ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Στις αρχές της χρονιάς οι κυβερνήσεις της Αγγλίας και της Γαλλίας ανακοίνωσαν την πρόθεση να απαγορεύσουν το 2040 τις πωλήσεις βενζινοκίνητων και πετρελαιοκίνητων αυτοκινήτων δίνοντας έτσι ένα ισχυρό σήμα υπέρ της επερχόμενης ηλεκτροκίνησης. Όλοι οι κατασκευαστές έχουν αποδυθεί στην προσπάθεια ανάπτυξης της νέας γενιάς των ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων επιλύοντας και κάποια από τα γνωστά προβλήματα που φαίνεται ότι αντιμετωπίζονται πλέον με επιτυχία.
Τα κρισιμότερα θέματα που επηρεάζουν την εξέλιξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι η αυτονομία τους και η υποδομές φόρτισης. Η Tesla υπήρξε ο πρώτος κατασκευαστής ηλεκτρικών αυτοκινήτων ο οποίος δοκίμασε να τα αντιμετωπίσει εγκαθιστώντας το δικό της δίκτυο ταχυφορτιστών, εξασφαλίζοντας έτσι φόρτιση κατά 80% σε 30 λεπτά της ώρας με αντίστοιχη αύξηση της αυτονομίας κατά 275 χλμ. Όμως η εξέλιξη των ταχυφορτιστών με προδιαγραφές CCS (Combined Charging System) όπως και εκείνων με προδιαγραφές CHAdeMO, οι οποίοι επιδιώκουν να εξελιχθούν σε παγκόσμια πρότυπα, δημιουργούν ήδη στην Tesla προβλήματα προσαρμοστικότητας τα όποια πρέπει να επιλυθούν.
Και τα δύο προαναφερόμενα συστήματα ταχείας φόρτισης σχεδιάστηκαν για ισχύ φόρτισης μέχρι 150 kW αλλά και με μελλοντική πρόβλεψη για επαύξησή της μέχρι και 350 kW σε μια προσπάθεια να μειωθεί ακόμα περισσότερο ο απαιτούμενος χρόνος επαναφόρτισης. Πολλοί κατασκευαστές παράγουν σήμερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα ικανά να δεχτούν ρυθμούς φόρτισης ισχύος μέχρι και 100 kW, ενώ η Porsche πιέζει τις εξελίξεις ακόμα περισσότερο με το Mission E concept το οποίο θα μπορεί να δεχθεί ισχύ φόρτισης μέχρι και 350 kW σε στάθμη δυναμικού 800 V. Επίσης άρχισαν να αναγγέλλονται διάφορες καινοτομίες στην τεχνολογία των συσσωρευτών και των ακροδεκτών οι οποίες επιβεβαιώνουν την επερχόμενη εξέλιξη στο θέμα της ταχείας φόρτισης.
ΔΙΚΤΥΑ ΤΑΧΥΦΟΡΤΙΣΤΩΝ
Το CCS είναι το επικρατέστερο σήμερα πρότυπο ταχείας φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων στην Ευρώπη, ενώ το CHAdeMO αποτελεί το σύνηθες πρότυπο των Ιαπώνων κατασκευαστών περιλαμβανομένης και της Nissan. Μερικοί τύποι ταχυφορτιστών καλύπτουν και τα δύο αυτά πρότυπα έτσι ώστε να εξυπηρετούν όλους τους κατόχους ηλεκτρικών αυτοκινήτων αν και όλες οι ενδείξεις πείθουν ότι αν ένα από αυτά τα δύο συστήματα πρόκειται να επικρατήσει στο μέλλον αυτό θα είναι το CCS το οποίο υιοθετήθηκε και από την SAE ως το επίσημο πρότυπο ταχείας φόρτισης που θα εξελίσσεται. Η Tesla, η οποία έγινε μέλος της CharIN e.V. το 2016, θα επηρεάσει άλλωστε αποφασιστικά τις όποιες εξελίξεις στο θέμα της τυποποίησης των δικτύων.
