Ηλεκτρικά αυτοκίνητα: Πόσα διαφορετικά είδη φόρτισης υπάρχουν

Με δεδομένη την καταλληλότητα του ηλεκτροκινητήρα για χρήση και σε επιβατικά και σε επαγγελματικά οχήματα, το θέμα της αυτονομίας ήταν και παραμένει ένα από τα πλέον φλέγοντα που πρέπει να αντιμετωπίσουν οι αυτοκινητοβιομηχανίες, προκειμένου να διευκολύνουν τη διάδοση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

MUST READ

7 μισές αλήθειες για το ηλεκτρικό αυτοκίνητο

Το ίδιο ισχύει και για το ζήτημα της φόρτισης των αυτοκινήτων που έχει πολλές πλευρές, με πλέον προφανή αυτή της ταχύτητας φόρτισης/ανάκτησης αυτονομίας, αλλά και της διευκόλυνσης του χρήστη στην καθημερινότητα του, καθώς η διαχείριση καλωδίων και βυσμάτων δεν είναι για όλους το ίδιο εύκολη.

Η ανταλλαγή μπαταριών

Πριν από λίγο καιρό στο επίσημο λανσάρισμα ενός νέου μικρού ηλεκτρικού αυτοκινήτου πόλης (του «κινεζοϊταλικού» XEV Yoyo), που βάσει των προδιαγραφών του δεν κατατάσσεται καν στα κανονικά αυτοκίνητα, αλλά αποτελεί ελαφρύ όχημα (κατηγορίας L) μαθαίναμε ότι βασική ιδιαιτερότητα – και ταυτόχρονα προσόν του– αποτελεί η δυνατότητα αντικατάστασης της σχεδόν άδειας μπαταρίας του με μία γεμάτη, μέσα σε λίγα λεπτά της ώρας. Είναι, δε, χαρακτηριστικό το γεγονός ότι αυτή η ευκολία προτείνεται σε ένα αυτοκίνητο που εκ των πραγμάτων, βάσει των προδιαγραφών του, δεν προορίζεται για ταξίδια – και, κατά συνέπεια, δεν απαιτείται από αυτό να προσφέρει μεγάλη αυτονομία. Όμως, η δυνατότητα ανάκτησης της χαμένης αυτονομίας, η δυνατότητα, δηλαδή, του ταχύτατου «ανεφοδιασμού» με ενέργεια, της γρήγορης, επομένως, φόρτισης της μπαταρίας, ει δυνατόν σε χρόνο συγκρίσιμο με αυτόν που χρειαζόμαστε για τον εφοδιασμό με καύσιμα ενός συμβατικού αυτοκινήτου με θερμικό κινητήρα στο βενζινάδικο, είναι κάτι το οποίο είναι άκρως επιθυμητό, ακόμα και σε αυτή την περίπτωση.

Στην περίπτωση, τώρα, του XEV Yoyo, η μπαταρία λιθίου η οποία αποτελείται από 3 τμήματα μπορεί να αντικατασταθεί χειροκίνητα, ακόμα και από τον ίδιο τον ιδιοκτήτη του αυτοκινήτου σε ένα ειδικό σταθμό ανταλλαγής μπαταριών, από αυτούς που θα δημιουργηθούν ειδικά για το μικρό αυτό αυτοκίνητο.

Αν, τώρα υποθέσετε, ότι η περίπτωση της XEV δεν είναι ούτε η πρώτη ούτε η μοναδική στον τομέα αυτόν, δεν έχετε κάνει λάθος. Η ιδέα της ανταλλαγής μπαταριών – και μάλιστα πολύ μεγαλύτερων από αυτές του μικρού Yoyo – σε ειδικά διαμορφωμένες και πλήρως αυτοματοποιημένες εγκαταστάσεις έχει πάνω από δέκα χρόνια ζωής. Πλέον πρόσφατο το παράδειγμα της NIO που έχει ήδη δημιουργήσει ένα εκτεταμένο δίκτυο από «μπαταριάδικα» στην Κίνα (και συνεργάζεται στο πλαίσιο αυτό με την Geely). Είναι, βέβαια, προφανές ότι μια γενίκευση της χρήσης της ανταλλαγής μπαταριών θα απαιτούσε συμμόρφωση των αυτοκινητοβιομηχανιών με κάποια κοινά πρότυπα – κάτι εξαιρετικά δύσκολο να συμβεί, αφού είναι δεδομένο ότι κάθε κατασκευαστής χρησιμοποιεί τις δικές του πλατφόρμες για την κατασκευή των ηλεκτρικών μοντέλων τα οποία παράγει, που συνδυάζονται με συγκεκριμένους τύπους μπαταριών. Ωστόσο, δεν μπορούμε να αποκλείσουμε την περίπτωση να προσφερθεί αυτή η υπηρεσία/ευκολία από μεμονωμένους κατασκευαστές, που θα θελήσουν να επενδύσουν στην ανάπτυξη της σχετικής υποδομής βασιζόμενοι στον όγκο των πωλήσεών τους. Κάτι που φαίνεται να συμβαίνει αυτήν τη στιγμή στην Κίνα, όπου οι δύο εταιρείες που αναφέραμε έχουν ανακοινώσει τον στόχο της δημιουργίας 25.000 σταθμών ανταλλαγής μπαταριών μέχρι το 2025.

