החשש הגובר לפליטת פחמן דו חמצני, השפעות חממה ודלדול מהיר של דלקים מאובנים מעלה את הצורך לייצר ולאמץ חלופות קיימא ידידותיות לסביבה לרכבים המונעים על ידי מנוע הבעירה הפנימית (ICE). מסיבה זו, בעשור האחרון הפכו רכבי הנע לרווחים בדרך כלשהי, בעיקר בגלל פליטת גזי הדלק הזניחה שלהם והסתמכות פחותה על נפט.
אם כבר מדברים על צמיחה, כלי רכב חשמליים (EVs) התקדמו מאוד במהלך 20 השנים האחרונות, הן מבחינת התקדמות הסוללה טֶכנוֹלוֹגִיָה והפחתת עלויות הסוללה. עד לאחרונה, רכבי EV היו בדרך כלל יקרים יותר מכלי רכב מונעי בנזין. כדי להקל על ההצלחה המסחרית של רכבי רכב חשמליים, יש לפתח ולהתקין סוללות חדישות ותשתיות לתמיכה בטעינת סוללות, מה שיהפוך את רכבי החשמל לזולים יותר, נגישים יותר וקלים יותר לשימוש. טעינת EV היא סוג של חוד החנית מבחינת חידושים.
יש בעצם שלוש דרכים להטעין סוללת EV. הטעינה מתבצעת על ידי טעינה מוליכה או אינדוקטיבית ושלישית על ידי החלפת הסוללות. מערכת הטעינה לרכב EV מורכבת מיחידת בקרת מטען, כבל טעינה ויחידת בקרת רכב. ניתן לחלק מטענים לשתי קבוצות עיקריות, אינדוקטיביות ומוליכות. למטען האינדוקטיבי אין משטח מגע ומגנט משמש להעברת הכוח. למרות שצימוד זה מביא נוחות לנהגים, הוא עדיין לא השיג רמה יעילה במיוחד. המטען המוליך הוא מכשיר קונבנציונאלי המשרה חשמל באמצעות מגע.
מערכת טעינה מוליכה אוטומטית לרכב חשמלי
טעינה מוליכה משתמשת במגע ישיר בין מחבר EV לבין כניסת הטעינה. ניתן להזין את הכבל משקע חשמלי רגיל או מתחנת טעינה. למטען המוליך לרכבי EV יש את היתרונות של בגרות, פשטות ועלות נמוכה מכיוון שהוא פשוט משתמש בתקעים ושקעים כדי להוביל אנרגיה חשמלית באמצעות מגעים מתכתיים פיזיים. ישנן שתי שיטות המועסקות בתחנות טעינה לרכב באמצעות שיטות מוליכות, כלומר. מטעני AC או מטענים משולבים ומטעני DC או מטעי חוץ.
העברת כוח מוליך משתמשת במוליך כדי לחבר שני מכשירים אלקטרוניים על מנת להעביר אנרגיה. ישנם שלושה רכיבים בסיסיים בכל הנוגע לטעינת כבלים, מחברים וסוללות לרכב חשמלי, ועל בסיס אותה טעינה מוליכה מתחלק לתוך מחוץ ללוח ו טעינה משולבת.
מערכת טעינה DC מוליכה לרכב חשמלי
טעינת DC מתבצעת מחוץ ללוח באמצעות מטען DC. היא משתמשת בציוד ייעודי לאספקת DC EV כדי לספק אנרגיה ממטענים לא-לוח מתאימים ל- EV במקומות ציבוריים. הוא ידוע כטעינת DC מהירה. יש גמישות ברמת הספק, בניגוד למטענים המשולבים. ניתן להשתמש בו עד 50KW כלומר ניתן לטעון את הסוללה תוך 20 דקות מריק עד 80% מלא. אך לפעמים מספר זה משתנה בהתאם למצב הסוללה ואיכות הרכב.
המטענים המשמשים עד כה לחיבור הרכב לתחנת הכוח החיצונית הם:
- CCS ארה"ב
- CCS אירופה
- צ'דמו
- טסלה ארה"ב/איחוד האירופי
- תקן GB/ T בסין
לכל אלה מספרים שונים של סיכות, שלבים והספק מתח ומשמשים אותם בהתאם לקלט הכוח ברכב. למרות היותה המצב המהיר ביותר וללא הגבלה על אספקת החשמל, למערכת הטעינה של DC יש עדיין מספר מגבלות.