Η CharIN e.V. αποτελεί φορέα συνεργασίας των κατασκευαστών που επιδιώκει τη δημιουργία πανευρωπαϊκού δικτύου ταχυφορτιστών με τη χρήση μονάδων ισχύος 150 kW. Η Tesla απεύθυνε πρόσκληση στους άλλους κατασκευαστές να αποδεχτούν το δικό της πρωτόκολλο υπερταχείας φόρτισης αλλά με τη σειρά της προσκλήθηκε να επιλέξει κάποιο από τα διεθνή πρότυπα με το οποίο να καταστεί συμβατό το δίκτυό της.
Αυτή η επιλογή θα είναι κρίσιμη για το μέλλον επειδή τα σχέδια της Tesla προβλέπουν για το μοντέλο 3 να καταστεί το πλέον δημοφιλές ηλεκτρικό αυτοκίνητο μέσα στους επόμενους 12 έως 18 μήνες με τελευταίες προβλέψεις ρυθμού παραγωγής του να ανέρχονται σε 5.000 μονάδες ανά εβδομάδα από τον Μάρτιο του 2018. Παρόλο ότι επί του παρόντος το μοντέλο 3 χρησιμοποιεί το υπάρχον σύστημα ταχυφόρτισης της Tesla τα επόμενα αυτοκίνητα προβλέπεται να είναι συμβατά με το σύστημα CCS έτσι ώστε τα διάφορα άλλα δίκτυα ταχείας φόρτισης να μπορούν να υποστηρίζουν το ποιο δημοφιλές ηλεκτρικό αυτοκίνητο.
Προχωρώντας προς την ανάπτυξη του πανευρωπαϊκού δικτύου φόρτισης, η CharIN e.V. πρόσφατα ανακοίνωσε ένα κοινό σχέδιο μεταξύ των μελών CLEVER και Ε.ΟΝ για τη δημιουργία δικτύου 180 φορτιστών υπερταχείας φόρτισης που θα καλύψουν την έκταση επτά χωρών συνδέοντας τη Νορβηγία με την Ιταλία. Το έργο αυτό εξασφάλισε ήδη χρηματοδότηση ύψους 10 εκατομμυρίων Euros μέσω του προγράμματος CEF (Connecting Europe Facility) της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και γρήγορα θα δούμε να εγκαθίστανται σταθμοί ταχείας φόρτισης ισχύος 150 kW ανά διαστήματα 120-180 χλμ κατά μήκος των αυτοκινητόδρομων της Ευρώπης και μάλιστα με προοπτική αναβάθμισής τους σε ισχύ 350 kW. Οι σταθμοί αυτοί θα εγκατασταθούν στη Γερμανία, τη Δανία, την Αγγλία, την Ιταλία, τη Νορβηγία τη Σουηδία και τη Γαλλία και θα παρέχουν τη δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας για την κάλυψη διαδρομής 400 χλμ σε χρονικό διάστημα 20-30 λεπτών της ώρας.
Επίσης η CharIN e.V. ανακοίνωσε το έργο NEXT-E το οποίο θα εγκαταστήσει περαιτέρω δίκτυα ταχείας φόρτισης σε τάση 800 V που θα είναι ικανά να φορτίζουν τη συστοιχία των Porsche Mission E κατά 80% σε χρόνο 15 λεπτών της ώρας. Η Porsche ανακοίνωσε ότι τα αυτοκίνητά της θα υποστηρίζουν την ταχυφόρτιση με ισχύ 350 kW επιδεικνύοντας μάλιστα στις αρχές της χρονιάς δύο τέτοιους σταθμούς υπερταχείας φόρτισης. Η παραγωγή αυτού του μοντέλου του αυτοκινήτου προβλέπεται να αρχίσει το 2019 αλλά η εγκατάσταση των δύο φορτιστών έγινε ήδη στις νέες εγκαταστάσεις της Porsche στο Berlin-Adlershof και επί του παρόντος παρέχουν ισχύ φόρτισης από 50 έως 150 kW με χρήση του προτύπου CCS, εν αναμονή παραγωγής αυτοκινήτων ικανών να δεχτούν ισχύ μέχρι 350 kW.
