Mitä eroa on wattien ja volttiampeerien välillä?

Lotus julkisti suunnittelututkimuksen, jossa keskitytään sähköiseen kestävyyskilpa-autoon – tavoitteena on saada se kilpailemaan Le Mansissa ja muilla radoilla kaudella 2030. Lotus E-R9:n suunniteltujen innovaatioiden joukossa on sähkömoottori jokaiseen pyörään ja lentokoneen kaltaiset koripaneelit, jotka voivat muuttaa muotoaan tarpeen mukaan niin, että ne tuottavat mahdollisimman pienen ilmanvastuksen suorilla ja maksimaalisen downforce-voiman mutkissa.

Kaikista suunnitelluista piirteistä oudointa oli se, että Lotuksen insinöörit päätyivät käyttämään kuumana vaihdettavaa akkua, jonka varikkohenkilökunta voisi pienellä mekaanisella apuvälineellä vaihtaa samalla tavalla kuin polttoaineen tankkaaminenkin.

Lotuksen ER-9 Le Mans -konseptikilpa-autossa on siirrettävät aeropinnat ja täysin vaihdettava akkupaketti.

Le Mansin kisan aikana auto pysähtyy tankkaamaan noin 45 minuutin välein, yhteensä noin 30 kertaa. Tämä tarkoittaa, että auton on pystyttävä ajamaan noin 100 mailia ennen tankkausta ollakseen kilpailukykyinen. Akkutekniikka on kuitenkin kehittynyt vasta siinä määrin, että se on järkevää lyhyemmissä (noin 45 minuutin) kilpailuissa, kuten nykyisessä Formula E -sarjassa. Lotus uskoo, että ongelma on ratkaistu vuoteen 2030 mennessä.

”Akkujen energiatiheys ja tehotiheys kehittyvät vuosi vuodelta merkittävästi. Ennen vuotta 2030 meillä on sekakennokemian akut, jotka tarjoavat molempien maailmojen parhaat puolet sekä mahdollisuuden ’hot-swap’-akkujen vaihtoon varikkokäyntien aikana”, sanoo Louis Kerr, E-R9-kehitystiimin jäsen ja Lotus Evija – rajoitetun sarjan sähkökäyttöisen urheiluauton ja ensimmäisen yhtiön esittelemän ja valmistaman sähköauton – alustan pääinsinööri.

Ajatus siitä, että auto voidaan suunnitella kuumavaihdettavien akkujen ympärille, mikä mahdollistaa paljon nopeamman ”tankkauksen”, ei ole uusi. Itse asiassa vuonna 2013 Elon Musk esitteli Teslan akkujen vaihtotekniikkaa Model S:ssä. Kun Tesla kuitenkin avasi Kaliforniassa akkujen vaihtoaseman, joka oli valmis vaihtamaan auton energiakennot täyteen ladattuihin sen sijaan, että se olisi riippuvainen pikalatausasemista, omistajat hylkäsivät akkujen vaihtokonseptin. Vain pieni määrä autoja tuotiin vaihtamaan akkuja.

Kiinassa onnistunut vaihtaminen

Idea näyttää kuitenkin toimivan Kiinassa, joka on maailman suurin sähköautomarkkina 3,1 miljoonalla aktiivisessa käytössä olevalla sähköautolla. Vuonna 2014 perustettu Shanghaissa toimiva pörssinoteerattu autonvalmistaja NIO menestyy akkujen vaihtamisen liiketoimintamallilla. Kiinalaisen merkin asiakkaat voivat ostaa vain ajoneuvon, valita BaaS:n (Battery as a Service) ja valita tarpeeseensa parhaiten sopivan akkupaketin: Esimerkiksi 70 kWh:n tai uudemman 100 kWh:n paketin.

Akkujen vaihtaminen tuo esiin myös mahdollisuuden, että koska kuluttajat eivät omista akkua – se on vuokrattu, kunnes se vaihdetaan – autonvalmistajat voivat alentaa EV:n kokonaiskustannuksia. Akut ovat yksi sähköauton kalleimmista osista. Esimerkiksi NIO:n BaaS-tilausmalli irrottaa akkukustannukset ajoneuvojen ostohinnasta. BaaS-mallin avulla asiakkaat voivat ostaa NIO ES8-, ES6- tai EC6-ajoneuvon ilman akkua, vuokrata eri kapasiteetilla varustettuja akkuja ja maksaa akkumaksun kuukausittain todellisten tarpeidensa mukaan.

Kuvassa NIO:n akku yhtiön akunvaihtoasemalla.

NIO:n 70 kWh:n akun akut ei sisälly hintaan -ohjelma voi säästää ostajilta 10 000 dollaria ajoneuvon hinnasta. Tällä hetkellä 70 kWh:n akun hinta on noin 145 dollaria kuukaudessa.

100 kWh:n akulla varustettujen NIO-mallien toimintasäde on nyt jopa 615 kilometriä (382 mailia). Kun ostat 100 kWh:n akulla varustetun NIO-auton BaaS-järjestelmää käyttäen, auton hinnasta vähennetään 128 000 RMB (19 732 dollaria) ja akun tilausmaksu on 1 480 RMB (228 dollaria) kuukaudessa.

