Сделано в России: как питерская компания САЭ создает аккумуляторы для отечественных электромобилей
В России растет парк современной техники для пассажирских перевозок. В столичной мэрии объявили о «самом большом» контракте на поставку электрического транспорта в Европе — закупке 1,2 тыс. электробусов до конца года. Сейчас на маршрутах в Москве работают более 1 тыс. единиц техники от группы ГАЗ и КАМАЗа, которые станут поставщиками и в этот раз. Санкт- Петербург сообщил о покупке 40 машин для первого в городе парка электробусов большого класса. Впереди, видимо, нас ожидает рост парка электробусов по всей стране. В Правительстве РФ на днях обнародовали программу модернизации городского электротранспорта, согласно которой автобусы будут заменять на электробусы. Уже точно в ней будут участвовать 13 городов. Среди них — Нижний Новгород, Ярославль, Курск, Краснодар, Саратов, Уфа, Пермь, Владивосток и другие.
Между тем и троллейбусы не собираются сдавать свои позиции. Наиболее жизнеспособным видится некий компромиссный вариант между классическим троллейбусом и электробусом. Речь идет о троллейбусе с автономным ходом, обычно составляющим от 20 до 50 км. По оценке САЭ в этом году таких машин будет произведено порядка 800 единиц.
Каждый троллейбус с автономным ходом оборудован тяговыми батареями энергоемкостью от 60 до 90 кВт·ч. Электробусные батареи «вмещают» в себя 220 кВт·ч (на электробусы для Санкт-Петербурга ставят батареи емкостью свыше 450 кВт·ч). В САЭ подсчитали, что объем рынка накопителей в пересчете на энергоемкость должен в этом году составить порядка 500 МВт·ч без учета электрификации легкого коммерческого транспорта. Внушительная цифра!
Причем накопители энергии российского производства занимают в этом сегменте 95 % доли рынка. Главный игрок здесь – молодая компания САЭ.
«Из сегмента электробусов мы китайских производителей начинаем выдавливать ценой в первую очередь. Другие наши козыри – это сервис и качество. Причем качество не только самого изделия, но и послепродажной поддержки», – говорит генеральный директор ООО «Системы Автономной Энергии» Антон Мухин.
Производство, расположенное в Санкт-Петербурге, занимается сборкой и тестированием батарейных систем с использованием покупных элементов и деталей собственного изготовления. «Аккумуляторные ячейки мы берем в Китае, планируем локализацию. Знаю, что если начнем делать здесь, то себестоимость вырастет. Моя задача сделать так, чтобы стало дороже на 10–15 % но не в 2 раза», – комментирует топ-менеджер САЭ.
В этом году уже выпущено 1500 аккумуляторов. Примечательно, что за три года штат компании вырос с 30 до 100 человек, треть из них – инженеры: схемотехники, конструкторы и программисты.
«С приходом в “Итэлму” мы серьезно выросли, – говорит Антон Мухин. – У нашей сравнительно небольшой группы огромные возможности по работе с автозаводами».
Например, Горьковский автозавод выбрал САЭ как единственного разработчика систем накопления энергии для «Газель e-City». Также среди постоянных заказчиков компания «ПК Транспортные системы», «Синара» и Уфимский трамвайно-троллейбусный завод.
ПО ГРЕЧЕСКОМУ АЛФАВИТУ
В линейке литий-ионных систем накопления энергии для электротранспорта предлагается три изделия, названных по буквам греческого алфавита.
Компактный блок «Сигма», габаритами 1362х756х135мм и массой 199 кг, вмещает 32 кВт·ч энергии и поддерживает быструю зарядку. Основной серийный продукт предлагается в качестве решения для электробусов, трамваев и троллейбусов с автономным ходом. Батарея по ширине адаптирована к крыше стандартного электробуса. А небольшая габаритная высота позволяет, при необходимости, внедрить этот элемент в основание низкопольной машины: перенос батарей с крыши под пол понизит центр тяжести электробуса. На уровне транспортных средств это еще не сделано, но техническая возможность есть, отмечают в САЭ.
Сверхкомпактный блок «Гамма» имеет габариты 880х680х135мм и весит 119 кг. Он вмещает 16 кВт·ч энергии и также поддерживает быструю зарядку. Решение разработано специально для троллейбусов с автономным ходом. У троллейбусных батарей – более жесткий режим эксплуатации в отличие от электробуса. Аккумуляторы «циклируются» ежедневно по 6–7 раз. Здесь нужен особый подход.
