Привлекательность использования электромобилей (EV) для перевозок основана как на грамотной рекламе, так и на весомых фактах. За последнее десятилетие электромобили претерпели довольно быструю трансформацию. Инвестиции отрасли, исследования и разработки, а также креативный маркетинг превратили их из инженерного курьеза в потенциального экологического лидера и, возможно, разумный выбор потребителя. 

Некоторые вопросы развития в сфере электромобилей мы уже обсуждали в блоге за март 2023 года, который можно прочитать на этом сайте. Тем не менее факт остаётся фактом: благодаря работе талантливых инженеров электромобили обладают множеством преимуществ, включая снижение спроса на нефть, уменьшение загрязнения воздуха и снижение затрат на обслуживание транспортных средств. Но вопрос в том, действительно ли потенциальные покупатели верят в обещания продавцов электромобилей, а если нет — что нужно сделать инженерам, чтобы быстрее сдвинуть продажи с мёртвой точки? 

Ситуация со спросом

Недавний интерес к электрификации транспорта был вызван несколькими факторами, включая рост розничных цен на топливо, повышенное внимание к выбросам двигателей внутреннего сгорания (ДВС), региональные и государственные нормативы, направленные на постепенный отказ от автомобилей с ДВС, а также государственные субсидии на покупку электромобилей потребителями. Это привело к резкому росту числа новых производителей и моделей электромобилей. По данным Kelly Blue Book, в 2023 году на рынок вышло около 33 новых моделей электромобилей, а в 2024 году ожидается ещё 50 новых или обновлённых моделей.

Инженерное сообщество в сфере электромобилей также отреагировало, сосредоточив ресурсы на совершенствовании технологий электромобилей. Однако рост числа решений потребителей о покупке электромобилей остаётся относительно медленным по ряду причин. Основные из них сводятся к цене и запасу хода. 

Что нужно изменить

Согласно недавнему опросу Cox Automotive, доступность электромобилей по цене является главной причиной колебаний потребителей при покупке электромобиля. По данным Cox, в мае 2023 года средняя цена нового автомобиля с ДВС составляла 48 528 долларов, тогда как сопоставимый новый электромобиль стоил 55 488 долларов, то есть на 14% дороже.   

Хотя цены на электромобили демонстрируют тенденцию к снижению, давление в пользу отмены государственных субсидий на покупку замедлит привлекательность этой тенденции. История подсказывает нам, что ценообразование на автомобили — это скорее производственная, чем инженерная проблема, однако эффективность производства часто определяется инженерными решениями, способствующими эффективному производству. Само собой разумеется, что усиление конкуренции со стороны всех новых моделей электромобилей также может помочь смягчить эту проблему.

Проблема запаса хода

Ещё одной проблемой потребителей является запас хода электромобиля, то есть среднее расстояние, которое можно проехать на одной полной зарядке. По данным Министерства энергетики США, медианный запас хода автомобилей с ДВС в 2021 году составлял 413 миль. Медианный запас хода электромобилей на одной зарядке составлял 217 миль. Эта разница в запасе хода во многом обусловлена современным уровнем развития аккумуляторных технологий, но потребителю также следует учитывать нынешнюю нехватку широкой инфраструктуры зарядки электромобилей как в США, так и за их пределами. 

Эта разница в потенциальном пробеге электромобилей по сравнению с автомобилями с ДВС вызывает у потребителей «тревогу по поводу запаса хода», которая связана как с завышенными прогнозами запаса хода со стороны производителей, так и с другими инженерными факторами, снижающими запас хода. К этим дополнительным факторам относятся снижение производительности аккумулятора в холодную погоду, деградация ёмкости заряда по мере старения аккумулятора, а также влияние различных стилей вождения и типов местности. 

Как можно предположить, решение каждой из этих проблем с запасом хода зависит от сочетания творческого инженерного подхода, новых технологий и расширенной сети зарядных станций.   

Развитие аккумуляторных технологий

Проблемы запаса хода подводят нас к запросу потребителей на улучшение аккумуляторных технологий. Химические составы перезаряжаемых аккумуляторов прошли долгий путь развития с момента появления первых никель-кадмиевых (NiCAD) конструкций и сейчас выходят за рамки нынешних литий-ионных решений. С учётом задачи увеличения запаса хода и сокращения времени зарядки в настоящее время исследуется множество перспективных технологий. Среди них — цинк-воздушные, литий-воздушные, литий-серные аккумуляторы, литий-никель-кобальт-марганцевые, литий-железо-фосфатные, натрий-ионные и твердотельные конструкции. Хотя активность разработок значительно возросла, для превращения аккумуляторных технологий в производимые решения потребуется время инженерной работы и финансовые вложения.