Σημειώστε ότι η δημιουργία υποδομών ανταλλαγής μπαταριών δεν αφορά μόνο στην Κίνα, αλλά και στην Ευρώπη και στην Αμερική. Βλέπετε, τον Νοέμβριο του 2023 η NIO είχε ήδη εγκαταστήσει 30 σταθμούς ανταλλαγής μπαταριών (Power Swap Stations) στην Ευρώπη (Νορβηγία, Σουηδία, Δανία, Ολλανδία, Γερμανία και Βέλγιο) και πάνω 2.200 σε όλον τον κόσμο.

Η ρομποτική φόρτιση

Πέρυσι η Hyundai παρουσίασε μια τεχνική λύση που κυριολεκτικά λύνει τα χέρια του οδηγού ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Πρόκειται για το ρομπότ αυτόματης φόρτισης ACR (Automatic Charging Robot), το οποίο απαλλάσσει τον οδηγό ενός αυτοκινήτου μηδενικών ρύπων από τη διαχείριση καλωδίων και βυσμάτων. Βασικό συστατικό του ACR είναι ένας ρομποτικός βραχίονας ο οποίος χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης (Artificial Intelligence -AI) και μια τρισδιάστατη κάμερα έχει τη δυνατότητα να τοποθετεί αυτός το βύσμα στην αντίστοιχη θύρα φόρτισης ενός ηλεκτρικού οχήματος, προκειμένου να ξεκινήσει αυτόματα η φόρτιση. Σε σχετικό βίντεο που έδωσε στη δημοσιότητα η εταιρεία, ένα IONIQ 6 φαίνεται να παρκάρει αυτόνομα μέσω του Remote Smart Parking Assist (RSPA) δίπλα στο φορτιστή, ενώ στη συνέχεια το ρομπότ ανιχνεύει τη θύρα φόρτισης και προχωρεί στη σύνδεση με το όχημα. Μόλις ολοκληρωθεί η φόρτιση, το ρομπότ αποσυνδέει τον φορτιστή από το όχημα, επιστρέφοντας στην όρθια θέση του, ενώ κλείνει τη θύρα φόρτισης του αυτοκινήτου.

Το ACR είναι στεγανό, ανθεκτικό στη σκόνη και μπορεί να αντιμετωπίσει άφοβα τη βροχή, καθώς είναι αδιάβροχο πιστοποιημένο κατά IP65. Ενώ το εργαστήριο ρομποτικής της Hyundai διερεύνησε διάφορα σενάρια για το ACR, τα οποία μεταβάλλονται με βάση τη θέση στάθμευσης του αυτοκινήτου, τον καιρό, πιθανά εμπόδια και το βάρος του καλωδίου φόρτισης.