Новинка 2023 года – аккумуляторный блок «Дзета». При габаритах 2100х960х260 мм и массе в 398 кг, он может хранить в себе 73,3 кВт·ч энергии. Поддержка быстрой зарядки присутствует. Считается, что это идеальное решение для электробусов, трамваев и троллейбусов с автономным ходом.
«Ячейка в батарее “Дзета”, которую мы представили в декабре, – одна из самых легких в мире. Там уже ячейки используются 117 А·ч. Доступа к этим ячейкам нет на свободном рынке. Ее нельзя просто купить. Ее поставляют только автопроизводителям», – уточняет Антон Мухин.
САЭ использует литий-железо-фосфатные (LiFePO4) или литий-никель-марганец-кобальт-оксидный (NMC) ячейки. Причем форм-фактор изделия от этого не меняется. Различие будет только в характеристиках, а они зависят от техзадания заказчиков. В общественном транспорте лидирует электрохимия NMC. «Если говорить про электробусы, мы видим потребность в машинах с ночной зарядкой. Например, Санкт-Петербург будет заказывать именно такие», – объясняет Антон Мухин. Для ночной зарядки требуется более мощная батарея. Накопитель с ячейками LiFePO4 на 20–30 % тяжелее, чем NMC. «В пересчете на электробус мы имеем 1,5 тонны увеличения снаряженной массы. Это крайне не выгодно», – говорит эксперт.
Компетенциями в подборе элементов с САЭ охотно делятся в физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе. Здесь имеется мощная лабораторная база для проведения испытаний.
Наряду со стандартными продуктами САЭ предлагает решения под конкретного заказчика. Например, батареи для электромобилей. Так для АВТОВАЗа предлагается батарея, помещаемая на место топливного бака. Причем накопитель получился с достаточно серьезной характеристикой – 47 кВт·ч. Для сравнения: у Tesla Model 3 энерговооруженность батареи – 60 кВт·ч. Аналогичный проект реализуется с липецким производителем «Эволют». А еще САЭ разрабатывает «начинку» электрической гоночной машины по заказу компании «Спектрум».
На разработку и изготовление прототипа уходит четыре месяца, далее – процесс испытаний, подготовка технической документации и сертификация. А потом можно говорить и о серийном производстве. Аналогичная ситуация с тяговыми инверторами и преобразователями – новым направлением бизнеса «Систем Автономной Энергии».
УПРАВЛЯТЬ И МОНИТОРИТЬ
Важнейший элемент накопителя энергии – это система управления BMS (Battery Management System). Она защищает батарею от выхода из безопасной рабочей зоны, контролируя ее состояние, вычисляя вторичные данные, сообщая об этих данных, аутентифицируя и балансируя ее. Также система BMS позволяет нескольким аккумуляторам взаимодействовать между собой в единой системе.
Существенно, что компания САЭ использует в накопителях энергии собственный блок BMS. Инженеры компании разработали все элементы, включая корпус и начинку, а также написали собственное ПО – оно, кстати, занесено в Единый реестр российских программ для электронных систем.
Неотъемлемой частью BMS является система удаленного мониторинга. САЭ пока единственная компания на рынке, которая предлагает такое решение по автомобильным стандартам.
«Телематика очень востребована в общественном транспорте, – рассказывает Антон Мухин. – Например, в компаниях пристально следят, чтобы водители использовали батареи строго в соответствии с руководством по эксплуатации». Производитель, в свою очередь, также мониторит ситуацию по работе ячеек. Например, в Самаре один из троллейбусов ездил с перегревом аккумулятора – термодатчики показывали 35-40 ℃вместо обычных 25-30 ℃. САЭ отследили ситуацию и сообщили перевозчику. Выяснилось, что проблема была связана с неправильным подключением кондиционера.
Кстати, о температуре. Нагрев и охлаждение – это то, что обеспечивает длительный срок службы ячеек. К примеру, при изменении температурного режима всего на десять градусов в плюс или минус, срок службы батареи уменьшается в два, а то и в три раза. Отвод тепла – задача несложная, сложно изготовить радиатор, чтобы он был как можно легче и при этом не терял свою эффективность и надежность. В САЭ есть соответствующие решения на этот счет: применяется экструзия и современные виды сварки. Кстати, первый патент, полученный компанией, связан именно с системой охлаждения аккумуляторов.
Систему мониторинга BMS можно внедрить в единое решение по автомобилю. Такую возможность дает сервис от компании «Транстелематика», которая тоже входит в состав «Ителмы». Комплексное решение всегда выглядит более привлекательным для клиента, считают в САЭ.
Что еще почитать:
"Мы подвижные и юркие": что происходит с выпуском аккумуляторов для электромобилей в России.