Тем не менее захватывающие разработки в области новых конструкций аккумуляторов и обещанная ими способность обеспечить увеличенный запас хода и сокращённое время зарядки ежедневно становятся новостями. Недавнее заявление Toyota о новых достижениях в области твердотельных аккумуляторов включает прогноз запаса хода свыше 700 миль на одной зарядке. Однако проблема продаж электромобилей заключается в том, что, хотя эти обещания могут воплотиться в будущих моделях, характеристики электромобилей, имеющихся в наличии у дилеров сейчас, всё ещё несколько разочаровывают. Стратегия потребителей, судя по всему, заключается в выжидании.

Нехватка зарядной инфраструктуры

Тесно связана с необходимостью совершенствования аккумуляторных технологий и одновременная потребность в увеличении числа доступных зарядных станций, а также в усовершенствованных зарядных технологиях , позволяющих сократить время зарядки автомобиля. Тревога потребителей по поводу запаса хода обусловлена запасом хода аккумулятора на одной зарядке, расстоянием между доступными зарядными станциями и временем зарядки. И хотя частные домашние зарядные станции являются одним из факторов общей зарядной среды, они не устраняют тревогу по поводу запаса хода, когда автомобиль отправляется в дальнюю поездку. 

Согласно недавнему отчёту Министерства энергетики США, в настоящее время в США насчитывается около 105 000 публичных зарядных портов для электромобилей (как обычных, так и быстрой зарядки), не относящихся исключительно к сети Tesla. Более 28% этих портов расположены в Калифорнии. Для сравнения, по оценке Американского института нефти, в стране насчитывается 145 000 доступных общественных автозаправочных станций, при этом на каждой станции обычно имеется множество колонок, заправка на которых занимает всего несколько минут. 

Хотя разработка технологии быстрой зарядки является инженерной задачей, установка дополнительных зарядных точек — это финансовая проблема и проблема стандартизации. Финансирование, будучи как частным, так и государственным вопросом, не входит в рамки данного обсуждения. 

Стандартизация зарядных технологий, оборудования и сетей продвигается медленно. В настоящее время Министерство энергетики США перечисляет 32 различные зарядные сети. Упрощение как оборудования, так и сетей может стать значительной частью решения проблемы запаса хода.    

Дополнительные факторы

В рамках данного обсуждения мы затронули основные вопросы, препятствующие более быстрому росту продаж электромобилей среди потребителей. Но, как вам, возможно, известно, существуют и другие факторы, которые также играют роль. Значимость каждого из них для конечного потребителя электромобилей может быть спорной. Однако в совокупности они подчёркивают множество разнообразных направлений, в которых электромобили должны совершенствоваться, прежде чем можно будет говорить о более широком признании потребителей. Некоторые из этих дополнительных вопросов включают:    

• Высокие расходы на ремонт, особенно на замену или ремонт аккумулятора
• Первоначальную стоимость оборудования для домашней зарядки
• Расходы на электроэнергию для зарядки 
• Экологические опасения, связанные с химическим составом аккумуляторов 
• Безопасное получение важнейших для аккумуляторов минералов 
• Переработку аккумуляторов и автомобилей
• Перегрев аккумулятора
• Стоимость перепродажи электромобиля
• Государственные сборы, компенсирующие налог на бензин

Заключение

Электромобили остаются жизнеспособным и привлекательным вариантом решения сохраняющихся проблем, связанных с использованием двигателей внутреннего сгорания для перевозок. Однако для увеличения потребительских продаж электромобилей потребуется, среди прочего, уделить внимание «большой четвёрке» вопросов, чтобы повысить готовность широкой публики покупать и использовать электромобили:  

• Снижение закупочной цены
• Увеличение запаса хода на одной зарядке аккумулятора
• Сокращение времени зарядки аккумулятора
• Увеличение доступности общественных зарядных станций

Если вы участвуете в инженерной разработке электромобилей и необходимой для них сети поддержки, или если вы разрабатываете продукцию для этого рынка, вы осознаёте как потенциал рынка, так и объём предстоящей серьёзной работы. 

Наши друзья из CircuitBread.com предлагают отличные обучающие материалы по основам силовой электроники , которые помогут вам продвинуться в собственных поисках усовершенствований технологии электромобилей. На сайте также представлены дополнительные материалы по технологии электромобилей, которые можно найти здесь: Что необходимо для расширения признания электромобилей? Как всегда, творческий инженерный подход остаётся элегантным и эффективным решением.