Þróun í hleðslugetu rafbíla

Vöxtur markaðarins fyrir rafbíla kann að virðast óumflýjanlegur: áherslan á að draga úr losun koltvísýrings, núverandi stjórnmálaástand, fjárfestingar stjórnvalda og bílaiðnaðarins og áframhaldandi leit að rafknúnu samfélagi benda öll til blessunar í rafbílum. Þangað til nú hefur útbreidd notkun rafbíla meðal neytenda þó verið hamluð af löngum hleðslutíma og skorti á hleðsluinnviðum. Framfarir í hleðslutækni fyrir rafbíla takast á við þessar áskoranir og gera kleift að hlaða á öruggan og hraðan hátt heima og á veginum. Hleðslubúnaðir og innviðir eru að aukast til að mæta þörfum ört vaxandi markaðarins fyrir rafbíla og ryðja brautina fyrir veldisvöxt í rafknúnum samgöngum.

Drifkraftar á bak við rafbílamarkaðinn

Fjárfesting í rafknúnum ökutækjum hefur verið að aukast í nokkur ár, en aukin athygli og eftirspurn hefur verið lögð áhersla á af ýmsum geirum samfélagsins. Vaxandi áhersla á loftslagslausnir hefur undirstrikað mikilvægi rafknúinna ökutækja – möguleikinn á að draga úr kolefnislosun frá brunahreyflum og fjárfesta í hreinni orkuflutningum hefur orðið útbreitt markmið bæði stjórnvalda og atvinnulífs. Þessi áhersla á sjálfbæran vöxt og varðveislu náttúruauðlinda knýr einnig tækni í átt að alrafknúnu samfélagi – heimi með ótakmarkaðri orku byggða á endurnýjanlegum auðlindum án skaðlegra losunar.
Þessir umhverfis- og tæknilegu drifkraftar endurspeglast í forgangsröðun alríkisreglugerðar og fjárfestinga, sérstaklega í ljósi laga um fjárfestingu í innviðum og atvinnusköpun frá árinu 2021, sem eyrnamerkti 7,5 milljarða dala til innviða fyrir rafknúin ökutæki á alríkisstigi, 2,5 milljarða dala til styrkja til hleðslu- og eldsneytisáfyllingar fyrir rafknúin ökutæki og 5 milljarða dala til þjóðarhleðsluáætlunar fyrir rafknúin ökutæki. Stjórn Biden stefnir einnig að því að byggja og setja upp 500.000 hleðslustöðvar fyrir jafnstraum um allt land.

Þessa þróun má einnig sjá á fylkisstigi. Fylki á borð við Kaliforníu, Massachusetts og New Jersey eru að vinna að löggjöf til að taka upp alrafknúin ökutæki. Skattalækkanir, Electrify America hreyfingin, hvatar og tilskipanir hafa einnig áhrif á neytendur og framleiðendur til að tileinka sér rafknúin ökutæki.

Bílaframleiðendur eru einnig að taka þátt í þróuninni í átt að rafknúnum ökutækjum. Leiðandi bílaframleiðendur á borð við GM, Ford, Volkswagen, BMW og Audi eru stöðugt að kynna nýjar gerðir rafbíla. Í lok árs 2022 er gert ráð fyrir að fleiri en 80 gerðir rafbíla og tengiltvinnbílar verði fáanlegir á markaðnum. Fjöldi nýrra rafbílaframleiðenda er einnig að aukast, þar á meðal Tesla, Lucid, Nikola og Rivian.

Veitufyrirtæki eru einnig að búa sig undir rafknúið samfélag. Það er mikilvægt að veitufyrirtæki séu á undan öllum öðrum þegar kemur að rafvæðingu til að mæta vaxandi eftirspurn og mikilvæg innviði, þar á meðal örnet, verða nauðsynleg meðfram þjóðvegum til að koma til móts við hleðslustöðvar fyrir rafmagn. Samskipti milli ökutækja og raforkukerfis eru einnig að ryðja sér til rúms meðfram hraðbrautum.

HINDRANIR Á VÖXTI

Þótt mikil aukning sé í notkun rafknúinna ökutækja er búist við að áskoranir muni hamla vexti. Þótt hvatar muni hvetja neytendur eða flota til að skipta yfir í rafknúin ökutæki, gæti þeim fylgt galli – það gæti verið hreyfing í þá átt að rafknúin ökutæki geti átt samskipti við innviði til að fylgjast með akstri, sem krefst tækninýjunga og innviða fyrir fjarskipti utandyra.

