Elektrická auta. Golfová auta. NEV. Co bude dál s bezdrátovým nabíjením?
Autor: Amy Barzdukas
Mylná představa č. 1, kterou lidé o bezdrátovém nabíjení EV mají, je, že to nějak musí být méně účinné a pomalejší než připojení – mám na mysli, že existuje VZDUCHOVÁ MEZERA. Ve WiTricity mluvíme, dokud nejsme modří, a snažíme se vysvětlit, že naše technologie není stejná jako staromódní indukční nabíjení, které používá váš elektrický zubní kartáček nebo bezdrátové nabíjení smartphonu. Tlačný výkon přes vzduchovou mezeru je velmi účinný díky jedinečné konstrukci cívek. Ztráty v jakémkoli nabíjecím systému, bezdrátovém nebo kabelovém, jsou většinou způsobeny výkonovou elektronikou, která převádí střídavý proud ze sítě na stejnosměrný proud, který baterie potřebuje. Pamatujte, že plug-in nabíjení není 100% účinné – palubní nabíječka vozidla (OBC) má ztráty, které jsou přibližně stejné jako systém bezdrátového nabíjení!
Ale konverzace o „procentních bodech efektivity“ je většinou zajímavá pro inženýry. Lidé, kteří vlastní a řídí elektromobily, nám říkají, že účinnost si představují jako „jak dlouho trvá nabití mého auta? Odpověď samozřejmě zní, že „záleží“. Závisí to na řadě faktorů, včetně toho, jak je baterie vybitá, maximálního výkonu bezdrátové nabíječky nebo OBC, jmenovitého proudu obvodu, ke kterému je nástěnný box připojen, a/nebo teploty vozidla.
Existují tři obecné kategorie nabíječek:
- Přenosná nabíječka „Level 1“, která je dodávána s většinou EV a zapojuje se do běžné elektrické zásuvky 100 V AC.
- Nabíječka „Level 2“, rychlejší nabíječka, kterou si mnoho majitelů elektromobilů nainstaluje doma a připojuje se k okruhu 220 V AC, je úroveň nabíječky nejrozšířenější ve veřejných nabíjecích zařízeních.
- „DC Fast Charger“, což je nejrychlejší nabíjení ze všech s výkonem od 50 kW do 350 kW (a které je mnohem dražší než samotné vozidlo!)
Bezdrátová nabíječka WiTricity Halo™ uvedená na trh v letošním roce je 11kW nabíječka, o které často říkáme, že je stejně rychlá u zástrčky – a v tomto případě máme na mysli zástrčku úrovně 2. Ale to je místo, kde se označení „Úroveň 2“ SKUTEČNĚ komplikuje – nabíječky úrovně 2 mohou být dimenzovány na kdekoli od 6.6 kW do 19 kW. Drtivá většina nabíječek úrovně 2, které se dnes používají, není ani zdaleka 11 kW. Když budu mluvit z osobní zkušenosti, moje vlastní domácí nabíječka pro elektromobily pracuje s výkonem asi 5 kW (a vesele se nabíjí, když spíme a nikdy se netrápíme). Většina veřejných nabíječek úrovně 2 pracuje s výkonem kolem 7 kW.
Dost s těmi watty. Co to znamená v praxi?
Vyzkoušeli jsme náš Ford Mustang Mach-E (vylepšený o podporu bezdrátového nabíjení kromě zástrčky). Každý jsme nabíjeli 30 minut na naší bezdrátové nabíječce WiTricity Halo a na nabíječce ChargePoint Level 2, která je veřejně dostupná ve stejné garáži, kde sídlí laboratoř Detroit Smart Parking Lab.
Za 30 minut posunul konektor ChargePoint Mustang Mach-E z 50 % stavu nabití (SOC) na 51 %, čímž vozu přidal zhruba 2 míle dojezdu. Bezdrátová nabíječka WiTricity Halo posunula Mustang Mach-E z 50 % SOC na 57 %, čímž vozu přidala zhruba 12 mil dojezdu. Pro majitele EV je to skutečný rozdíl. Nabíjení WiTricity Halo je nejen stejně účinné jako zástrčka, ale v mnoha případech může být měřitelně rychlejší než zástrčka úrovně 2.
Nyní budou pochybovači chtít znát podrobnosti.
- Všechna měření stavu nabití baterie (SOC) a dostupných mílí byla převzata z displeje Mustang Mach-E
- U obou scénářů nabíjení jsme začali s 50% SOC na baterii
- Oba scénáře nabíjely na zhruba 43-46 stupňů Fahrenheita (asi 5-6 stupňů Celsia), v parkovací garáži vystavené povětrnostním vlivům. (Ano, byla to zima.)
- První nabíjení byl bezdrátový scénář, kdy byla baterie studená: vozidlo stálo přes noc v garáži.
- Druhé nabíjení pomocí zástrčky L2 bylo provedeno po bezdrátové relaci a poté, co jsme vypálili nabití, abychom se ujistili, že baterie je na stejném SOC. Samotná baterie mohla být ve skutečnosti o něco teplejší než ve scénáři bezdrátového nabíjení, ale ne o mnoho.
- Ve videu, kde v obou případech vidíte na displeji blikat žlutý rámeček, jsme museli otevřít dveře auta, aby displej, který jsme natáčeli, zůstal rozsvícený. Nedošlo k žádnému přerušení nebo změně procesu nabíjení, který pokračoval beze změny.
