Как разработка новой платформы позволила создать электросамокаты Halten, аналогов которым не будет на рынке еще 5 лет

Приветствую читателей vc.ru! С вами снова Владимир Боровой, основатель российской компании по производству электросамокатов Halten.

В своем первом посте я постарался кратко рассказать о нашей компании, о том, какие самокаты мы производим, немного остановился на наших собственных инженерных разработках, а также пообещал подготовить пост с более подробным описанием технической стороны наших инноваций. Выполняю данное обещание.

Сегодня речь пойдет о том, как инновационные разработки отдела R&D компании Halten реализованы в новой линейке самокатов. Я подробно остановлюсь на технических характеристиках каждого элемента платформы, составляющей «мозг и сердце» электросамоката: аккумуляторной батарее, контроллере, мотор-колесе, а также расскажу о том, как они влияют на эксплуатационные качества транспортного средства. В новых моделях Halten и батарея, и контроллер, и программное обеспечение — целиком наша собственная разработка от аппаратной составляющей до программной, все сделано нашими инженерами.

Как я уже говорил в первом посте, мы выпускаем самокаты для российского потребителя, рассчитанные на эксплуатацию в российских условиях. Поэтому главной нашей целью было максимально удовлетворить потребности этого самого российского пользователя. Если конкретнее, мы стремились решить следующие задачи:

· Учитывая, что российский райдер даже в пределах города перемещается на довольно большие расстояния (не говоря уже о загородных поездках), мы хотели увеличить пробег самоката на одном заряде батареи БЕЗ увеличения ее веса. Все-таки малый вес — обязательное условие такого мобильного транспорта, как электросамокат.

· Далеко не все российские города могут похвастаться дорогами без подъемов и спусков. Мы стремились увеличить пиковую мощность мотор-колеса таким образом, чтобы даже райдер весом 100-130 кг мог свободно подняться в горку, при этом не спешиваясь.

· Обычный «самокатный сезон» в средней полосе России короток. Плюсовая температура, при которой обычная АКБ работает нормально, здесь держится только 3-4 месяца. При значениях температур ниже +5 батарея теряет до 50-70% своей емкости. Но наши райдеры хотят использовать самокат дольше, в идеале — круглый год. Мы поставили себе задачу разработать АКБ, которая сохраняла бы свои емкостные характеристики даже при отрицательных температурах.

· Еще один важный момент: новая батарея должна быть на 100% безопасной в использовании. Важно было защитить ее от взрывов, перегрева, возгорания, короткого замыкания.

· И главное — перед нами стояла задача решить все эти проблемы таким образом, чтобы цена нашей продукции была доступна большинству российских покупателей, а не взлетела до космических высот.

Разработка принципиально новой платформы, включающей АКБ, контроллер и мотор-колесо позволила нам решить все эти задачи. Остановлюсь подробнее на каждом ее элементе.

В самокатах Halten устанавливаются литий-ионные элементы фирмы LG серии Е63. Эта батарея, состоит из 8 элементов. Емкость АКБ — 63 А/ч с суммарным напряжением порядка 33 Вольт.

Литий-ионные батареи способны сохранять свои емкостные характеристики при достаточно высоких температурах. Если температура падает ниже +10 градусов, обычная АКБ этого типа может потерять от 50 до 70% своей емкости, что, естественно, сказывается на пробеге самоката без подзарядки. Однако, что делать, если хочется использовать самокат весной или осенью, когда температура падает до минусовых значений, но при этом на дорогах еще нет снега и льда?

Чтобы избежать снижения емкостных характеристик батареи при минусовых температурах, нами была разработана динамическая автоматическая система подогрева каждого элемента АКБ. Таким образом, мы создали своеобразный «термоковрик», который поддерживает оптимальную температуру батареи и позволяет ей сохранять емкость при низких температурах. На таком самокате можно кататься круглый год. Кстати, система охлаждения в нашей батарее тоже предусмотрена, так что новые самокаты Halten можно эксплуатировать в температурном диапазоне от -10 до +40 градусов Цельсия.

В батарее также была реализована система балансировки заряда, которая улучшает доступную емкость блока АКБ и продлевает срок службы каждой ячейки, а значит — и аккумулятора в целом. Аккумулятор нашего самоката рассчитан на 2000 циклов зарядки и разрядки.

Как я уже писал в предыдущем посте, обычные батареи, которые устанавливают китайские производители на свои самокаты, небезопасны. Из-за отсутствия защиты от возгорания, перегрева, перезаряда такая АКБ не застрахована от взрыва, короткого замыкания, возгорания. Перед нами стояла задача устранить эту проблему.

В нашем аккумуляторе реализована защита от перегрева, установлена защита по напряжению повышенному и пониженному, а также защита от разбалансировки ячеек. Регулируется также уровень заряда АКБ: есть защита от перезаряда, а также от критического снижения заряда.

