоследствии к ним присоединяться и машины других марок. В этом случае возрождение обменной модели вполне может состояться прямо у нас (точнее у «них») на глазах.