NIO on onnistunut tavalla, jolla mikään muu autonvalmistaja maailmassa ei ole tähän mennessä onnistunut. Sen EV-akkujen vaihtopalvelu Kiinassa, nimeltään NIO Power, on ylittänyt 1,1 miljoonaa vaihtoa. NIO on myös laajentanut akunvaihtoverkostonsa kokoa 158:aan, ja suunnitelmissa on rakentaa 300 lisää vuonna 2021, sillä autonvalmistaja on allekirjoittanut useita sopimuksia, joiden tarkoituksena on laajentaa tätä määrää entisestään.

NIO:lla on esimerkiksi sopimus State Grid EV Servicen, Kiinan valtion omistaman sähkönjakelijan yksikön, kanssa 100 aseman rakentamisesta eri puolille Kiinaa, ja NIO:lla on sopimus strategisesta yhteistyöstä johtavan kiinalaisen huonekalujen vähittäismyyjän, Red Star Macallinen, kanssa, jotta he voivat rakentaa yhdessä sähköautojen latausasemia ja autonakkujen vaihtopisteitä. Jälkimmäisen sopimuksen mukaan osapuolet rakentavat yhdessä 60 tällaista asemaa tänä vuonna.

NIO rakensi ensimmäisen akunvaihtoasemansa toukokuussa 2018. Jokaisella asemalla on viisi paikkaa akkujen vaihtoa varten. NIO Power Swap -asemalla tyhjentyneiden akkujen vaihtaminen täyteen ladattuihin kestää keskimäärin kolmesta viiteen minuuttia. Se on suunnilleen sama aika kuin bensiinin tankkaamiseen huoltoasemalla.

NIOn viimeisimmät uutiset

Tammikuun alussa pidetyssä NIO-päivässä yhtiö esitteli 150 kWh:n akkupaketin ja toisen sukupolven akunvaihtoaseman.

Uusi akkupaketti nostaa energiatiheyden 360 Wh/kg hybridielektrolyytin, epäorgaanisen Si/C-komposiittianodin ja nanopäällystetyn korkean nikkelipitoisuuden katodin ansiosta. Tämä akku lisäisi uuden ES8:n toimintasäteen 850 km:iin, ES6:n 900 km:iin, EC6:n 910 km:iin ja ET7:n yli 1000 km:iin.

NIO:n toisen sukupolven akunvaihtoasemalle mahtuu 13 akkua, mikä mahdollistaa jopa 312 vaihtopalvelua päivässä. NIO sanoi, että se odottaa, että sen akunvaihtoasemien määrä Kiinassa on 500 vuoden 2021 loppuun mennessä. BaaS kattaa nyt 64 kaupunkia Kiinassa, ja NIO rakentaa joka viikko uuden akunvaihtoaseman Kiinaan.

NIO:n lisäksi BAIC BJEV, Beijing Automotive Groupin (BAIC) sähköajoneuvoyksikkö, ja State Grid EV, Kiinan valtion omistama sähköyhtiö, tekevät yhteistyötä akunvaihtoliiketoiminnassa tavoitteenaan perustaa yhdessä 100 akunvaihtoasemaa ja palvella vähintään 10 000 ajoneuvoa, joissa on vaihtokelpoisia akkuja, kesäkuuhun 2021 mennessä.

Hallituksen rooli

Yksi esteeksi täysimittaiselle yritykselle saada akkujen vaihto laajalle levinneeksi Kiinassa on se, että Kiinan valtiovarainministeriö leikkasi tänä vuonna sähköautojen tukia 20 prosentilla; viime vuonna ostajille korvattava vakiomäärä oli noin 18 000 RMB (2800 dollaria). Tämä alennus vähenee nyt noin 2 220 dollariin. Pekingin tukitoimenpiteet on tarkoitus lopettaa vuoteen 2022 mennessä.

Turvallisen akunvaihtoprosessin varmistamiseksi Kiinan hallitus on pyrkinyt standardoimaan akunvaihtopalveluja ja luomaan menettelylle yhteiset teollisuusstandardit. Tämä on tärkeää, koska akunvaihtopalveluja tarjoavilla kiinalaisilla EV-valmistajilla, kuten BJEV:llä ja NIO:lla, on erilaisia akkumalleja, mikä tarkoittaa, että EV-omistajat voivat vaihtaa akkujaan vain oman merkkinsä asemalla.

Monentyyppisten akkukäyttöisten ajoneuvojen palvelemiseen vaadittava tekninen yhteensopivuus on vaikeaa. Se voidaan kuitenkin voittaa työskentelemällä jonkinlaisen taksilaivaston kanssa, jossa kaikki taksit ovat samanlaisia.

Toimialan tarkkailijat odottavatkin, että akkujen vaihtaminen yleistyy robottitaksien ja jaetun omistuksen laivastojen myötä. Esimerkiksi Kiinan suurin puhtaasti sähköautojen valmistaja BAIC BJEV omistaa 206 akunvaihtoasemaa 19 kaupungissa Kiinassa. Asemat palvelevat pääasiassa yhtiön taksiliikennettä.

Vastaavasti Bluepark Intelligence Energy Technology Companylla, joka on BAIC-yritysryhmän akkuteknologian spinoff, kerrotaan olevan 187 akunvaihtoasemaa 15 kiinalaisessa kaupungissa. Blueparkin akunvaihtotoiminta palvelee pääasiassa taksiliikennettä sekä autojen yhteiskäyttöverkostoja; se palvelee 16 000 sähkökäyttöistä taksia. Yksi BluePark Intelligence -yhtiön sijoittajista on SK Future Energy Shanghai, joka on korealaisen SK Innovationin kokonaan omistama tytäryhtiö, joka puolestaan on osa korealaista monialayritystä SK Groupia.