מגמות ביכולות טעינה של רכבים חשמליים

צמיחת שוק הרכבים החשמליים עשויה להיראות בלתי נמנעת: ההתמקדות בהפחתת פליטות CO2, האקלים הפוליטי הנוכחי, השקעות הממשלה ותעשיית הרכב, והחתירה המתמשכת לחברה חשמלית לחלוטין, כל אלה מצביעים על יתרון בכלי רכב חשמליים. עד כה, אימוץ נרחב של כלי רכב חשמליים על ידי צרכנים הופרע עקב זמני טעינה ארוכים וחוסר בתשתית טעינה. ההתקדמות בטכנולוגיית טעינת הרכבים החשמליים עונה על אתגרים אלה, ומאפשרת טעינה בטוחה ומהירה בבית ובכביש. רכיבי טעינה ותשתיות הולכים וגדלים כדי לענות על צרכי שוק הרכבים החשמליים הצומח במהירות, וסוללים את הדרך לצמיחה אקספוננציאלית בתחבורה חשמלית.

הכוחות המניעים מאחורי שוק הרכבים החשמליים

ההשקעה בכלי רכב חשמליים גדלה מזה מספר שנים, אך מספר מגזרים בחברה הדגישו את תשומת הלב והביקוש הגוברים. ההתמקדות הגוברת בפתרונות אקלימיים הדגישה את חשיבותם של כלי רכב חשמליים - היכולת להפחית את פליטות הפחמן ממנועי בעירה פנימית ולהשקיע בתחבורה אנרגיה נקייה הפכה למטרה נרחבת עבור הממשלה והתעשייה כאחד. התמקדות זו בצמיחה בת קיימא ובשימור משאבי טבע גם מניעה את הטכנולוגיה למגמה לעבר חברה חשמלית לחלוטין - עולם עם אנרגיה בלתי מוגבלת המבוססת על משאבים מתחדשים ללא פליטות מזיקות.
גורמים סביבתיים וטכנולוגיים אלה משתקפים בסדרי העדיפויות של הרגולציה וההשקעות הפדרליות, במיוחד לאור חוק השקעות בתשתיות ותעסוקה משנת 2021, שהקצה 7.5 מיליארד דולר לתשתיות רכב חשמלי ברמה הפדרלית, 2.5 מיליארד דולר למענקי תשתית לטעינה ותדלוק של רכב חשמלי, ו-5 מיליארד דולר לתוכנית הלאומית לטעינת רכב חשמלי. ממשל ביידן שואף גם למטרה של בנייה והתקנה של 500,000 תחנות טעינה לרכב חשמלי ברחבי המדינה.

ניתן לראות מגמה זו גם ברמת המדינה. מדינות כמו קליפורניה, מסצ'וסטס וניו ג'רזי פועלות לחקיקה שתאפשר לאמץ כלי רכב חשמליים לחלוטין. זיכויי מס, תנועת "חשמל אמריקה", תמריצים וחובות משפיעים גם הם על צרכנים ויצרנים כאחד לאמץ את תנועת הרכבים החשמליים.

יצרניות רכב מצטרפות גם הן למעבר לעבר כלי רכב חשמליים. יצרניות רכב מובילות מדור קודם, כולל ג'נרל מוטורס, פורד, פולקסווגן, ב.מ.וו ואאודי, מציגות באופן עקבי דגמים חדשים של רכבים חשמליים. עד סוף 2022, צפויים להיות יותר מ-80 דגמים של רכבים חשמליים ומכוניות היברידיות נטענות זמינים בשוק. ישנו מספר הולך וגדל של יצרניות רכבים חשמליות חדשות המצטרפות גם הן לשוק, כולל טסלה, לוסיד, ניקולה וריביאן.

חברות שירות גם מתכוננות לחברה חשמלית לחלוטין. חשוב שחברות שירות יישארו צעד אחד קדימה בכל הנוגע לחשמול על מנת לעמוד בביקוש הגובר, ותשתיות קריטיות, כולל מיקרו-רשתות, יידרשו לאורך כבישים בין-מדינתיים על מנת לאפשר עמדות טעינה לחשמל. תקשורת בין רכב לרשת צוברת תאוצה גם לאורך כבישים מהירים.

מכשולים בדרך לצמיחה

בעוד שצבר תאוצה באימוץ נרחב של כלי רכב חשמליים, צפויים אתגרים לעכב את הצמיחה. בעוד שתמריצים יעודדו צרכנים או ציי רכב לעבור לרכבים חשמליים, ייתכן שיש להם מלכוד - ייתכן שתהיה תנועה לאפשר לרכבים חשמליים לתקשר עם תשתית כדי לעקוב אחר קילומטראז', מה שידרוש חידושים טכנולוגיים ותשתית תקשורת חיצונית.

אחד המכשולים הגדולים ביותר לאימוץ רכבים חשמליים ברמת הצרכנים הוא תשתית טעינה אמינה ויעילה. על פי ההערכות, עד שנת 2030 יידרשו כ-9.6 מיליון עמדות טעינה כדי להתאים את עצמן לצמיחה הצפויה של שוק הרכבים החשמליים. כמעט 80% מהעמדות הללו יהיו עמדות טעינה ביתיות, וכ-20% יהיו עמדות טעינה ציבוריות או במקום העבודה. כיום, צרכנים מהססים לרכוש רכב חשמלי עקב חרדת טווח נסיעה - החשש שמכוניתם לא תוכל לבצע מסע ארוך מבלי שיהיה צורך להיטען מחדש, ושתחנות טעינה לא יהיו זמינות או יעילות בעת הצורך.

מטענים ציבוריים או משותפים בפרט חייבים להיות מסוגלים לספק יכולות טעינה במהירות גבוהה כמעט קבועות מסביב לשעון. נהג שעוצר בתחנת טעינה לאורך כביש מהיר כנראה זקוק לטעינה מהירה ועוצמתית - מערכות טעינה בעלות עוצמה גבוהה יוכלו לספק לרכבים סוללה כמעט טעונה במלואה לאחר מספר דקות טעינה בלבד.

מטענים מהירים דורשים שיקולי תכנון ספציפיים כדי לפעול בצורה אמינה. יכולות קירור נוזלי נחוצות כדי לשמור על פיני הטעינה בטמפרטורה אופטימלית ולהאריך את הזמן שניתן לטעון רכב עם זרמים גבוהים יותר. באזורי טעינה צפופי רכב, שמירה על קירור פיני המגע תיצור טעינה יעילה, עקבית ואמינה בהספק גבוה כדי לענות על הזרימה הקבועה של דרישת טעינה של הצרכנים.

שיקולי תכנון מטען בעל הספק גבוה

מטענים לרכבים חשמליים נבנים יותר ויותר תוך התמקדות באופטימיזציה של עמידות ויכולות טעינה בהספק גבוה כדי לענות על צרכי נהגי רכבים חשמליים ולהתגבר על חרדת טווח. מטען רכבים חשמליים בעל הספק גבוה של 500 אמפר מתאפשר הודות למערכת קירור וניטור נוזלים - נושא המגע במחבר הטעינה בעל מוליכות תרמית ומשמש גם כגוף קירור כאשר נוזל הקירור מפזר את החום דרך צינורות קירור משולבים. מטענים אלה מכילים מגוון חיישנים, כולל חיישני דליפת נוזל קירור וניטור טמפרטורה מדויק בכל מגע חשמל כדי להבטיח שהפינים לא יעלו על 90 מעלות צלזיוס. אם מגיעים לסף זה, בקר הטעינה בתחנת הטעינה מפחית את תפוקת החשמל כדי לשמור על טמפרטורה מקובלת.

מטעני רכב חשמלי צריכים גם להיות מסוגלים לעמוד בבלאי ולעבור תחזוקה בקלות. ידיות טעינה לרכב חשמלי מתוכננות לבלאי, טיפול גס לאורך זמן המשפיע על הצד המחבר הוא בלתי נמנע. יותר ויותר, מטענים מתוכננים עם רכיבים מודולריים, המאפשרים החלפה קלה של הצד המחבר.
ניהול כבלים בתחנות טעינה הוא גם שיקול חשוב לאריכות ימים ואמינות. כבלי טעינה בעלי עוצמה גבוהה מכילים חוטי נחושת, קווי קירור נוזליים וכבלי פעילות, אך עדיין צריכים לעמוד במשיכה או בנסיעה מעליהם. שיקולים נוספים כוללים תפסים הניתנים לנעילה, המאפשרים לנהג להשאיר (מודולריות של הצד המחבר יחד עם המחשה של זרימת נוזל הקירור) את רכבו טעון בתחנה ציבורית מבלי לחשוש שמישהו ינתק את הכבל.