Ремонт аккумуляторов автомобилей и электровелосипедов экономит деньги и ресурсы, но проблемы сдерживают рост отрасли.
Ричу Бенуа примерно три раза в день звонят владельцы старой Tesla Model S, у которой в его автомагазине The Electrified Garage начал разряжаться аккумулятор.Батареи, которые могли обеспечить дальность действия на сотни миль, внезапно могут проработать только 50 миль без подзарядки.На эти автомобили часто не распространяется гарантия, а замена аккумулятора может стоить более 15 000 долларов.
Для большинства изделий ремонт является более экономичным вариантом, чем замена.Бенуа, управляющий одной из немногих независимых ремонтных мастерских Tesla в США, сказал, что многие батареи Tesla теоретически поддаются ремонту.Но из-за затрат времени и обучения, проблем с безопасностью и сложности ремонта, по словам Бенуа, ремонт автомобильного аккумулятора в его мастерской может стоить до 10 000 долларов, что больше, чем готово заплатить большинство потребителей.Вместо этого многие люди предпочитают продать или утилизировать свои старые автомобили, а затем купить новую Tesla, сказал он.
«[Автомобиль] теперь почти как расходный материал, как телевизор», – сказал Бенуа.
Опыт Бенуа указывает на проблему, с которой начинают сталкиваться первые пользователи электромобилей и электрических микромобильных устройств, таких как электронные велосипеды и электронные скутеры: эти транспортные средства содержат большие и дорогие батареи, которые со временем становятся недоступными.Восстановление этих батарей может обеспечить преимущества в области устойчивого развития за счет экономии энергии и ресурсов, которые в противном случае были бы использованы для изготовления новых батарей.Это особенно важно для электромобилей, которые содержат очень большие батареи, которые приходится использовать годами, чтобы компенсировать выбросы углекислого газа, образующиеся при их производстве.Но многие электромобили и аккумуляторы для электромобилей сконструированы так, что их сложно ремонтировать, и некоторые производители активно препятствуют этой практике, ссылаясь на соображения безопасности.Проблемы конструкции, требования безопасности и нехватка запчастей мешают небольшому количеству независимых механиков, которым поручено обслуживать аккумуляторы электромобилей или электронных велосипедов, позволить себе ремонт.
«В мусоре много аккумуляторов, которые можно отремонтировать», — говорит Тимоти Руффиньяк, владелец небольшой компании по ремонту аккумуляторов для электронных велосипедов под названием Daurema в Брюсселе, Бельгия.Но «поскольку они не подлежат ремонту, найти хорошую цену сложно».
Литий-ионные аккумуляторы в смартфонах содержат «ячейку», состоящую из графитового анода, металлического катода и жидкого электролита, который позволяет ионам лития перемещаться с одной стороны на другую, создавая электрический потенциал.Аккумуляторы для электрических велосипедов обычно содержат десятки ячеек.Между тем, аккумуляторы электромобилей могут содержать от сотен до тысяч отдельных элементов, которые часто упаковываются в «модули», а затем объединяются в аккумуляторные блоки.В дополнение к элементам и модулям аккумуляторы электромобилей и электронных велосипедов часто включают в себя систему управления аккумулятором, которая контролирует состояние аккумулятора и контролирует скорость зарядки и разрядки.
Все литий-ионные аккумуляторы со временем изнашиваются и со временем требуют замены.Однако, когда батарея содержит много отдельных элементов и других компонентов, ее срок службы иногда можно продлить за счет ремонта — процесса, который включает в себя выявление и замену поврежденных элементов или модулей, а также ремонт других неисправных компонентов, таких как неисправная система управления аккумулятором.В некоторых случаях требуется замена только одного модуля.Замена этого модуля, а не замена всей батареи, снижает потребность в таких металлах, как литий, а также выбросы углекислого газа, связанные с производством сменной батареи (или нового автомобиля).Это делает восстановление аккумуляторов «идеальным для экономики замкнутого цикла (системы, которая экономит и повторно использует ресурсы)», — сказал Гэвин Харпер, исследователь, изучающий устойчивость аккумуляторов в Университете Бирмингема в Великобритании.
