Автор Винсент Янг, основатель, председатель совета директоров и генеральный директор компании ProLogium , обладает почти 30-летним опытом работы в области аккумуляторных батарей и энергетических систем нового поколения.
Китай доказал, что один из путей к успеху в сфере электромобилей работает. Но это не обязательно должен быть единственный путь, пишет Янг на Форбс.
За последнее десятилетие правительства и предприятия по всему миру инвестировали сотни миллиардов долларов в переход к электромобильности. Эти усилия поднимают важный вопрос:
Уже более десяти лет мы проектируем электромобили, исходя из реальных потребностей автомобилей или из возможностей современных литий-ионных батарей?
Это различие приводит к двум принципиально разным вариантам будущего.
Современные электромобили были разработаны с учетом ограничений, связанных с емкостью батарей.
Современные литий-ионные батареи никогда не предназначались для автомобилей.
Их первыми крупномасштабными коммерческими применениями стали бытовая электроника — устройства, работающие в условиях принципиально иных требований.
Электромобиль потребляет от десятков до более чем 100 киловатт-часов энергии и должен надежно работать в условиях суровых зим, палящего лета, дальних поездок и многолетней ежедневной эксплуатации.
Ожидание 30 минут для зарядки телефона редко вызывает беспокойство. Однако ожидание такой же длительной зарядки автомобиля коренным образом меняет опыт владения и экономику зарядной инфраструктуры.
Китай доказал эффективность одной из своих моделей, но это не значит, что она должна быть единственной.
Компания Tesla и китайская индустрия электромобилей изменили глобальный автомобильный ландшафт.
Китай, используя свою производственную экосистему, цепочку поставок аккумуляторов, быструю итерацию разработки продукции, вертикальную интеграцию и конкурентоспособный внутренний рынок, создал индустрию электромобилей, напоминающую сектор потребительской электроники.
Однако проблема заключается в том, что как только модель оказывается успешной, остальной мир часто ошибочно принимает её за единственно возможную модель.
Производители в Европе, США и Японии все чаще следуют одной и той же траектории: более крупные батареи, увеличенный заявленный запас хода, более высокое напряжение зарядки, более глубокая интеграция автомобильных батарей и циклы разработки продукции все больше напоминают циклы разработки смартфонов, а не автомобилей.
Однако эти регионы завоевали свое лидерство в автомобильной отрасли благодаря различным преимуществам: безопасности, динамике вождения, долговечности, надежности, удобству обслуживания, развитым сетям технического обслуживания, устоявшейся экосистеме запчастей и высокой остаточной стоимости автомобилей.
Это не второстепенные характеристики. Они определяют, что такое автомобиль. Вопрос не в том, сможет ли мир повторить путь Китая, а в том, стоит ли это делать.
Возвращение к основополагающим принципам автомобильного дизайна
Отличный автомобиль с бензиновым двигателем определяется не наличием самого большого в мире топливного бака. В автомобильной инженерии всегда ставилась задача оптимизации сбалансированной системы с учетом запаса хода, быстрой заправки, малого веса, эффективности, безопасности и надежности.
Однако современные электромобили следуют другой логике.
Потребителей беспокоит запас хода, поэтому производители увеличивают емкость аккумуляторов. Более крупные батареи увеличивают вес автомобилей, что требует еще больших батарей для поддержания того же запаса хода. Для сокращения времени зарядки повышается напряжение системы, что создает дополнительные проблемы с точки зрения тепловых характеристик и безопасности.
Чтобы максимально эффективно использовать доступное пространство, производители все чаще интегрируют аккумуляторные элементы непосредственно в блок или шасси автомобиля. Каждое из этих нововведений представляет собой впечатляющее инженерное решение. Однако вместе они раскрывают более фундаментальную реальность: мы перепроектировали автомобиль, учитывая ограничения его батарей.
Пришло время изменить эти отношения.
Электромобили следующего поколения должны адаптировать батареи к автомобилям, а не автомобили к батареям.
Вместо того чтобы спрашивать, на что способны современные литий-ионные батареи, мы начнем с другого вопроса:
Как должна выглядеть идеальная силовая установка для автомобиля?
