Ample è una start-up californiana che collabora con Uber e presenta un progetto innovativo che prevede l’utilizzo di stazioni di scambio delle batterie superveloci e completamente autonome. Queste sono dotate di un sistema di “swapping” per le batterie ad alta capacità. In un’intervista rilasciata a EE Times/EEWeb, i cofondatori di Ample, Khaled Hassounah e John de Souza, hanno sottolineato che questa tecnologia è un sistema di scambio di batterie in stile Lego che consente al conducente di fermarsi, caricare e partire. “La parte più interessante è che è stato progettato per ricaricare qualsiasi veicolo elettrico di qualsiasi casa automobilistica in meno di 10 minuti”, hanno detto i relatori. L’azienda ha raccolto 70 milioni di dollari di finanziamenti, guidati da Shell Ventures e a cui si sono aggiunti, tra gli altri, Repsol Energy Ventures e Eneos Innovation Partners. Grazie a una combinazione di visione computerizzata e comunicazione wireless, la stazione Ample è in grado di identificare la posizione esatta di ciascun modulo della batteria da sostituire. Una volta rimossi dall’auto, i moduli batteria scarichi vengono collocati su scaffali per essere ricaricati e pronti per il veicolo successivo.
Scambio di batterie
Nei prossimi anni si prevede che molti veicoli elettrici saranno in circolazione, ma la sfida principale è la creazione di un’infrastruttura di ricarica che li renda facili, economici e accessibili come i veicoli a gas. I tempi di ricarica prolungati sono una delle sfide principali per la diffusione della mobilità elettrica. Oggi la ricarica di un’auto richiede tempi più lunghi – da 30 minuti a qualche ora – rispetto al rifornimento di carburante, che richiede solo pochi minuti. Il progetto di Ample, e quello di altre aziende che stanno lavorando a soluzioni simili, potrebbe finalmente ridurre questo divario. Le batterie al litio delle auto elettriche richiedono comunque un certo tempo per essere ricaricate, a seconda della capacità della batteria o dell’infrastruttura di ricarica disponibile, sia che si tratti di ricarica in corrente alternata che in corrente continua. Per una ricarica più rapida, esiste la possibilità di sostituire la batteria al volo, un’operazione che richiede molto meno tempo, ma per eseguire questa operazione di “Battery Swapping”, l’alloggiamento della batteria dell’auto deve essere progettato in modo speciale. Il Battery Swapping è una tecnica che consiste nello scambiare la batteria scarica di un’auto elettrica con una già carica. In questo modo si sostituisce la ricarica, eliminando i lunghi tempi di rifornimento, uno dei principali limiti dei veicoli a emissioni zero. Questa tecnica deve essere eseguita in una stazione specifica e con la giusta tecnologia.
Oltre a ridurre significativamente il tempo necessario per rigenerare l’autonomia di un veicolo elettrico, lo swapping delle batterie elimina il problema legato al numero di cicli di ricarica che una batteria può sopportare prima di perdere la capacità di immagazzinare corrente, il cosiddetto ciclo di vita. I consumatori non devono preoccuparsi di riciclare i pacchi batteria e il riciclaggio viene effettuato presso l’azienda produttrice o dagli operatori delle stazioni che gestiscono la rete di swapping, invece di finire in discarica. Un altro vantaggio di questa soluzione, ottenibile nel medio-lungo termine, è la possibilità di rinnovare la tecnologia delle batterie quando quelle esistenti diventano obsolete o superate.
Tecnologia Ample
La tecnologia di Ample ha due componenti principali:
- Una stazione di scambio completamente autonoma che rimuove i moduli batteria esauriti dall’auto e li sostituisce con altri completamente carichi. I moduli batteria esauriti vengono poi collocati su scaffali dove vengono ricaricati.
- Un’architettura modulare delle batterie che consente a qualsiasi veicolo di utilizzare le stazioni Ample. Le batterie sono costituite da moduli simili a lego che possono adattarsi a qualsiasi veicolo, indipendentemente dalle dimensioni o dal modello. La sostituzione richiede meno di 10 minuti.