Хотя это не обязательно дешево, вы можете сэкономить, отремонтировав аккумулятор.Обычно ремонт аккумулятора электромобиля стоит примерно половину стоимости нового аккумулятора.По оценкам Cox Automotive, с тех пор, как она начала предлагать услуги по ремонту аккумуляторов электромобилей в 2014 году, она сэкономила более 1 гигаватт-часа батарей, чего достаточно, чтобы обеспечить питанием около 17 000 новых электромобилей от преждевременной утилизации.
«Есть много причин, по которым ремонт более выгоден, чем замена», — сказал Хелпс Гристу.
Но эксперты говорят, что ремонт аккумулятора опасен и его не следует проводить дома или новичкам.Если аккумулятор будет поврежден во время ремонта, это может привести к короткому замыканию, которое может привести к возгоранию или взрыву.Если при ремонте не надеть соответствующие перчатки, работающие под высоким напряжением, это может привести к поражению электрическим током.Если вы не знаете, что делаете, «вы играете с огнем», — сказал Джон Матна, владелец мастерской по ремонту электронных велосипедов Chattanooga Electric Bike Co. Он отметил, что некоторые аккумуляторы для электрических велосипедов содержат «достаточно тока, чтобы убить персона."
Полезно сказать, что восстановление аккумуляторов требует, как минимум, обучения работе с высоким напряжением, опыта работы с электротехникой, средств индивидуальной защиты и «базового понимания архитектуры и того, как работают аккумуляторы».Тем, кто хочет отремонтировать аккумуляторы электромобилей, также необходимо оборудование, позволяющее поднять автомобиль с земли и физически извлечь аккумулятор, который может весить тысячи фунтов.
«Очень немногие люди могут или даже должны пытаться сделать что-то подобное», — сказал Бенуа.
Но даже те, кто имеет соответствующую подготовку, часто испытывают трудности с ремонтом аккумуляторов электромобилей или электронных велосипедов из-за их конструкции.Многие аккумуляторы для электровелосипедов поставляются в прочных пластиковых коробках, которые сложно, если вообще возможно, открыть, не повредив внутренние компоненты.Внутри аккумулятора электронного велосипеда или отдельных аккумуляторных модулей электромобиля элементы часто склеены или сварены вместе, что затрудняет или делает невозможным их замену по отдельности.Кроме того, как подчеркивается в отчете Европейского агентства по окружающей среде за 2021 год, некоторые аккумуляторы электромобилей содержат программное обеспечение, которое может привести к отключению аккумулятора при наличии признаков взлома.
Производители заявляют, что их аккумуляторы разработаны с целью повышения безопасности, долговечности и производительности, но это может происходить за счет ремонтопригодности, поскольку многие производители, покрывающие гарантийный период (обычно два года для крупных брендов и марок электронных велосипедов), предлагают замену бесплатно. или со скидкой.батареи.Электромобили служат от 8 до 10 лет или 100 000 миль).Сторонники ремонта, с другой стороны, утверждают, что модульные конструкции с двусторонними креплениями, такими как съемные зажимы или клейкие ленты, не обязательно ставят под угрозу безопасность и что преимущества ремонтных конструкций намного перевешивают затраты.
Европейские политики начинают прислушиваться к защитникам.В августе Европейский Союз принял новое постановление, направленное на то, чтобы сделать аккумуляторы более экологически чистыми.Среди прочего, он включает положение, требующее, чтобы аккумуляторы, используемые в электронных велосипедах и других «легких транспортных средствах», таких как электронные скутеры, обслуживались независимыми профессионалами, вплоть до уровня отдельных ячеек.Европейская индустрия электронных велосипедов решительно выступила против этого правила из-за опасений по поводу безопасности, сертификации аккумуляторов и юридической ответственности, и теперь пытается решить, как его соблюдать.
«Мы все еще думаем, как мы можем удовлетворить требования новых правил ЕС в отношении аккумуляторов, придерживаясь при этом применимых правил безопасности и наших высоких стандартов качества», — сказал Grist производитель аккумуляторов для электронных велосипедов Bosch.Bosch отметил проблемы, с которыми сталкиваются производители.«Противоположная тенденция наблюдается в Соединенных Штатах», где «вводятся более строгие правила и более высокие стандарты для аккумуляторов и систем электронных велосипедов».