המגבלות מפורטות להלן:-
- הפסדים גבוהים יותר במטען ובסוללה
- סוללה:- חיי סוללה קצרים יותר, ניתן לטעון רק 70-80% SOC בטעינה מהירה
- כבל: זרם מקסימלי מוגבל לכבל שניתן להרים בקלות
- השקעה גבוהה
- השפעה שלילית על הרשת
- זמין רק בתחנות טעינה ציבוריות
- ניהול תרמי
מערכת טעינת AC מוליכה לרכב חשמלי
טעינת AC היא מה שקני החשמל הנפוצים ביותר משתמשים בתהליך הטעינה שלהם. כדי להטעין, הרכב פשוט צריך להיות מחובר לשקע חשמלי רגיל או לשקע חשמל גבוה יותר שתוכנן במיוחד עבור רכבי EV. כפי שאתה יכול לראות, שטח וחומרים הדרושים לתחנת טעינה מסוג זה הם קטנים למדי. עם זאת, הטעינה אורכת זמן רב יותר ולתהליך זה, המכונית חייבת להיות מצוידת ביחידת טעינה המשולבת, דבר המוסיף למשקל המכונית. למטענים המשולבים יש יוצא מן הכלל הזה שהם מוגבלים באספקת חשמל. למרות שגמישות הספק היא המוטו העיקרי של טעינת רכב חשמלי.
כל תהליך הטעינה במערכת טעינת AC שונה במקצת. ישנם טייסי קרבה (הממשיכים לבדוק את חיבור הקשר בין החשמל לתקע התשתית), טייסי בקרה (שולט בזרם המרבי שניתן למשוך) כאשר קלט הטעינה מותקן בתוך הרכב. לכן, שמירה על בדיקת הזרם המרבי המסופק הופכת לחובה במצבים כאלה. שלושת סוגי הציוד העיקריים המשמשים הם רשת לרכב, כבל טעינה ותקע תשתית.
סוגי המטענים המשמשים במערכת טעינת AC הם
- ארה"ב/יפן SAE
- אירופה Mannekes/ טסלה
- EV Plug Alliance
- טסלה ארה"ב
למערכת טעינת AC יש את היתרון הגדול שתוכל לטעון בכל מקום באמצעות שקע החשמל הסטנדרטי ויש לה מערכת ניטור סוללות (BMS) עם תקשורת קלה. למרות שיש לו כמה חסרונות גדולים כמו תפוקת חשמל, זמן טעינה ארוך יותר יחסית, ומשקל הרכב יותר עקב יחידת הכניסה המותקנת.
טעינה אלחוטית של כלי רכב חשמליים
בעולם שבו טעינת מכוניות חשמליות היא נקודת מפתח בהגברת מעבר האנרגיה, פתרונות אחרים יכולים להגיע לצד עמדות טעינה חשמליות. פתרון כזה הוא טעינה אלחוטית. טעינה אלחוטית לרכב היא גרסה משופרת של טעינת סמארטפונים עם מספר הבדלים. “טעינה אינדוקטיבית אלחוטית מאפשרת לרכב חשמלי לטעון אוטומטית ללא צורך בכבלים.
זה מוכח לאורך הדורות, הכל ניתן להרחבה מבחינה טכנית; עם זאת, ככל ששיעורי העברת הכוח עולים, המורכבות והגודל של האלקטרוניקה לניהול חשמל חייבים לעלות. חשוב מכך, ככל שהעוצמה עולה, יש לקחת בחשבון מספר גורמים נוספים, כגון הפסדים תרמיים וניהול תרמי. ככל שחוסר היעילות גבוה יותר, והעוצמה גבוהה יותר, כך הפסדי החום גבוהים יותר ועוד יש לעשות כדי לנהל את החום.
טעינה אינדוקטיבית משתמשת בשדה אלקטרומגנטי (EM) להעברת אנרגיה בין שני סלילים. תהודה מגנטית נוצרת בין סליל תחנת הטעינה לסליל רשת הרכב. הסלילים מכוונים לאותו תדר ומתבצעת העברת אנרגיה ביניהם. זה פשוט כמו שהאנרגיה מועברת מאם לילד שיושב על נדנדה. אנרגיה מועברת באמצעות צימוד אינדוקטיבי למכשירים החשמליים. אנרגיה זו משמשת לטעינת סוללות. מטענים אינדוקטיביים משמשים עם סליל אינדוקציה ליצירת שדה EM מתחלף מבסיס הטעינה. מכשיר נייד כגון מכוניות או משאיות משתמש בסליל אינדוקציה שני כדי לקבל את שדה ה- EM. שדות EM אלה מומרים בחזרה לזרם חשמלי על מנת לטעון את הסוללה של רכבי החשמל.