Pro spotřebitele, který se dívá na to, „kolik mil mohu ujet za kolik času“, a nemá žádné zvláštní znalosti o zesilovačích, wattech nebo proudech, je to skutečný rozdíl.
EV vs ICE: Překvapivé rozdíly v účinnosti, ceně a dopadu
Co se v noci nezkazí?
Elektrická auta. Golfová auta. NEV. Co bude dál s bezdrátovým nabíjením?
Co je to obousměrné nabíjení a proč ho potřebujete?
Zničí elektromobily Power Grid?
Když mluvíme s lidmi o bezdrátovém nabíjení pro elektromobily, jednou z prvních věcí, o kterých je musíme přesvědčit, je, že bezdrátové nabíjení je skutečné. S elektromobily, které se nyní dodávají po Asii s nainstalovaným bezdrátovým nabíjením – a spoustou videí, která je demonstrují (viz například Hyundai Genesis GV60 nebo FAW HongQi E-HS9) – a s naším vlastním oznámením o nadcházejících upgradech bezdrátového nabíjení WiTricity Halo™ „skutečnost“ není ve skutečnosti zpochybňována. Mýtus, který musíme řešit, je však hluboce zakořeněné podezření ohledně účinnosti bezdrátového nabíjení. Jak je to ve srovnání s plug-in nabíjením?
Začněme stanovením účinnosti plug-in nabíjení. (Další informace o nabíjení naleznete na našem blogu zde.)
Plug-in nabíjení není 100% účinné. Ke ztrátám energie, především ve formě tepla, dochází na každém kroku cesty od sítě k baterii. A co víc, bez ohledu na značku se zásuvná nabíječka EV skládá z mnoha komponent, z nichž každá může být více či méně účinná než podobné komponenty v jiné nabíječce. Takže „účinnost“ přenosu energie ze sítě až do baterie zahrnuje řadu; typická domácí nabíječka úrovně 2 pracuje v rozsahu přibližně 83-94% účinnosti mezi sítí a baterií v závislosti na tom, kterou si koupíte.
Níže je schéma, které znázorňuje cestu od sítě k baterii pomocí zásuvné nabíječky úrovně 2. Všimnete si, že v cestě jsou různá místa, kde se proud mění ze střídavého na stejnosměrný a zpět; toto je koncept, který spínané napájecí zdroje využívají pro zvýšení účinnosti a zmenšení velikosti systému. Uvidíte také, že stupeň měniče zahrnuje změnu frekvence, která umožňuje lepší ovladatelnost proudu.
Ve scénáři plug-in AC EV nabíjení se velká část těžkého zvedání provádí na vozidle prostřednictvím palubní nabíječky (OBC), která zahrnuje usměrňovač PFC, invertor, transformátor a usměrňovač – to vše je potřeba k vytvoření energie ze sítě na energii, kterou může spotřebovat baterie EV. (Jednotka zavěšená na stěně je relativně nekomplikovaná, jak toto video velmi dobře vysvětluje.)
Ale s bezdrátovým nabíjením vozidlo nepotřebuje palubní nabíječku (OBC), takže to pomáhá snížit složitost nabíjení ve vozidle. Některé z těchto stejných spínacích operací napájení se odehrávají v nástěnném boxu, na rozdíl od toho ve vozidle:
Mind the Gap
Proč ale „mezera“ mezi vozovkou a vozidlem nezpůsobuje ztráty? Zdá se kontraintuitivní, že prostor nezavede neefektivitu.
Uzemňovací podložka a podložka vozidla převádějí střídavý proud na magnetické pole, které přenáší energii přes vzduchovou mezeru. A protože k přenosu energie používáme magnetickou rezonanci se speciálně navrženými nízkoztrátovými rezonátory, je ztráta velmi malá. Ve skutečnosti vzduchová mezera mezi zemí a vozidlem plní stejnou bezpečnostní funkci jako izolace, ke které dochází pro plug-in nabíjení přes oddělovací transformátor (v OBC mezi síťovým připojením a vozidlem). Díky vysoce rezonančnímu designu bezdrátové nabíječky je téměř stejně účinná jako izolační transformátor používaný pro plug-in nabíjení.
Bezdrátové nabíjení funguje v úzkém pásmu účinnosti (88–93 %), které je ekvivalentní plug-in nabíjení úrovně 2, navíc získáte další efektivitu, kdy nebudete muset trávit čas zapojováním a odpojováním vozidla.
V neposlední řadě… pokaždé, když zaparkujete a nabijete bezdrátově, je pravděpodobnější, že budete pracovat v rozsahu 20–80 % stavu nabití (SOC), který má baterie ráda – a je nejúčinnější. S plug-in nabíjením je méně pravděpodobné, že bude zachován rozsah 20-80% SOC, protože řidiči mají tendenci zapomenout na připojení nebo se neobtěžovat, když vědí, že jim zbývá dostatek baterie na další cestu. Ve skutečnosti se mnoho lidí zapojí jednou týdně, celý týden jezdí a pak se zapojí o víkendu. Nejen, že je to méně efektivní, ale je to těžší pro baterii.
Pokud byste chtěli hlubší technický ponor do magnetické rezonance, podívejte se na náš whitepaper zde. A pokud chcete dostávat náš měsíční zpravodaj, klikněte sem.
Podívejte se na související blogové příspěvky zde:
