В 2020 году в пыльной мастерской в Бопале трое друзей — Акаш Гупта, Абхинав Рой и Анкит Джоши — пытались создать электрический грузовик для доставки на последней миле. Однако по мере работы над грузовиком возникла проблема, затмевающая все остальные аспекты. Коммерческий транспорт приносит доход, пока движется; дизельный грузовик может заправиться за считанные минуты, тогда как электрический может требовать час или больше для зарядки. Кроме того, существовали вопросы о запасе хода, сроке службы батареи и безопасности. Все эти вопросы сводились к одному компоненту.
Акаш вспоминает, как задавался вопросом: «Если заправка занимает 10–15 минут, почему зарядка грузовика требует один-два часа?» Изначально они выполняли большую часть работ самостоятельно: Анкит занимался всей проводкой, Абхинав писал код, а Акаш проводил сварку первых прототипов.
Когда к ним присоединилось еще семь человек, они переехали в подвал и выкрасили пол, чтобы рабочее место стало чище. К тому моменту стало очевидно, что для практического грузовика им нужна батарея, способная быстро заряжаться, служить годами и оставаться безопасной, не делая при этом транспортное средство слишком дорогим. Поэтому они прекратили попытки собрать весь грузовик и сосредоточились на том, что считали самой сложной проблемой внутри него.
Начало было положено на гоночных автомобилях, собранных в колледже
Решение о совместной работе в 2020 году было результатом многолетних размышлений. Акаш и Абхинав познакомились в IIT-BHU в 2013 году, где Акаш руководил автомобильным клубом, а Абхинав — аэромоделированием. Их время вне занятий было посвящено гоночным автомобилям, дронам и радиоуправляемым самолетам.
Акаш отмечает: «Мы собирали много гоночных автомобилей в колледже, и именно там мы начали работать руками. Так мы заинтересовались созданием продуктов и каким-то образом к этому пристрастились». Позже к ним присоединился Анкит, еще один энтузиаст автомобилестроения, имевший опыт работы с технологиями электрических силовых установок. Хотя в колледже они уже задумывались о создании компании, они понимали, что для бизнеса в сфере аппаратного обеспечения потребуется больше, чем просто энтузиазм. После окончания учебы они потратили несколько лет на обучение в других местах.
Акаш работал в JSW Group над проектом по электрическому автомобилю, получив опыт в бизнесе электромобилей. Абхинав работал в области робототехники и автомобильных технологий. Анкит продолжил обучение, прежде чем решил, что создание продуктов ему интереснее, чем продолжение аспирантуры. К 2020 году их пути снова пересеклись. Проект Акаша по электромобилям в JSW был приостановлен, а пандемия прервала часть научно-исследовательской работы, в которой участвовал Абхинав. Трое решили вернуться к идее, которую они несли с колледжа, но уже на полную ставку.
Эти годы опыта также прояснили один пробел. Акаш объясняет: «Можно купить хороший двигатель, можно купить хорошую приборную панель, но батарейный блок купить нельзя. Именно это осознание пришло в 2020 году. Мы подумали, что вместо создания полного грузовика, давайте сосредоточимся только на батарее».
Проблема заключалась не в поиске самих ячеек, а в сборке их в батарейный блок, который мог бы обеспечить водителю достаточный запас хода, быструю зарядку, безопасность и продолжать функционировать годами. Первой целью стала скорость зарядки. Они начали с цели около 30 минут, надеясь в конечном итоге достичь 15 минут. После нескольких месяцев экспериментов они достигли этой цифры в лаборатории.
Акаш говорит: «Это была 15-минутная зарядка, но это были лабораторные результаты. Затем нужно превратить это в продукт. Если 15-минутная батарея будет тяжелее, люди ее не купят. Необходимо, чтобы запас хода, быстрая зарядка, безопасность и стоимость работали вместе». Попытка добиться всех четырех параметров одновременно привела их к другой проблеме: чем быстрее заряжается батарея, тем тщательнее необходимо управлять ее теплом.
Как поддерживать быструю зарядную батарею в прохладе?