בניהול כל הגורמים הנוספים והאתגרים הטכניים, יש לנו טעינה אינדוקטיבית שהפכה את הטעינה לפשוטה כמו פשוט להחנות את הרכב שלך. העובדה המעניינת היא שטעינה אלחוטית יעילה ב- 93% וזה כמעט מקצה לקצה בהשוואה לשיטות תדלוק מסורתיות. הכל בא עם קצת שיגעון, אנשים מקבלים את הטכנולוגיה הזו אך יחד עם זאת חוששים מתקלות. אבל מומחים דנו באבטחת הטעינה האלחוטית והם בטוחים מאוד שזה פשוט כמו בישול במטבח. גם במטבח עלינו לזכור כמה אמצעי בטיחות ודומה לזה גם בטעינה אלחוטית.
אפילו מותגי רכב גדולים כמו ב.מ.וו סומכים על הטכנולוגיה הזו. בשנת 2018, BMW השיקה את הדגם החדש שלה עם טעינה אלחוטית וציטטה כי "BMW הופכת את הטעינה לקלה יותר מתדלוק.
טעינת רכב חשמלי דינאמי: כל מה שדיברנו עליו עד עכשיו עוסק בטעינה אלחוטית סטטית. הדבר החדש והטוב ביותר שעליו עובדים על חדשני EV טעינת רכב חשמלי דינאמי (DEVC), המאפשר ל- EV לטעון באופן אלחוטי בזמן שהוא נוסע בכביש. המערכת מסוגלת לטעון EV באופן דינמי במהירות של עד 20 קילוואט במהירויות כביש מהיר (100 קמ"ש).
אתגרים והזדמנויות
כרגע, רכבי EV עוסקים באתגרים בכל הנוגע לתשתיות, עלות הרכב, זמן הטעינה, סוגי הציוד וכו '. החדשנית מאמינה שחדשנות ה- EV תהיה החידוש הטוב ביותר לקיצוץ פליטת הפחמן ופינוי הדרך להתקדמות אקלים משמעותית.
להלן מספר האתגרים המעטים העומדים בפני התשתית הנוכחית-
זמן טעינה: ישנן שלוש "רמות" עיקריות של מטענים הזמינים לרכבי EV. התקע הרגיל של 120 וולט, המשמש לעתים קרובות למכשירי חשמל ביתיים, נטען לאט אך יכול למלא סוללה עד כמעט מלא עם טעינה של מספר לילות, או כ -20 עד 40 שעות. מטעני "רמה שתיים" של 240 וולט מספקים בדרך כלל טעינה של 20 עד 25 קילומטרים בשעה, מה שמקצר את זמן הטעינה לשמונה שעות או פחות. לבסוף, מטענים מהירים מסוג "רמה 3" של זרם ישר (DC) יכולים לטעון סוללה של עד 80 אחוזים תוך 30 דקות. נכון לעכשיו, מטענים ברמה 22,816 הם הזמינים ביותר - משרד האנרגיה מונה XNUMX תחנות ציבוריות בארצות הברית.
זמינות תשתית הטעינה: במקום לתדלק בתחנת דלק אופיינית, יש לטעון רכבים חשמליים (רכבי EV) בשקעי חשמל על מנת לפעול. בעלי רכבי EV רבים מטעינים את מכוניותיהם בבית במוסך באמצעות מטען מיוחד המותקן על הקיר. הסדר זה עובד עבור רוב האנשים מכיוון שאדם ממוצע נוסע 29 קילומטרים ביום. המרחק הזה נמצא היטב בטווח הרכבים החשמליים של היום, שרובם יכולים לנסוע בין 150 ל -250 קילומטרים בטעינה, בהתאם לדגם. עם זאת, מתעוררים שני קשיים עיקריים. ראשית, עבור נהגים המתגוררים בדירות, מוסכים חניה אינם מצויידים לעיתים רחוקות בתשתיות טעינה, והתקנת תשתית כזו עלולה להיות חסרת עלויות עבור מנהלי בניין.
תמחור: בניגוד לתחנות דלק, בהן מחיר הדלק נקבע לליטר, טעינת EV יכולה כרגע לפעול לפי מספר תוכניות תמחור שונות, מה שעלול להוביל לתמחור לא עקבי ולפעמים עלויות טעינה גבוהות. מחירי הטעינה לבית הם תעריפים עקביים לקילוואט-שעה (קוט"ש) שנקבעו על ידי רגולטורי השירות. התמחור בתחנת הטעינה הציבורית השתמש בשיטות הכוללות עמלות לכל מפגש, דמי דקה ותמחור מדורג בהתאם למהירות הטעינה המרבית של הרכב. לעתים קרובות דמי הטעינה אינם מוצגים בתחנות הטעינה. חוסר עקביות וחוסר שקיפות אלה הם חסמים לאימוץ רכבים מכיוון שהם יכולים להוביל לתסכול וחוויות שליליות של לקוחות.