Ein af stærstu hindrunum fyrir notkun rafknúinna ökutækja á neytendastigi er áreiðanleg og skilvirk hleðsluinnviði. Áætlað er að þörf verði á 9,6 milljón hleðslustöðvum fyrir árið 2030 til að mæta fyrirsjáanlegum vexti rafknúinna ökutækjamarkaðarins. Næstum 80% af þessum hleðslustöðvum verða heimahleðslustöðvar og um 20% verða opinberar hleðslustöðvar eða hleðslustöðvar á vinnustöðum. Eins og er hika neytendur við að kaupa rafknúin ökutæki vegna kvíða um drægni – áhyggjum af því að bíllinn þeirra geti ekki farið langa ferð án þess að þurfa að hlaða hann og að hleðslustöðvar verði ekki tiltækar eða skilvirkar þegar þörf krefur.

Opinberar eða sameiginlegar hleðslustöðvar verða sérstaklega að geta boðið upp á nánast stöðuga háhraðahleðslu allan sólarhringinn. Ökumaður sem stoppar við hleðslustöð við hraðbraut þarf líklega á hraðri og öflugri hleðslu að halda – öflug hleðslukerfi geta gefið ökutækjum nánast fullhlaðna rafhlöðu eftir aðeins nokkurra mínútna hleðslu.

Hraðhleðslutæki krefjast sérstakra hönnunarsjónarmiða til að virka áreiðanlega. Vökvakæling er nauðsynleg til að halda hleðslupinnunum við kjörhita og lengja þann tíma sem hægt er að hlaða ökutæki með hærri straumum. Á hleðslusvæðum þar sem ökutæki eru þétt hlaðin mun kæling á tengipinnunum skapa skilvirka og stöðuga áreiðanlega hleðslu með miklum afli til að mæta stöðugri hleðsluþörf neytenda.

HÖNNUNARÁÆTLUN HLEÐSLUTÆKJA MEÐ ÖFLUGUM AFKÖFUM

Hleðslutæki fyrir rafbíla eru í auknum mæli smíðuð með áherslu á að hámarka endingu og afkastamikla hleðslugetu til að mæta þörfum rafbílstjóra og sigrast á kvíða varðandi drægni. Öflug hleðslutæki fyrir rafbíla með 500 amperum er mögulegt með vökvakælingar- og eftirlitskerfi - tengiliðurinn í hleðslutenginu er með varmaleiðni og þjónar einnig sem kælivökvi þar sem kælivökvinn dreifir hitanum í gegnum innbyggðar kælirör. Þessi hleðslutæki innihalda ýmsa skynjara, þar á meðal skynjara fyrir kælivökvaleka og nákvæma hitastigsvöktun við hverja aflgjafatengju til að tryggja að pinnarnir fari ekki yfir 90 gráður á Celsíus. Ef því marki er náð minnkar hleðslustýringin í hleðslustöðinni afköstin til að viðhalda ásættanlegu hitastigi.

Hleðslutæki fyrir rafbíla þurfa einnig að þola slit og geta auðveldlega farið í gegnum viðhald. Hleðsluhandföng fyrir rafbíla eru hönnuð fyrir slit og því er óhjákvæmilegt að gróf meðhöndlun hafi áhrif á tengiflötinn með tímanum. Í auknum mæli eru hleðslutæki hönnuð með einingaeiningum, sem gerir auðvelt að skipta um tengiflötinn.
Kapalstjórnun í hleðslustöðvum er einnig mikilvægur þáttur fyrir endingu og áreiðanleika. Öflugir hleðslusnúrur innihalda koparvíra, kælivökvalínur og virknisnúrur en þurfa samt að þola að vera togað í þær eða ekið yfir þær. Önnur atriði sem þarf að hafa í huga eru læsanlegar lásar, sem gerir ökumanni kleift að skilja (mátmynd tengifletis ásamt mynd af kælivökvaflæði) eftir hleðslu ökutækis síns á almenningsstöð án þess að hafa áhyggjur af því að einhver gæti aftengt snúruna.