Революция в области электромобилей (EV) ускоряется, но без необходимой инфраструктуры и технологий она не может зайти слишком далеко. По мере того, как мышление переходит от ископаемого топлива к полностью электрическому, появляются образы более яркого и оптимистичного мира. Обещание правительства Великобритании запретить продажу всех новых неэлектрических автомобилей, включая бензиновые, дизельные и гибридные автомобили, с 2035 года подчеркивает стремление страны к 2050 году положить конец вкладу страны в изменение климата.Если цель к 2035 году будет достигнута, мы все увидим эволюцию в транспорте и мобильности, которые заставляют нашу жизнь двигаться. От использования сверхбыстрой беспроводной зарядки до поддержки развивающихся стран путем перепрофилирования автомобильных аккумуляторов, WMG из Университета Уорвика предлагает достижения в области знаний и технологий в области электрификации, которые позволят совершить скачок в будущее электромобилей. Итак, на данный момент и в ближайшем будущем, что нам нужно учитывать?

Аккумуляторы становятся лучше

 

Спрос на электромобили в Великобритании растет, и в период с 2013 по 2018 год число зарегистрированных автомобилей с подключаемым модулем увеличилось более чем на 160 000. Учитывая, что к 2025 году стоимость отрасли электрификации оценивается в более чем 6 млрд фунтов стерлингов (7,8 млрд долларов США), следующее десятилетие представляет собой огромный возможность. Тем не менее, электромобили останутся на окраине мейнстрима до тех пор, пока потребителям не будет предложено что-то, что соответствует модели удобства использования, удобства и доступности, которую сегодня предлагают обычные автомобили, по словам профессора Дэвида Гринвуда. Он продвигает финансируемый Великобританией проект «Мультиоптимальные решения для систем хранения энергии» (MoSESS) стоимостью 2 млн фунтов стерлингов в консорциуме, возглавляемом McLaren Automotive и включающем партнера по проекту A123 Systems, чтобы уменьшить размер, вес и выбросы существующих электромобилей.

Видение состоит в том, чтобы улучшить все аспекты производительности и надежности и открыть возможность производства аккумуляторного решения, которое соответствует характеристикам обычных бензиновых и дизельных автомобилей, оправдывая ожидания потребителей, способствуя внедрению гибридного и электрического транспорта и поддерживая правительственную инициативу. Стратегия «Дорога к нулю», направленная на то, чтобы к 2050 году автомобильный транспорт стал безотходным. «Причина, по которой люди сегодня не покупают электромобили, заключается в том, что они слишком дороги, широко распространен скептицизм в отношении ассортимента аккумуляторов и, следовательно, актуальные вопросы, связанные с регулярность и надежность точек зарядки. Текущие лучшие в своем классе технологии способны удовлетворить потребности небольшого процента пользователей, и необходимость планирования эффективной инфраструктуры зарядки аккумуляторов является ключевой», — объясняет Гринвуд.

Современные технологии приводят к большим батареям электромобилей с длительным временем зарядки. Даже лучшая в своем классе плотность энергии означает, что батарея должна быть сравнительно большой, чтобы обеспечить желаемую электрическую дальность действия. Поскольку они большие, они также тяжелые, а это означает, что транспортное средство потребляет больше энергии в пути. Затем, по соображениям безопасности, доступные в настоящее время тяговые батареи должны иметь высокий уровень сложности. Так что в целом у вас есть тяжелая, неэффективная, громоздкая часть. Хотя эффективность, удобство и уверенность являются жизненно важными факторами для потребителей, стоимость также остается на первом месте в процессе принятия решений для потенциальных пользователей электромобилей. Участие WMG в проекте Nextrode, финансируемом Институтом Фарадея, решает эту проблему. В рамках проекта исследуются способы изготовления электродов для литий-ионных аккумуляторов. Используя современное оборудование WMG для масштабирования аккумуляторов и предстоящее производство UKBIC, проект позволяет WMG моделировать и оптимизировать способы снижения стоимости производства электродов, увеличения их емкости для хранения энергии и сокращения времени, необходимого для получения на рынок.

Взаимосвязь между зарядной инфраструктурой и производством аккумуляторов является ключевой, особенно если рассматривать ее в связи с типичным поведением и схемами передвижения потребителей. 98% поездок составляют менее 50 миль, поэтому ношение аккумулятора, способного проехать 300 миль в таких коротких поездках, несколько противодействует усилиям по повышению эффективности и удобства использования для потребителей. Подобные соображения показывают важность надежной инфраструктуры зарядки аккумуляторов и подчеркивают, что технология должна реагировать на образ жизни и привычки потребителей, если она хочет быть успешной в массовом масштабе. Профессор Гринвуд добавил: «При наличии надежной, доступной и повсеместной сети быстрой зарядки аккумуляторы для легковых автомобилей могут уменьшиться в размерах и стоимости до уровня, который обеспечит около 150 миль реальной дальности действия, вдвое сократив стоимость самого дорогого компонента в аккумуляторе. средство передвижения.»

Развитие сети: правильная сила в нужном месте

Хотя электромобили уже некоторое время присутствуют на рынке, массового распространения технологии не произошло. Опасения по поводу зарядки между поездками, а также беспокойство по поводу запаса хода являются ключевыми препятствиями для покупки электромобиля. Профессор Ричард МакМахон из WMG объясняет: «Многие покупатели, которые рано перешли на электромобили, вероятно, будут покупать электромобиль одновременно с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания для дальних поездок. Однако по мере того, как электромобили становятся все более распространенными, водители захотят путешествовать на большие расстояния, поэтому, вероятно, потребуется больше возможностей для зарядки в общественных местах. Зарядка на автомагистралях и вдоль основных дорог, безусловно, позволяет путешествовать на большие расстояния. Нагнетатели Tesla — один из примеров; BP и National Grid, среди прочих, также присматриваются к центрам быстрой зарядки. Также разрабатываются решения для зарядки на улице».

Компания-стартап char.gy разработала технологию, позволяющую водителям просто подключить свой автомобиль к фонарному столбу. Компания создала новую точку зарядки электромобилей, которую можно легко установить на существующие фонарные столбы. Установка не требует дополнительного источника питания или каких-либо фундаментных работ. WMG помогла char.gy быстро спроектировать, построить и протестировать прототип новой платы электроники, необходимой для того, чтобы конструкция соответствовала стандартам ЕС для общественных точек зарядки. Пункты зарядки теперь готовы для публичного использования в Лондоне после интеграции char.gy в систему закупок инфраструктуры зарядки для Лондона (TfL) в 2018 году, которая поддерживает развертывание электромобилей, стремясь установить более 1000 точек зарядки на улицах. конец 2020 года.

Помогать отдельным владельцам транспортных средств заряжать их автомобили — это одно, но на самом деле необходимо придумать новые решения для парков транспортных средств в наших городах, у которых нет времени останавливаться. Электрические такси ползут в обращение, но беспокойство, связанное с зарядкой, все еще существует. Достаточно ли точек зарядки для достаточного количества водителей в данном городе и достаточно ли долго работает батарея электромобиля, чтобы выполнять достаточно работы между зарядками? Водители не могут позволить себе оставаться на месте в течение длительного периода времени, пока они заряжаются, а жители крупных городов ожидают, что на дорогах будет достаточно автомобилей, чтобы в любой момент можно было поймать такси.

Точно так же автомобили скорой помощи по-прежнему преимущественно дизельные, и если парк электрифицирован, он должен будет гарантировать эквивалентный уровень обслуживания. Было бы немыслимо, чтобы автомобиль аварийно-спасательных служб ждал, чтобы зарядить аккумулятор. Вот тут-то и появляется идея беспроводной зарядки или «зарядки на ходу». МакМахон комментирует: «Концепция «зарядки на ходу» в принципе действительно привлекательна, но предстоит еще много работы, чтобы обеспечить совместимость и разработать процедуры установки. ». WMG и более широкие партнеры по проекту в настоящее время работают над технико-экономическим обоснованием для оценки потенциала беспроводной зарядки электрических такси. Затем консорциум может подать заявку на дальнейшее финансирование Innovate UK для крупномасштабного коммерческого демонстрационного проекта для тестирования технологии и подхода в Ноттингеме и Лондоне.