Όταν ο φορτιστής πηγαίνει στο αυτοκίνητο

Μια διαφορετική λύση για την αυτόματη/ρομποτική φόρτιση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε κοινόχρηστους χώρους είχε προτείνει σε πειραματική/concept μορφή η Volkswagen, το 2020. Ο λόγος για τα “battery wagons”. Εδώ η αυτόνομη οδήγηση συναντά τη ρομποτική, με τη μορφή ενός μικρού αυτόνομου «τράκτορα» ο οποίος μετακινεί τα ειδικά βαγονέτα-φορτιστές που είναι εξοπλισμένα με μπαταρίες 25 kWh και ρομποτικούς βραχίονες οι οποίοι φέρουν τα ειδικά βύσματα CSS, δίπλα στα προς φόρτιση αυτοκίνητα, προσφέροντας ταχεία φόρτιση συνεχούς ρεύματος DC έως 50 kW. Αυτός, λοιπόν, ο τράκτορας / ρομπότ φόρτισης είναι εξοπλισμένος με κάμερες, λέιζερ scanners και αισθητήρες υπερήχων. Ο συνδυασμός αυτών των συστημάτων όχι μόνο επιτρέπει στο ρομπότ να πραγματοποιεί τη διαδικασία φόρτισης εντελώς αυτόνομα, αλλά και να κυκλοφορεί ελεύθερα στον χώρο στάθμευσης, να αναγνωρίζει πιθανά εμπόδια και να αντιδρά σε αυτά.

Μπορεί, μάλιστα, να μετακινεί πολλά battery wagons και να εξυπηρετεί παράλληλα και σε σύντομο χρονικό διάστημα πολλά οχήματα. Πρόκειται, επομένως, για μια ιδέα που σύμφωνα με τους ανθρώπους της εταιρείας, και συγκεκριμένα με τον Mark Moller, Επικεφαλής του τμήματος Εξέλιξης (Head of Development) της Volkswagen Group Components: «[…] θα πυροδοτήσει μια επανάσταση όσον αφορά στη φόρτιση σε διαφορετικές εγκαταστάσεις στάθμευσης, όπως πολυώροφα γκαράζ και υπόγεια γκαράζ, επειδή φέρνουμε την υποδομή φόρτισης δίπλα στο αυτοκίνητο και όχι το αντίστροφο. Με αυτό, κάνουμε σχεδόν κάθε χώρο στάθμευσης ηλεκτρικό, χωρίς περίπλοκα μεμονωμένα μέτρα υποδομής. Είναι ένα οραματικό πρωτότυπο, το οποίο μπορεί να γίνει πραγματικότητα πολύ γρήγορα».

Χωρίς καλώδια…

Η επαγωγική φόρτιση, η οποία πολύ συχνά αναφέρεται και ως «ασύρματη φόρτιση», είναι ως τεχνολογία προ πολλού γνωστή και την αξιοποιούμε καθημερινά στα κινητά μας τηλέφωνα, καθώς προσφέρει μεγάλη ευκολία στον χρήστη που δεν έχει πια την ανάγκη των καλωδίων. Πρόκειται για τεχνολογία που σίγουρα έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον και για τον χώρο της ηλεκτροκίνησης, καθώς, μπορεί να φορτίσει την μπαταρία ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου χωρίς καμία φυσική σύνδεση. Βασίζεται σε βασικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού και χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό πεδίο που διαπερνά δύο πηνία για τη «μεταφορά» ρεύματος: ένα στο αυτοκίνητο που «δέχεται» ενέργεια και ένα συνδεδεμένο με το δίκτυο που την «προσφέρει».

Το μεγάλο προσόν της κατάργησης των καλωδίων είχε ήδη κινήσει από την προηγούμενη δεκαετία το ενδιαφέρον μεγάλων αυτοκινητοβιομηχανιών, με πολύ χαρακτηριστικό το παράδειγμα της συνεργασίας Daimler και BMW Group, που είχαν υπέγραψαν τότε συμφωνία για την από κοινού εξέλιξη και εφαρμογή μιας τυποποιημένης τεχνολογίας για την επαγωγική φόρτιση ηλεκτρικών και plug-in υβριδικών αυτοκινήτων. Η BMW είχε ήδη κάνει το πρώτο βήμα παρουσιάζοντας μία εγκατάσταση επαγωγικής φόρτισης που μπορούσε να φορτίζει ένα κατάλληλα εξοπλισμένο ηλεκτρικό αυτοκίνητο με ρυθμό 3,6 kW. Έτσι, η μπαταρία υψηλής τάσης σε ένα plug-in υβριδικό όχημα μπορούσε να φορτιστεί πλήρως σε λιγότερο από τρεις ώρες (λόγου χάριν: λιγότερο από δύο ώρες απαιτούνταν για τη φόρτιση του BMW i8). Ωστόσο, καθώς η χωρητικότητα των μπαταριών συνεχώς αυξάνεται, αλλά και για τις ανάγκες των σαφώς μεγαλύτερων μπαταριών των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων, ήταν ήδη φανερό από τότε ότι απαιτείται η αύξηση της ισχύος φόρτισης τουλάχιστον στα 7 kW.

