Менші акумулятори та надшвидке заряджання: чи є це майбутнім електромобілів?
Майбутнє електромобіля залежить від розв’язання складної проблеми: зниження витрат на виробництво та споживання ресурсів без необхідності змушувати водіїв відмовлятися від універсальності, якої вони очікують від свого автомобіля. Акумулятори відіграють важливу роль у цьому завданні — як через свою вартість, так і через вагу, яку вони додають до загальної маси автомобіля. Зменшення їхнього розміру може стати одним із ключів до створення більш доступних електромобілів, хоча є одна умова, яку не варто ігнорувати.
Ця пропозиція змушує переглянути один із пріоритетів галузі, яка протягом багатьох років спрямовувала зусилля на створення все більших акумуляторів для забезпечення все більшої автономності. Замість того, щоб продовжувати цей шлях, Французьке агентство з екологічної трансформації (Ademe) пропонує зосередитися на легших транспортних засобах та менших акумуляторах. Проблема полягає у тому, що менша ємність означає меншу автономність, тому зарядка муситиме відігравати значно більшу роль.
Ідея на папері здається логічною. Менша батарея коштує дешевше, вимагає менше матеріалів та дозволяє зменшити вагу автомобіля. Вона також може допомогти знизити знос шин та навантаження на каркас. Однак переконати покупців відмовитися від частини запасу ходу буде нелегко, особливо коли ціни на електромобілі залишаються перешкодою для багатьох водіїв. Альтернативою може бути компенсація цієї меншої ємності значно швидшим заряджанням, але тут виникають нові технічні та економічні складнощі.
Менша батарея, яку можна зарядити за кілька хвилин
Щоб зрозуміти вплив зменшення розміру акумуляторів, достатньо звернути увагу на їхню вагу. Згідно з даними аналізу Ademe, пакет ємністю 60 кВт·год важить близько 340 кг, тоді як пакет ємністю 90 кВт·год сягає 510 кг. Ця різниця є значною для компонента, який впливає як на вартість, так і на ефективність транспортного засобу. Крім того, активні матеріали, які дозволяють зберігати енергію, становлять понад половину вуглецевого сліду акумулятора, дослідженого французьким органом. Виробництво елементів та алюмінію, який використовується в них, модулів та всієї конструкції також має значний вплив.
Що ж, чи погодиться покупець на акумулятор ємністю 30 кВт·год у компактному SUV, якщо це означатиме лише 200 кілометрів запасу ходу? Для багатьох водіїв така ємність може бути достатньою для щоденних поїздок, особливо якщо у них є домашній зарядний пристрій. Однак довгі поїздки все одно залишатимуться проблемою, якщо кожні півтора–два години доводитиметься зупинятися для зарядки та чекати півгодини або більше. Тому пропозиція полягає не лише у встановленні менших акумуляторів, а й у скороченні часу зупинок.
Швидке заряджання мало б стати інструментом, здатним компенсувати значну частину цієї втрати автономності. Замість транспортування великої кількості енергії, збереженої в підколесних батареях автомобіля, водій міг би звертатися до електромережі, коли йому потрібно було б відновити автономність. Таким чином, менша батарея могла б забезпечувати щоденні поїздки та зберігати розумну ефективність у дорозі, за умови належного розташування станцій заряджання та можливості надавати високу потужність безперервно.
Але існує важлива різниця між оголошенням про високу максимальну потужність заряджання та підтримкою її протягом значної частини сеансу. Деякі електромобілі досягають вражаючих показників на короткий час, але потужність знижується у міру зростання рівня заряду чи коли температура акумулятора є недостатньою. Щоб ця стратегія спрацювала, недостатньо досягти помітного піку потужності: необхідно підтримувати дуже швидке заряджання протягом достатньо довгого періоду часу.
Саме тут починаються складнощі. Невелика батарея, здатна вмістити від 300 до 400 кВт, має бути спроектована так, щоб витримувати дуже високий потік енергії без передчасного зносу та підвищення температури. Для цього потрібна відповідна хімія, сучасна потужна електроніка та система охолодження, здатна швидко виводити тепло. Деякі рішення, такі як пряме охолодження елементів батареї за допомогою рідин, досі використовуються переважно у автомобілях з високими характеристиками та преміум-моделях.
Увесь цей обладнання займає простір, додає вагу та підвищує вартість виробництва. Ця технологія може знайти застосування у дорогому сімейному SUV, але перенести її у недорогий міський автомобіль значно складніше. У невеликих автомобілях кожен кілограм та кожен сантиметр мають значення, і складна термічна система може зменшити економію, досягнуту завдяки зменшенню ємності акумулятора. Простіші рішення з охолодження, у свою чергу, можуть обмежувати потужність заряджання під час довгих поїздок.
Вартість мережі надшвидкого заряджання
Ідеальна ситуація, яку передбачає ця стратегія, — це електромобіль із акумулятором ємністю близько 50 кВт·год, який має реальний запас ходу близько 250 км на автомагістралі. Для повсякденних поїздок цього цілком достатньо. Для подорожей ультраЩільні зарядні станції дозволять відновити необхідну кількість енергії під час коротких зупинок. Таким чином, промисловість зможе зменшити розмір акумуляторів, не змушуючи водіїв обов’язково миритися з значно обмеженішими умовами використання.
Аналіз, опублікований у Франції, свідчить про те, що станція з пів дюжини точок швидкої зарядки високої потужності може досягати мільйона євро до сплати податків, якщо врахувати вартість електропідключення. Інвестиції можуть зрости, якщо місце розташування не має належного підключення, і доводиться встановлювати спеціальний трансформатор. До цього додаються витрати на технічне обслуговування та витрати, пов’язані з орендованою потужністю, які можуть бути особливо високими у пристроях, розроблених для одночасного обслуговування кількох автомобілів.
Проблема полягає у тому, що ця інфраструктура має бути економічно доцільною. Якщо на станції буде недостатня кількість користувачів, повернення інвестицій стане складним. А якщо витрати на будівництво та експлуатацію високі, оператори змушені будуть знаходити способи перекласти їх на клієнтів. У такому випадку економія, яка досягається завдяки купівлі електромобіля з меншою батареєю, може зменшитися через витрати на кожне підзаряджання, особливо під час довгих поїздок та у точках з високою потужністю постійного струму.
Пропозиція Ademe тому запускає дискусію, яка виходить за межі простої оцінки ємності акумуляторів. Виробництво легших та доступніших електромобілів може стати хорошим способом зменшення використання матеріалів та сприяння їхньому поширенню серед більшої кількості водіїв. Однак не здається доцільним вважати, що мережа надшвидкої зарядки зможе просто так замінити акумулятори великої ємності. Щоб ця заміна була вигідною, необхідно збалансувати ціну автомобіля, його реальний запас ходу, швидкість заряджання та витрати на інфраструктуру.
У підсумку майбутнє не обов’язково має бути розділеним між електромобілями з величезними акумуляторами та моделями з надто обмеженими можливостями. Ключем буде знаходження проміжного варіанту, який дозволить знизити витрати, не перетворюючи кожну довгу поїздку на муки через тривале очікування на кожній зупинці, а також надасть можливість мати автомобілі, здатні задовольняти наші повсякденні потреби, проте дозволяти подорожувати без необхідності використовувати сотні кВт·год енергії.