Укрепление электросети Великобритании

Однако после того, как технология будет усовершенствована, ее следует использовать эффективно, а для этого требуется распределительная сеть, способная справиться с высокими уровнями зарядки электромобилей в различных районах и местах. По-настоящему устойчивой системой была бы та, в которой можно было бы перепрофилировать избыточную емкость для хранения энергии. Эту идею изучает другая исследовательская группа WMG, изучающая возможность доступа к энергии, хранящейся в электромобилях, когда они не используются. Эта концепция «автомобиль-сеть» (V2G) может устранить дисбаланс, продвигая идею ландшафта энергетического подключения. Руководитель проекта профессор Джеймс Марко считает, что подключение электромобилей к сети станет хорошим решением для устранения пробелов в пропускной способности, а подобные проекты моделирования помогают продемонстрировать преимущества системы. Он говорит: «Мы используем реальные данные для демонстрации V2G. Это не только помогает укрепить доверие к технологии, но и дает бесценный опыт, который будет использован для достижения конечной цели — сделать V2G признанным компонентом сети. Благодаря правильному управлению системой аккумуляторов можно смягчить деградацию аккумулятора с помощью V2G и, возможно, даже продлить срок его службы».

Преимущества зарядных станций для электромобилей:

• Электрозаправки открывают широкие возможности перед автолюбителями. Транспортное средство, работающее на электричестве, позволяет существенно экономить на топливе. К тому же электрокары издают меньше шума и более экологичны.
• Современные электромобили обычно имеют запах хода 150-300 км на одном заряде. Некоторые модели могут проезжать до 500 км. В городских условиях этого достаточно, в особенности если есть большое количество точек для подзарядки.
• Поскольку число станций для дозаправки электромобилей постоянно увеличивается, проблема с пополнением батареи постепенно уходит в прошлое. Поэтому электрозаправочные станции обладают массой преимуществ и существенно упрощают использование электрического автомобиля.
• Вдобавок существуют не только коммерческие станции, предназначенные для общего использования, но и персональные зарядные аппараты, которые можно установить даже в собственном доме. Скорость пополнения заряда аккумулятора может быть медленнее, однако такой вариант может быть более выгодным, если стоимость электроэнергии в регионе невысокая.

После того, как батарея электромобиля достигает ожидаемого срока службы от восьми до 12 лет, и хотя производитель несет ответственность за переработку упаковки и должен оплачивать расходы, связанные с транспортировкой и переработкой, он становится конечным владельцем (обычно авторизованным центром обработки или склад металлолома), который определяет, что следует делать с упаковкой. Они могут продать его для повторного использования или сдать на переработку.

Тем не менее, батареи часто сохраняют до 80% своей энергоемкости и мощности по истечении этого срока службы автомобиля, а это означает, что они могут быть пригодны для приложений «второй жизни», таких как стационарные накопители энергии для бытового и промышленного использования. Непосредственные приоритеты снижения затрат и оптимизации производственных процессов привели к созданию аккумуляторных батарей, которые все труднее использовать повторно или перерабатывать в конце срока службы в автомобиле. Анвар Саттар, ведущий инженер по переработке аккумуляторов в WMG, отмечает: «Многие аккумуляторные блоки, находящиеся в настоящее время на дорогах, не были разработаны с учетом окончания срока службы (EoL). Наиболее важными соображениями для разработчиков упаковки являются стоимость, плотность энергии, безопасность и простота производства. Это означает, что некоторые аккумуляторные блоки будут иметь очень низкую способность к вторичной переработке, поскольку они содержат большое количество материала, такого как клей, который затрудняет их разборку и переработку. Еще одной серьезной проблемой является отсутствие стандартизации конструкции аккумуляторных батарей. Это затрудняет снятие упаковки, так как это зависит от автомобиля».

Скажем так, ведется работа по решению этой проблемы. WMG работает с двумя глобальными поставщиками автомобильной техники, уделяя особое внимание тому, как они могут повторно использовать и более эффективно перерабатывать свои аккумуляторы. Во-первых, разработка точных и экономически эффективных процессов классификации аккумуляторов, а во-вторых, помощь в внедрении инноваций в технологии аккумуляторов, которые поддерживают развивающиеся страны и изолированные сообщества.
По большей части общественность поддерживает электромобили, но до тех пор, пока они не будут соответствовать пороговым требованиям по запасу хода, возможности перезарядки и доступности для отдельных пользователей, они останутся вне досягаемости. Великая наука и надежная инженерия могут и со временем решат эти проблемы. WMG работает над тем, чтобы это стало делом нескольких лет, а не десятилетий.