Батарейный блок состоит из множества меньших ячеек. Если одна ячейка сильно перегреется, это тепло может распространиться на соседние ячейки и, в худшем случае, спровоцировать цепную реакцию. Команда выбрала метод иммерсионного охлаждения для управления этим процессом. Батарейные ячейки помещаются в специальную жидкость, которая не проводит электричество, но способна поглощать и отводить тепло.
Абхинав поясняет: «Если у вас есть хорошая система охлаждения, вы можете заряжать батарею быстрее, сохраняя при этом достаточную прохладу. Это также способствует безопасности. Если что-то пойдет не так в одной ячейке, вы хотите быстро охладить ее, чтобы проблема осталась локализованной, а не распространилась на следующую ячейку».
Выбор иммерсионного охлаждения был лишь началом. Акаш отмечает: «То, что мы делали, было нетрадиционным. Мы заливали батареи охлаждающей жидкостью для лучшего теплового менеджмента. Но у этого также есть свои сложности: увеличивается вес, растет стоимость, возрастают утечки».
Эта жидкость должна была оставаться внутри батареи годами, даже несмотря на то, что провода и электрические соединения все еще должны были проходить через корпус. Абхинав рассказывает, что команде пришлось разработать собственные разъемы для вывода этих соединений, сохраняя при этом герметичность батареи.
Создание пяти или десяти прототипов было одной задачей. Гораздо сложнее было сделать каждый блок, сходящий с производственной линии, одинаково надежным. Абхинав говорит: «Обеспечение стабильности герметизации было проблемой. В лаборатории инженеры сами проводят герметизацию. Затем необходимо перенести этот процесс на производственную линию, где кто-то другой сможет изготовить герметичный блок».
Охлаждения было недостаточно. Отдельные ячейки внутри батареи могут вести себя немного по-разному. Одна может нагреваться быстрее, хранить немного меньше энергии или стареть иначе, чем другая. Если эти различия накапливаются со временем, одна более слабая ячейка может начать влиять на производительность всего блока. Clean Electric поэтому начала более тщательно отбирать и подбирать ячейки, а также разработала собственную систему управления батареей для отслеживания происходящего внутри.
Технология 0Kelvin компании сочетает иммерсионное охлаждение с программным обеспечением, которое анализирует такие данные, как температура, напряжение и ток во время использования или зарядки батареи. Система может регулировать скорость зарядки по мере изменения условий, вместо того чтобы ждать, пока батарея станет слишком горячей. Clean Electric называет это интеллектуальной модуляцией температуры.
Компания также создала платформу Hive, которая собирает данные с батарей, уже эксплуатируемых в полевых условиях. Эта информация используется для мониторинга состояния батареи, диагностики проблем и понимания того, как блоки работают с течением времени. Ее система зарядки SONIC соответствует этому же подходу: батарея и зарядное устройство спроектированы так, чтобы работать вместе, а не рассматривать зарядку как отдельный этап.
Таким образом, задача перестала быть просто достижением 15 минут в лаборатории. Батарея должна была повторять эту производительность безопасно в разных транспортных средствах, климатических условиях и в течение многих лет эксплуатации. Дорога быстро показала команде, насколько это может быть сложно.
Например, в более холодных регионах вода иногда отделялась от охлаждающей жидкости и мешала электронике внутри блока. Абхинав отмечает: «Это была периодическая проблема. Она случалась иногда и не случалась в другое время. Поэтому сначала нужно воссоздать проблему, найти коренную причину, а затем понять, как ее решить».
Сможет ли батарея выдержать рабочий день авторикши?
Этот вопрос стал еще более важным, когда батареи начали устанавливать в коммерческие трехколесные транспортные средства. Электрическая авторикша в Индии часто является источником ежедневного дохода. Ее батарея может подвергаться гораздо более требовательному режиму, чем батарея в частном автомобиле.
Абхинав говорит: «В Индии, особенно в сегменте трехколесных транспортных средств, эти транспортные средства могут проходить около 200 километров каждый день. Запас хода также обычно составляет около 200 километров, поэтому они могут использовать одну полную зарядку ежедневно. Мы также устанавливаем меньше батареи, чтобы сохранить продукт доступным».
Это означает, что одна и та же батарея может заряжаться, использоваться в течение всего рабочего дня и снова заряжаться, день за днем. Для водителя срок службы батареи и время зарядки — это больше, чем просто характеристики в брошюре. Ранняя замена является крупной статьей расходов. Час, потраченный на зарядку, — это час, когда транспортное средство не может перевозить пассажиров или зарабатывать деньги.
Годы ежедневного использования предоставляют команде информацию, которую никогда не могли дать краткие лабораторные тесты. Абхинав сообщает, что некоторые ранние транспортные средства прошли около 70 000 – 80 000 км, а их батареи показали примерно четырехпроцентную деградацию. Он добавляет: «Показатели деградации были несколько лучше, чем мы ожидали».
Безопасность проверялась в гораздо менее контролируемых условиях. Абхинав вспоминает случай, когда авторикшу заряжали с использованием, как он описывает, импровизированной схемы проводки. По его словам, неисправность началась не в самой батарее: зарядное устройство загорелось, и пламя в конечном итоге распространилось по транспортному средству. «Весь автомобиль сгорел. Батарея осталась целой. Разъемы расплавились, но сама батарея оставалась невредимой. Можно было заменить некоторые пластиковые детали и повторно использовать батарею».
Инцидент повредил компоненты вокруг блока, но отказ не распространился на сами ячейки батареи. Для Абхинава это было важно, поскольку это продемонстрировало, как батарея ведет себя именно в таком неконтролируемом положении, которое трудно воспроизвести полностью в лаборатории. Он заключает: «Это было хорошим подтверждением того, что то, что мы построили, действительно выдерживает нагрузки в реальном мире».
От 3 батарей до тысяч километров
Первый заказ Clean Electric за пределами лаборатории был довольно скромным. В 2021 году компания Bounce Infinity заказала три батарейных блока. Примерно в то же время сообщения о возгорании электромотоциклов вызывали растущую озабоченность среди покупателей электромобилей в Индии по поводу безопасности батарей.
Акаш говорит: «Безопасность позволила нам получить точку входа. Срок службы циклов требует многолетних данных для подтверждения, но безопасность — это то, что можно протестировать гораздо раньше».
Со временем производители транспортных средств добавили еще одну перспективу. Omega Seiki Mobility сообщила, что впервые протестировала батареи Clean Electric на своем заводе в Пуне, а затем и в транспортных средствах, постепенно увеличивая объемы по мере того, как их производительность оставалась удовлетворительной. OSM утверждает: «Батарея обеспечивает возможность предложения с большим запасом хода, примерно 230–250 км фактического запаса хода на дороге. Это поддерживает клиентов, которые предпочитают длительную непрерывную работу и не хотят частой зарядки в течение дня».
Компания продолжает добиваться улучшений, включая дальнейшую работу над электрической архитектурой и системой управления батареей. Baxy, еще один производитель, использующий эти блоки, заявляет, что их транспортные средства, оснащенные батареями Clean Electric, прошли примерно 30 000 – 48 000 км без жалоб клиентов на деградацию. Компания добавляет: «Мы не наблюдали функциональных или эксплуатационных опасностей с блоками», а также получила «оперативное обслуживание, обучение и поддержку в полевых условиях» от Clean Electric.
Эта обратная связь возвращается в тот же процесс, который начался в Бопале: создать что-то, посмотреть, как оно ведет себя, когда люди начинают им пользоваться, и вернуться к инженерии. Абхинав говорит: «Некоторые ключевые решения должны быть правильными, потому что вы будете жить с ними долгое время. Но многие мелкие решения обратимы. Вы можете выбрать ответ, протестировать его, и если он неверен, вернуться и изменить его. Вы учитесь на практике и продолжаете итерации».
Пыльная мастерская в Бопале с тех пор сменилась более крупным предприятием в Пуне. Clean Electric сообщает, что более 6000 ее батарей было развернуто в более чем 100 местах, и они в совокупности преодолели более 20 миллионов километров. Тем не менее, более крупная проблема остается прежней. Чтобы электромобиль стал практичной альтернативой в масштабе, его батарея должна быстро заряжаться, не создавая новых рисков для безопасности, выдерживать годы повторного использования, обеспечивать достаточный запас хода и оставаться доступной.