Ample ha sviluppato sistemi completamente autonomi e automatizzati che non richiedono che il passeggero scenda dall’auto per cambiare i componenti. Il sistema è già in grado di gestire i pacchi batteria di “numerose auto”. “L’obiettivo è avere un impatto sull’intera decarbonizzazione e sulla riduzione dei gas serra. E il punto di partenza naturale è stato il trasporto, che è una delle cause principali. È in corso un’enorme trasformazione. Stiamo passando da una fonte di energia non verde alle auto elettriche. Ci siamo resi conto molto rapidamente che se si vuole avere un grande impatto, è necessario immettere sul mercato almeno un miliardo di auto elettriche. E il problema non è l’auto. È l’infrastruttura: quando ci sono molte auto, come si fa a ricaricarle tutte? L’idea alla base della nostra start-up è lo scambio di batterie. Volevamo una soluzione veloce, comoda ed economica. Volevamo che funzionasse con diversi tipi di auto e con qualsiasi OEM. E volevamo che fosse veloce da implementare e conveniente”, hanno detto gli oratori. Oggi la sfida più grande è ricaricare la batteria nel minor tempo possibile. L’immissione di energia elevata nella rete richiede un ripensamento del modo in cui l’energia viene distribuita nella rete. Abbiamo bisogno di una rete intelligente che sappia come indirizzare l’energia. Ma allo stesso tempo è essenziale compensare tutti i picchi che possono verificarsi contemporaneamente nella rete. “In particolare dove si trova l’energia, perché la rete può essere intelligente quanto si vuole. In fin dei conti, se tutti richiedessero energia contemporaneamente, sarebbe necessario fornirla. E la sfida più grande con questo tipo di energia rinnovabile dipendente, come quella eolica o solare, è il pieno controllo della generazione”, hanno detto i relatori. In pratica, l’idea di Ample consiste nell’offrire una batteria a carica molto rapida per la sostituzione, quindi fornire una ricarica lenta mantenendo la batteria sicura per l’uso in un altro veicolo elettrico. In effetti, la soluzione di Ample separa la fornitura di energia a un veicolo elettrico e l’effettiva ricarica della batteria, consentendo un accesso più snello alla rete. Inoltre, rende possibile il passaggio alle fonti rinnovabili di elettricità, poiché la ricarica può ora avvenire quando queste forme sono disponibili. “In questo modo contribuiamo meglio allo sviluppo della rete scegliendo determinati momenti della giornata per caricare la batteria”, hanno detto i relatori.
Come accennato, una batteria Ample EV è composta da moduli che possono adattarsi a qualsiasi marca, design, modello o profilo di guida: dal pendolarismo al ridesharing, dalle flotte municipali e aziendali alle consegne dell’ultimo miglio, fino all’autonomia. Le ampie stazioni non richiedono alcuna costruzione. Con un ingombro ridotto equivalente a due posti auto, la stazione viene costruita sul terreno e può utilizzare l’energia rinnovabile, come quella eolica e solare, immagazzinata nelle stazioni che forniscono l’elettricità per le batterie. Le stazioni possono essere collocate ovunque sia necessario: nelle stazioni di servizio, nei negozi di alimentari o sul ciglio della strada. “Il nostro vantaggio è che possiamo creare infrastrutture molto rapidamente e a basso costo. Oggi, se si costruiscono caricabatterie lenti si guadagna in termini di costi ma si perde in termini di tempo di ricarica. Se si costruiscono caricabatterie veloci, sono molto costosi e si perde il mercato. Possiamo variare le dimensioni della batteria in base ai requisiti di tempo e durata. Quindi, se si percorrono pochi chilometri al giorno e non si ha bisogno di una batteria da 200 miglia, si può mettere una batteria più piccola nella propria auto perché si inserisce un numero inferiore di moduli. E poi, se un giorno l’auto ha bisogno di andare più lontano, mettiamo più moduli in modo da poter cambiare dinamicamente le dimensioni della batteria, riducendo così i costi”, hanno detto i relatori. E hanno aggiunto: “Le nostre batterie sono intelligenti, nel senso che quando le mettiamo in un’auto, sanno esattamente in quale auto si trovano e regolano il livello di tensione in base a ciò che l’auto si aspetta di vedere”. Per le applicazioni mission-critical, dobbiamo essere sicuri al 100% di conoscere la tensione del sensore cablato. “Ad esempio, il modo in cui la nostra auto si connette è completamente wireless, ed è il modo in cui orchestriamo il movimento del robot, lo sblocco della targa e così via, ma anche l’importazione dello stato della batteria nel pod mentre viene scambiata, il monitoraggio della sicurezza e così via. Tutto questo è senza fili. Quindi cerchiamo di trovare la giusta via di mezzo tra il cablato e il wireless, nel senso che utilizziamo il wireless dove otteniamo un enorme vantaggio e il cablato dove è molto importante per la missione”, hanno detto i relatori. Ample ritiene che lo swapping sarà popolare tra i gestori di flotte, gli autisti di consegne, di servizi e di taxi. Questi guidano per centinaia di chilometri al giorno e non vogliono consumare le loro batterie caricandole rapidamente a ogni giro. I co-fondatori hanno anche affermato che lo swapping dovrebbe consentire ai veicoli elettrici usati di rimanere sulla strada, con prestazioni perfette e più a lungo, invece di diventare rifiuti elettronici. Ample sta ora gestendo cinque stazioni di scambio di batterie nell’area della baia di San Francisco, specificamente per gli autisti di Uber. Gli autisti che partecipano con veicoli elettrici supportati possono scambiare una batteria esaurita con una completamente carica in meno di 10 minuti. Al momento, le stazioni hanno una capacità massima di 90 auto al giorno.