Η εγκατάσταση επαγωγικής φόρτισης μπορεί να χρησιμοποιείται ανεξαρτήτως καιρικών συνθηκών, αφού η παρεχόμενη ισχύς δεν επηρεάζεται ούτε από τη βροχή ούτε από το χιόνι, επειδή όλα τα αγώγιμα εξαρτήματα του συστήματος είναι καλά προστατευμένα, κάτι που σημαίνει ότι το πρωτεύον πηνίο μπορεί να είναι εγκατεστημένο ακόμα και σε εξωτερικό χώρο. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, η «παράπλευρη» ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διατηρείται στο απόλυτο ελάχιστο. Η απόσταση μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος πηνίου παρακολουθείται συνεχώς, ώστε να μπορεί η φόρτιση να διακόπτεται άμεσα εάν ανιχνευτούν ξένα σώματα.

Φόρτιση εν κινήσει

Η ιδέα της φόρτισης ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου την ώρα που κινείται μπορεί να φαίνεται τρελή, κάποιοι έχουν, όμως, αντίθετη γνώμη. Για παράδειγμα: η εταιρεία Electreon από το Ισραήλ κατάφερε να δώσει (αξιοποιώντας το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής) αρκετό ρεύμα για να κινηθεί ένα βαρύ ηλεκτρικό φορτηγό στη Σουηδία. Έχουμε, λοιπόν, ακόμα μια περίπτωση επαγωγικής φόρτισης, μόνο που αυτή δεν πραγματοποιείται στο πάρκινγκ, αλλά εν ώρα εργασίας. Στο πλαίσιο αυτό, η Electreon κατασκεύασε έναν δρόμο -ασύρματο φορτιστή μήκους 1,65 km στο Gotland της Σουηδίας και πραγματοποίησε δοκιμές επαγωγικής (ασύρματης) φόρτισης ηλεκτρικού φορτηγού με τη διόλου ευκαταφρόνητη ισχύ των 70 kW. Για τις δοκιμές αυτές χρησιμοποιήθηκε φορτηγό 40 τόνων, εξοπλισμένο με πέντε ασύρματες μονάδες 20 kW (συνολικά 100 kW).

Μετά τις επιτυχημένες δοκιμές στη Σουηδία, τον Ιανουάριο του 2021, η Electreon αποφάσισε να φέρει την ασύρματη φόρτιση εν κινήσει στη Βόρεια Ιταλία, κατά μήκος ενός τμήματος του αυτοκινητοδρόμου Α35 που συνδέει το Μιλάνο με την Μπρέσια, κατασκευάζοντας ένα «διάδρομο» φόρτισης με μήκος 1 km. Προηγουμένως, το 2020, στο πλαίσιο δοκιμών στο Τελ Αβίβ, η Electreon είχε καταφέρει να φορτίσει ένα πλήρως ηλεκτρικό Renault Zoe με 8,5 kW επιτυγχάνοντας απόδοση 91%. Οι άνθρωποι της εταιρείας βεβαίωναν τότε ότι η ισχύς φόρτισης θα μπορούσε να ανεβεί στα 15 kW, καθώς όσο πιο πυκνή είναι η διάταξη των πηνίων, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η μεταφορά ενέργειας.

Η ιδέα του δρόμου-φορτιστή μειώνει σημαντικά τις απαιτήσεις από τις μπαταρίες, τουλάχιστον σε εφαρμογές κατά τις οποίες οι διαδρομές είναι επαναλαμβανόμενες, με αποτέλεσμα μπαταρίες μικρότερου μεγέθους, οι οποίες, με τη σειρά τους, συνεπάγονται οχήματα χαμηλότερου κόστους. Βεβαίως, αν αποδειχθεί ότι τέτοια συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν αξιόπιστα, πολλά θα εξαρτηθούν από το κόστος τους, αλλά και τις αντιδράσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας, καθώς οι εταιρείες θα πρέπει να υιοθετήσουν ενιαίες τεχνικές λύσεις.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ:

JAC Yiwei: Το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο με μπαταρίες νατρίου είναι εδώ

Οδική βοήθεια: Το αθέατο πρόβλημα που προκύπτει με τα ηλεκτρικά οχήματα

Δείτε τι συμβαίνει όταν συγκρουστούν μετωπικά δύο ηλεκτρικά αυτοκίνητα (video)