Важно было предотвратить возможность возникновения короткого замыкания в АКБ. Для этого мы использовали механическое реле. При любом повышении температуры, напряжения в процессе зарядки, при превышении уровня заряда реле разрывает физический контакт между батареей и нагрузкой. При отсутствии такой защиты в процессе зарядки элементы аккумулятора могут перезарядиться или перегреться, и может произойти взрыв. С нашей батареей этого не случится.

Чтобы свести на нет вероятность возгорания, мы применили специальные негорючие материалы, которые нейтрализуют пламя. Подобная технология применяется при производстве электромобилей. Такая батарея более безопасна, чем любой китайский аналог.

Работу аккумулятора регулирует микроконтроллер. Пока самокат не включен, АКБ находится в отключенном режиме. При включении самоката она сначала определяет контроллер, который с ней работает, проводит необходимые проверки по нагрузке и лишь затем включается.

Батарейка также имеет интерфейс связи как с зарядным устройством, так и с контроллером, через который происходит управление зарядом. Такой же принцип реализован и в электромобилях.

Основные преимущества разработанной нами АКБ перед обычными китайскими аналогами:

· Увеличение емкости АКБ в 2 раза, а значит — увеличение пробега самоката без подзарядки. Так, заряда нашей батареи хватает до 120 км пробега без подзарядки, в то время как у китайских производителей максимальный пробег на одном заряде — 70 км.

· Быстрая полная зарядка за 2-3 часа, а не за 12, как практически у всех конкурентов.

· Сохранение веса самоката. Мы добились увеличения емкости батареи, при этом вес самоката остался практически на прежнем уровне.

· Сохранение емкостных характеристик при температуре до -5 градусов. Такой самокат можно эксплуатировать круглогодично. Китайские АКБ начинают терять емкостные характеристики уже при температуре +10 градусов, причем потеря может составить до 50-70%.

· Защита от взрывов, возгорания, короткого замыкания на 100%.

Разработанный инженерами Halten контроллер управления мотора реализован на базе микропроцессора для силовой электроники третьего поколения фирмы Texas instruments. В управлении мотора применяется Field Oriental Control — это система с очень высоким КПД, который составляет около 95%. Максимальный выходной ток на фазу, который может генерировать устройство — 160 А. Работает он от напряжения до 40 В, потому что обычное напряжение на батарейке 33 В.

Микроконтроллер связан интерфейсом с батарейкой и с дисплеем. Между ними постоянно происходит обмен информацией, чтобы работа контроллера регулировалась текущим состоянием батареи — это обеспечивает безопасность.

У нас полностью реализована цифровая система управления светом и кнопками. Даже если в процессе эксплуатации произойдет обрыв какого-то внешнего провода, все равно ничего страшного не случится, т.к. управление системой полностью цифровое. От кнопок идет сигнал на контроллер, контроллер его обрабатывает и после этого включает сигнал поворота, тормоза и пр.

Также у контроллера реализована система рекуперации. Это значит, что кинетическая энергия, выделяющаяся в процессе торможения, преобразуется в электрическую, которая направляется на подзарядку аккумулятора. Если во время езды человек слегка нажимает на тормоз, вначале включается рекуператор. При более сильном нажатии на тормоз включается передняя гидравлическая тормозная система.

Мы увеличили мощность или, иначе говоря, «тяговитость» мотор-колеса. У тяжелых полноприводных дорожных самокатов максимальная мощность мотор-колеса составляет 5400Вт (по 2700 на мотор-колесо). Но даже легкая городская модель, реализованная на базе усовершенствованного мотор-колеса, может без проблем въехать в горку с уклоном более 15 градусов. При этом райдеру весом 100-130 кг не придется спешиваться. Наш легкий городской самокат весит 15 кг, при этом крутящий момент его мотор-колеса составляет 30 Н/м. Это больше, чем у полноприводных китайских моделей весом 45 кг.

Про защиту мотор-колеса от загрязнений и влаги я подробно рассказывал в предыдущем посте. Скажу только, что в новых моделях мы также устанавливаем мотор-колеса с дорогими подшипниками, снабженными герметичными прокладками, надежно защищающими механизм от попадания влаги, пыли и грязи. В результате мотор-колесо не подвергается коррозии на протяжении не одного, а двух и более сезонов.

Таким образом, мы разработали принципиально новую платформу для электросамоката, включающую три главных компонента: контроллер, мотор-колесо и АКБ, которые работают только в комплексе. Системы самоката взаимодействуют друг с другом, и при возникновении неполадок в одном из узлов происходит автоматическое отключение устройства. Такая платформа позволила нам получить преимущества, которых нет ни у одного из конкурентов.

Уже сейчас нами изготовлены опытные образцы электросамокатов с принципиально новыми техническими характеристиками. Мы постарались учесть потребности разных категорий райдеров. Обе модели уже прошли испытания и готовятся к серийному производству.

Для тех, кто привык использовать самокат как «транспорт последней мили», чтобы перемещаться между станциями метро и проезжать небольшие расстояния по городу, мы предлагаем легкую модель Halten Strizh. Весит такой самокат всего 15 кг — достаточно легкий, чтобы переносить в руках и компактный, чтобы хранить в городской квартире.