הזדמנויות
- הזדמנות לייצור: נרטיבים מרובים עלו תוך דיבורים על הזדמנויות; אפילו חברות מובילות בהודו כמו NTPC, Bharat Heavy Electricals Ltd (Bhel) ו- Power Grid Corp. of India Ltd כולן רצו להיות חלק מהעוגה הזו. כולם יכולים לראות שזה יהיה העתיד של תעשיית הרכב. עלייתה של תעשיית הרכבים מספקת ללא ספק הזדמנויות רבות לתעשיית הייצור. אפילו ענקי מסחר אלקטרוני גדולים כמו פליפקארט או אמזון מעבירים גם את צי הרכב הקיים שלהם לחשמל. אמזון בראשות ג'ף בזוס הודיעה כי תציג 10,000 יחידות של כלי רכב חשמליים בצי משלוח הסחורות שלה בהודו עד שנת 2025. פליפארט בבעלות וולמארט מתכננת להציג 25,000 יחידות של כלי רכב חשמליים בצי שלה כדי להפחית את פליטת כלי הרכב. כל זה בהחלט ייצור מאגר עצום של הזדמנויות ייצור לענות על הביקוש העצום הזה.
- עלייה עצומה בהזדמנויות B2B: לא רק עסקים, אלא הצרכנים מגלים עניין גובר בניידות חשמלית, תשומת הלב התקשורתית הגוברת אפילו בעולם הפכה מקום רחב להזדמנויות רבות בשוק בין עסקים לעסקים. שחקני מפתח מרכזיים כבר יוצרים סערה בשירותי הייצור לשגשוג מתמשך של מגזר הרכבים. באירוע ועידה שנערך בברלין הודיע מנכ"ל פולקסווגן מתיאס מולר כי השיגו שותפים לאספקת סוללות באירופה ובסין.
- טכנולוגיית סוללה: טכנולוגיית הסוללה היא חלק בלתי נפרד מהמערכת האקולוגית של הרכב החשמלי בהודו. הטכנולוגיות בשוק מצבר הרכב החשמלי עברו שינויים משמעותיים בשנים האחרונות, כאשר טכנולוגיית הסוללה התפתחה מצפיפות אנרגיה נמוכה לצפיפות אנרגיה גבוהה. הרבה שוק שוק הצביע על כך שטכנולוגיית מצבר הרכב החשמלי צפויה לגדול ב -38% CAGR בין 2020 ל -2025, מה שיוצר מרחב גדול להזדמנויות עסקיות בתחום טכנולוגיית הסוללה. כדי לדחוף את השוק עוד יותר, ממשלת הודו הקימה את המשימה הלאומית בנושא ניידות טרנספורמטיבית ואחסון סוללות בראשות ניטי אייוג. עם דגש משמעותי על לוקליזציה, ננקטים אמצעים להפחתת התלות ביבוא וייצור סוללות ורכיבים אחרים מקומיים.
- פינוי ICE: עם יותר ויותר התעניינות בניידות חשמלית, ברור מאליו שהתמעטות העניין ב- ICE תהיה נפגע אוטומטי. וכפנימי בעירה רכבי מנוע מתיישנים, ההזדמנויות העסקיות לביטולן יגדלו יותר בעתיד. הרבה רכבים מזהמים אלה יהיו חסומים על הכביש ויגיעו למרכזי גריטה, מתכות וחומרים מהם ימוחזרו לייצור וחדשנות של מוצרים המותאמים לסביבה.
שיבה צ'והאן | עורך משנה | ELE Times
שיבה צ'והאן
-
שיבה צ'והאןhttps://www.eletimes.com/author/sheeba"למרות הצמיחה המרשימה של אֶלֶקטרוֹנִי ייצור בהודו, הערך המוסף הנקי על ידי יחידות ייצור נמוך מכיוון שרוב הרכיבים עדיין מיובאים ואינם מתוצרת מקומית" - S Ramakrishnan
-
שיבה צ'והאןhttps://www.eletimes.com/author/sheebaמגמות מתעוררות בטכנולוגיות מוליכים למחצה בפס רחב (SiC ו- GaN) ליישומים לרכב וחסכון באנרגיה
-
שיבה צ'והאןhttps://www.eletimes.com/author/sheebaתוכנית הפיתוח שלנו כוללת מוצרי תעשייה ורכב להגדלת ההצעה של SiC מוספים ודיודות, STMicroelectronics: FRANCESCO MUGGERI
-
שיבה צ'והאןhttps://www.eletimes.com/author/sheebaצורת המפעל שלנו: ייצור בעידן שלאחר המגיפה