Во-первых, пополнение запасов энергии должно быть таким же быстрым и удобным, как заправка обычного автомобиля.
В будущем батареи должны выдерживать чрезвычайно высокую мощность зарядки без необходимости чрезмерных инвестиций в инфраструктуру. Быстрая зарядка — это не просто удобство для клиента. Она определяет, сколько автомобилей может обслужить зарядная станция за час, влияя на экономику зарядных сетей.
Увеличение оборота повышает прибыльность и стимулирует дальнейшие инвестиции. Более плотная сеть зарядных станций снижает тревожность потребителей, поскольку доступ к энергии становится проще.
Проблема предсказуемости
Водители автомобилей с бензиновыми двигателями доверяют прогнозируемым показателям запаса хода.
Для владельцев электромобилей неопределенность может иметь большее значение, чем официальные данные о запасе хода. Характеристики меняются в зависимости от погоды, скорости движения по трассе, наличия кондиционера и других условий эксплуатации.
Аккумуляторы следующего поколения должны обеспечивать стабильную и предсказуемую работу в различных климатических условиях и сценариях вождения.
Когда водители могут стабильно рассчитывать на высокую производительность и быстро и удобно пополнять запасы энергии, им больше не нужно возить с собой избыточный запас заряда батареи «на всякий случай».
Это объясняет, почему современные электромобили по-прежнему используют большие аккумуляторные батареи.
В условиях, когда зарядка остается медленнее, менее удобной и менее предсказуемой, чем заправка топливом, транспортным средствам приходится иметь при себе дополнительную энергию просто потому, что водители не всегда могут рассчитывать на легкий доступ к следующей зарядке.
Задача становится еще сложнее, когда автопроизводители пытаются уменьшить размер батареи, сохраняя при этом запас хода. Это требует более высокой плотности энергии, что часто приводит к переходу на химический состав обычных литий-ионных батарей, например, на высокоэнергетические NMC-батареи, — что влечет за собой более серьезные проблемы с тепловым режимом и безопасностью.
Маленькие батареи, большое будущее
Вывод, который сегодня может показаться нелогичным:
В лучших электромобилях будущего, возможно, будут использоваться батареи меньшей емкости, а не большей.
Однако уменьшение размеров батарей — это не просто конструктивное решение автомобиля. Для этого необходимы более совершенные аккумуляторные технологии.
Только когда батареи смогут одновременно обеспечивать высокую плотность энергии, сверхбыструю зарядку, стабильную работу в широком диапазоне условий эксплуатации и, по сути, большую безопасность, автопроизводители смогут снизить емкость батарей без ущерба для качества вождения.
Меньшие по размеру батареи означают меньший вес, более высокую энергоэффективность, лучшую управляемость и более короткий тормозной путь. Они также уменьшают необходимость постоянной интеграции батарей в автомобиль просто для максимизации объемной эффективности, что позволяет сделать батарею более ремонтопригодной, заменяемой и перерабатываемой силовой установкой.
Даже после многих лет эксплуатации автомобиль может сохранять приемлемую остаточную стоимость.
Переосмысление силовой установки
Аккумулятор является ядром силовой установки электромобиля. Он определяет вес автомобиля, стоимость, безопасность, скорость зарядки, запас хода, характеристики при низких температурах, конструкцию шасси, систему терморегулирования, экономику инфраструктуры, стратегии технического обслуживания и остаточную стоимость.
Таким образом, следующий этап конкуренции уже не сводится к тому, кто сможет производить более дешевые батареи или разместить больше батарей в транспортном средстве.
Главный вопрос: кто сможет перепроектировать силовую установку таким образом, чтобы автомобилям больше не приходилось идти на такие многочисленные компромиссы в отношении батареи?
Следующая эра электромобилей начинается не с перепроектирования автомобиля, а с перепроектирования батареи. Настоящим прорывом может стать электромобиль, который будет легче, безопаснее, проще в использовании, легче в подзарядке, проще в обслуживании и, в конечном итоге, будет вести себя больше как настоящий автомобиль.