ABB TERRA HP
Ένα ακόμα βήμα προς την κατεύθυνση της υπερταχείας φόρτισης αποτελεί η πρόσφατη ανακοίνωση της ABB για την παραγωγή των πρώτων φορτιστών ισχύος 150 – 350 kW στο πλαίσιο του νέου συστήματος Terra HP (High Power) που επεδείχθη τον περασμένο Οκτώβρη στη Στουτγάρδη.
Το σύστημα Terra HP έχει τη δυνατότητα να παρέχει φόρτιση τόσο σε τάση 400 V όσο και σε τάση 800 V με πλήρη ισχύ αντιστοίχως. Η 375 Αμπέρ έξοδός κάθε μονάδας του μπορεί να φορτίζει αυτοκίνητα με ηλεκτρικό σύστημα 400 V με ισχύ 150 kW συνεχώς. Ο συνδυασμός που ονομάζει η εταιρεία “ABB Dynamic DC power sharing technology” επιτρέπει σε δύο τέτοιες μονάδες να συνεργάζονται παρέχοντας φόρτιση σε δύο αυτοκίνητα ταυτόχρονα και με ισχύ που μπορεί να φτάνει τα 350 kW με 500 Αμπέρ έξοδο ενώ ταυτόχρονα ρυθμίζει απόλυτα τη φόρτισή του επιτυγχάνοντας τον βέλτιστο ρυθμό.
Η εφαρμογή είναι ήδη δοκιμασμένη σε ηλεκτρικά λεωφορεία, υποστηριζόμενη από την υπηρεσία Ability Connected Services της εταιρείας ABB, με εξαιρετικά αποτελέσματα στα θέματα της λειτουργικότητας, της μείωσης στο ελάχιστο του χρόνου ακινησίας των οχημάτων και της ελαχιστοποίησης του λειτουργικού τους κόστους.
CONTINENTAL ALLCHARGE
Μια ευρηματική προσέγγιση σε μια μη-σύμφωνη με τα ισχύοντα πρότυπα εγκατάσταση φόρτισης είναι και η προτεινόμενη από τον προμηθευτή Continental με το όνομα Allcharge. Το σύστημα είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να μετατρέπει το ηλεκτρικό σύστημα της πρόωσης του οχήματος σε φορτιστή ικανό να συνεργάζεται με όλους τους τύπους των σταθμών φόρτισης είτε αυτοί απλές ηλεκτροπαροχές εναλλασσόμενου ρεύματος είτε ταχυφορτιστές συνεχούς ρεύματος.