Фактически, Федеральная комиссия по безопасности потребительских товаров недавно объявила, что пересматривает правила для электронных велосипедов и их аккумуляторов.Это произошло после того, как недавняя волна возгораний аккумуляторов электронных велосипедов также побудила принять меры местной политики.Городской совет Нью-Йорка недавно изменил свои правила пожарной безопасности, запретив «сборку или ремонт литий-ионных батарей» из использованных батарей от других батарей, что иногда делают ремонтники.
Город также недавно принял закон, требующий от производителей электромобилей обеспечить сертификацию аккумуляторов своей продукции по стандарту проектирования UL 2271, который призван повысить безопасность.Восстановленные аккумуляторы отвечают этим требованиям, сказал Ибрагим Джилани, глобальный директор по потребительским технологиям UL Solutions, многонациональной компании, которая проверяет стандарты сертификации безопасности для широкого спектра промышленных и потребительских товаров и материалов.Один стандарт.Но Гилани сказал, что ремонтным компаниям придется «сохранить конструкцию такой, какой она была до ремонта», в том числе использовать батареи и электронные компоненты той же марки и модели.Мастерские по ремонту аккумуляторов также должны проходить проверки UL на месте четыре раза в год, что будет стоить им более 5000 долларов в год, сказал Джилани.*
По сравнению с электровелосипедами законодатели относительно спокойно относятся к ремонту аккумуляторов электромобилей.В Соединенных Штатах нет конкретных законов или постановлений, регулирующих этот вопрос.Новые правила ЕС в отношении аккумуляторов также не касаются ремонта аккумуляторов электромобилей, а просто рекомендуют законодателям обновить правила отдельных транспортных средств, «чтобы обеспечить возможность снятия, замены и демонтажа этих аккумуляторов».
Немецкая страховая ассоциация GDV «решительно поддерживает» эту идею, сообщил Grist ее представитель.В октябре группа опубликовала результаты исследования, которое показало, что ремонт электромобилей обходится на треть дороже, чем сопоставимые автомобили с бензиновым двигателем, что частично объясняется высокой стоимостью ремонта или замены аккумуляторов.
«Многие автопроизводители не разрешают ремонт аккумулятора, даже если аккумуляторный ящик слегка поврежден», — сообщил Гристу представитель ГРВ.Производители автомобилей иногда решают заменить аккумулятор, если автомобиль попал в аварию, в которой сработала подушка безопасности.По словам представителя, обе практики «могут привести к увеличению затрат на ремонт» и, в конечном итоге, к увеличению страховых взносов.
Новые правила ремонтопригодности аккумуляторов электромобилей появились в критический момент.Хелпс из Cox Automotive заявил, что в конструкции аккумуляторов для электромобилей одновременно наблюдаются две тенденции: «Аккумуляторы либо станут очень простыми в обслуживании, либо они вообще не смогут их обслуживать».
Некоторые аккумуляторы, например аккумуляторы Volkswagen ID.4, имеют модули в стиле Lego, которые легко снимать и заменять.Другие аккумуляторные блоки, такие как новый аккумулятор Tesla 4680, вообще не содержат модулей.Вместо этого все элементы склеены вместе и прикреплены к самому аккумуляторному блоку.Хелпс описывает эту конструкцию как «непоправимую».При обнаружении поврежденного аккумуляторного блока необходимо заменить весь аккумулятор.
«Это по-прежнему полностью перерабатываемая батарея», — сказал Хелпс.«Ты просто не можешь это исправить».
Эта статья была первоначально опубликована Grist, некоммерческой медиа-организацией, освещающей вопросы климата, справедливости и решений.
Scientific American является частью компании Springer Nature, которая владеет тысячами научных публикаций или поддерживает коммерческие отношения с ними (многие из которых можно найти на сайте www.springernature.com/us).Scientific American придерживается строгой политики редакционной независимости, сообщая нашим читателям о научных достижениях.
Время публикации: 26 декабря 2023 г.