Без подзарядки на нем можно проехать целых 70 км, в то время как типичная китайская модель аналогичных габаритов и веса «пробежит» лишь 30 — вдвое меньше. При этом заряд разработанной нами батареи восполняется за 2 часа, а обычная китайская АКБ будет заряжаться часов 7.

Пиковая мощность мотор-колеса этого самоката достигает 1150 Вт, так что въехать в горку для него — не проблема, даже если вес райдера превышает 100 кг. Такой тяговитостью могут похвастаться разве что «китайцы» весом от 45 кг.

Для поездок на большие расстояния нами разработана более тяжелая и мощная модель — Halten Ermak. Он подойдет как для дальних поездок по городским улицам, так и для загородных путешествий, ведь его пробег на одном заряде составляет целых 120 км! На таком можно и город весь исколесить, и на дачу съездить. При этом заряжается батарея самоката всего за 3 часа, а не за 12 часов, как обычный китайский АКБ аналогичной емкости.

Понятно, что такой самокат уже нельзя отнести к разряду легких и супермобильных. Модель весит 35 кг. Однако Ermak в 1,5 раза легче, чем наиболее близкий ему по характеристикам китайский образец весом 45 кг. Пиковая мощность мотор-колеса этого самоката составляет 3000Вт.

За счет использования нашей инновационной и на 100% безопасной батареи оба самоката могут эксплуатироваться практически круглый год — при температуре до -5 градусов Цельсия.

Подобных технических характеристик нет ни у одного китайского самоката и в ближайшие 3-5 лет не будет. При этом цены на наши модели сопоставимы со стоимостью рядовых китайских. Образно говоря, мы создали «Теслу» по цене китайского автопрома.

Возможно, у некоторых читателей возникает вопрос: если технически наши новые модели на порядок выше, чем самокаты конкурентов, вероятно, и цена их также будет выше, чем на распространенные китайские модели.

Отвечу сразу: нет, для нас важно, чтобы самокаты Halten были доступны большинству российских потребителей. Цена наших новых самокатов будет эквивалентна существующей на сегодняшний день стоимости китайских моделей.

Конечно, мы имеем в виду модели, аналогичные по весу, габаритным размерам. Хотя без ложной скромности скажу, что самокаты Halten по техническим характеристикам кратно превышают существующие на рынке аналоги. С точки зрения технологии сборки, они выполнены раз в 10 лучше — о нашей трехступенчатой системе контроля качества я уже писал. При этом модели Halten стоить будут столько же, сколько и «китайцы».

Расскажу, как мы этого добились.

Дело в том, что в Китае очень хорошо развита горизонтальная индустрия. Это значит, что любой, даже маленький производитель, может купить в Китае любой мотор, АКБ, контроллер и собрать самокат у себя в подвале. И все узлы полученного изделия будут совместимы друг с другом. При этом элементы самоката изготавливает не один, а сотни производителей. Т.е. для того, чтобы получился, к примеру, аккумулятор, одна компания производит ячейки, другая — программное обеспечение, третья — электронику, четвертая занимается сборкой, пятая устанавливает провода. И на каждом элементе каждый производитель хочет получить свою, пусть небольшую, но прибыль. И получает!

При производстве наших самокатов действует сквозное проектирование. Все детали и элементы платформы самоката разработаны нашими инженерами: и АКБ, и контроллер, и мотор-колесо. А именно эти узлы составляют 80% стоимости всего самоката. И мы их не покупаем, а производим сами по себестоимости первичных материалов. Таким образом, в производственной цепочке нет посредников (или количество их минимально), поэтому в итоге стоимость узлов получается значительно дешевле, чем если бы нам пришлось их покупать и из них собирать самокат – как и делают 100% всех «производителей».

Проиллюстрирую на примере. Чтобы собрать самокат из китайских комплектующих, задействуется цепочка из условных 50 производителей. Каждый из них на определенном этапе получает свою прибыль. В нашем случае цепочка сокращается до 5 производителей, остальное делаем мы сами. За счет этого и экономим.

Хотя экономить можно по-разному. Например, делать все то же самое, что делают китайские производители, но дешевле. Однако опускать цену ниже, чем устанавливают китайские производители на свою продукцию — значит экономить на качестве. Для нас такой путь неприемлем. Мы поступаем иначе: производим изделия по той же цене, при этом качество наших самокатов на порядок выше за счет использования более совершенных технических решений, более дорогих деталей и более качественной сборки.

В будущем мы планируем полностью отказаться от китайской сборки и перенести производство наших самокатов на территорию России. В Азии будет закупаться только незначительная часть комплектующих, остальное будет изготавливаться нами самостоятельно. При этом мы просчитываем возможности сохранить себестоимость самокатов на том же уровне, что и при изготовлении в Китае. А значит, и цена на нашу продукцию останется в приемлемом диапазоне.

Если у вас остались вопросы по техническим характеристикам самокатов Halten нового поколения — буду рад на них ответить в комментариях.