Στην εφαρμογή αυτή αξιοποιείται κατά τη φάση της φόρτισης και το ίδιο το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό σύστημα πρόωσης του αυτοκινήτου παρέχοντας στον συσσωρευτή το μέγιστο της διατιθέμενης ισχύος φόρτισης. Το μόνο επιπλέον εξάρτημα που απαιτείται είναι ένας μετατροπέας DC/DC που ρυθμίζει και βελτιστοποιεί τη ροή φόρτισης προς τη συστοιχία των συσσωρευτών πρόωσης. Στις περιπτώσεις παροχής εναλλασσόμενου ρεύματος η ροή της ενέργειας περνάει μέσα από το σύστημα πρόωσης προς τον μετατροπέα όπου και μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα πριν διοχετευθεί στη συστοιχία ενώ στην περίπτωση της παροχής συνεχούς ρεύματος από τον ταχυφορτιστή η ροή διοχετεύεται μέσω του αντιστροφέα απευθείας στη συστοιχία των συσσωρευτών
Με την τεχνολογία Allcharge καθίσταται δυνατή η πλήρης αξιοποίηση της διατιθέμενης ισχύος ακόμα και σε συστήματα 800 V και ισχύος μέχρι 350 kW. Η Continental υπογραμμίζει ότι η μέγιστη ωφέλεια από το σύστημα διαπιστώνεται στην περίπτωση των αστικών φορτίσεων όπου μπορεί να διαπιστωθεί και επίσπευση της φόρτισης ακόμα και κατά 12 φορές. Τέλος το σύστημα μπορεί να παρέχει κατά τη διάρκεια της φόρτισης και τάση 230 V εναλλασσόμενου ρεύματος για χρήση επί του αυτοκινήτου
TOSHIBA
Οι χρόνοι φόρτισης μπορούν επίσης να ελαττωθούν μέσω των τεχνολογικών εξελίξεων των συσσωρευτών. Η Toshiba ανακοίνωσε πρόσφατα ότι οι συσσωρευτές της επόμενης γενιάς θα μπορούν να δέχονται φορτία ενέργειας ικανά να εξασφαλίσουν αυτονομία 320 χλμ μετά από υπερταχεία φόρτιση διάρκειας μόλις 6 λεπτών της ώρας.
Οι επόμενης γενιάς συσσωρευτές της Toshiba τύπου SCiB χρησιμοποιούν νέα υλικά που διπλασιάζουν τη χωρητικότητα της ανόδου. Από την έναρξη της παραγωγής τους το 2008, η εταιρεία ανάπτυξε τεχνολογία χρήσης ενός οξειδίου του τιτανίου ως υλικού της ανόδου που από μόνη της είχε διπλασιάσει την κατ’ όγκο χωρητικότητα του συσσωρευτή σε σχέση με την
τεχνολογία της ανόδου από γραφίτη. Οι δοκιμές που έγιναν, για τη νέα γενιά, σε μονάδες των 50 Ah απέδειξαν επίσης ότι διατηρείται η μακρά ζωή των στοιχείων μετρούμενη σε κύκλους φόρτισης – εκφόρτισης, η χαμηλής θερμοκρασίας λειτουργία και η αντοχή σε υπερταχείες φορτίσεις.
Όπως μάλιστα αποδείχτηκε οι νέας γενιάς συσσωρευτές της Toshiba που θα βγουν στην αγορά το 2019 θα διατηρούν το 90% της χωρητικότητάς τους ακόμα και μετά από 5000 κύκλους φόρτισης – εκφόρτισης
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Το πεδίο εφαρμογών φόρτισης των συσσωρευτών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι ευρύτατο και διαθέτει πολλούς συμμετέχοντες στην προσπάθεια βελτίωσης των χαρακτηριστικών του. Στην Ευρώπη το πρότυπο CCS φαίνεται να επιβάλλεται κυρίως υπό το φώς της αποδοχής του από την Porsche για το μοντέλο Mission – E με το ηλεκτρικό σύστημα των 800 V.
Τα δίκτυα άρχισαν να αναπτύσσονται ταχέως σε όλη την Ευρώπη και αυτό θα αποδειχθεί ως σημαντικότατη εξέλιξη για την ευρύτερη διάδοση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Πράγματι η μείωση του χρόνου φόρτισης σε συνδυασμό με τη βελτίωση των τεχνικών χαρακτηριστικών των συσσωρευτών δίνουν μια εξαιρετικά καλή εικόνα των αναμενόμενων εξελίξεων που θα αποδειχθούν καταλυτικές για την πρόοδο της ηλεκτροκίνησης. Όταν η βιομηχανία ξεπεράσει τα προβλήματα της περιορισμένης αυτονομίας και του μεγάλου χρόνου φόρτισης το ηλεκτρικό αυτοκίνητο θα κατακλύσει τους δρόμους.
ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΤΟΥ «AUTOMOTIVE IQ»
