Trender inom laddningsmöjligheter för elbilar

Tillväxten på marknaden för elfordon kan kännas oundviklig: fokus på att minska koldioxidutsläppen, det rådande politiska klimatet, investeringar från regeringen och bilindustrin, och den pågående strävan efter ett helt elektriskt samhälle pekar alla på en välsignelse för elfordon. Fram tills nu har dock den utbredda användningen av elfordon bland konsumenter hämmats av långa laddningstider och brist på laddningsinfrastruktur. Framsteg inom laddningsteknik för elfordon tar itu med dessa utmaningar och möjliggör säker och snabb laddning hemma och på vägen. Laddningskomponenter och infrastruktur växer fram för att möta behoven på den snabbt växande elbilsmarknaden, vilket banar väg för en exponentiell tillväxt inom elektrisk transport.

DRIVKRAFTER BAKOM ELBILSMARKNADEN

Investeringar i elfordon har ökat i flera år, men ökad uppmärksamhet och efterfrågan har betonats av flera samhällssektorer. Det växande fokuset på klimatlösningar har belyst vikten av elfordon – möjligheten att både minska koldioxidutsläppen från förbränningsmotorer och investera i ren energitransport har blivit ett utbrett mål för både regeringar och industrier. Detta fokus på hållbar tillväxt och bevarande av naturresurser driver också tekniken mot ett helt elektriskt samhälle – en värld med obegränsad energi baserad på förnybara resurser utan skadliga utsläpp.
Dessa miljömässiga och tekniska drivkrafter återspeglas i prioriteringarna för federal reglering och investeringar, särskilt mot bakgrund av 2021 års lag om investeringar i infrastruktur och jobb, som öronmärkte 7,5 miljarder dollar för infrastruktur för elbilar på federal nivå, 2,5 miljarder dollar för bidrag till infrastruktur för laddning och tankning av elbilar och 5 miljarder dollar till det nationella laddningsprogrammet för elbilar. Biden-administrationen strävar också efter ett mål att bygga och installera 500 000 likströmsladdningsstationer över hela landet.

Denna trend kan även ses på delstatsnivå. Delstater som Kalifornien, Massachusetts och New Jersey driver lagstiftning för att anamma helt elektriska fordon. Skattelättnader, Electrify America-rörelsen, incitament och mandat påverkar också både konsumenter och tillverkare att anamma elbilsrörelsen.

Biltillverkare ansluter sig också till utvecklingen mot elbilar. Ledande traditionella biltillverkare, inklusive GM, Ford, Volkswagen, BMW och Audi, introducerar ständigt nya elbilsmodeller. I slutet av 2022 förväntas det finnas fler än 80 elbilsmodeller och laddhybrider tillgängliga på marknaden. Det finns också ett växande antal nya elbilstillverkare som ansluter sig till marknaden, inklusive Tesla, Lucid, Nikola och Rivian.

Även energibolag förbereder sig för ett helt elektriskt samhälle. Det är viktigt att energibolagen ligger steget före när det gäller elektrifiering för att kunna möta den ökande efterfrågan, och kritisk infrastruktur, inklusive mikronät, kommer att behövas längs motorvägar för att möjliggöra laddningsstationer. Kommunikation mellan fordon och elnät får också allt större genomslag längs motorvägar.

VÄGSPÄRR FÖR TILLVÄXT

Medan momentum ökar för en bred användning av elbilar, förväntas utmaningar hämma tillväxten. Även om incitament kommer att uppmuntra konsumenter eller flottor att byta till elfordon, kan de ha en hake – det kan finnas en rörelse för att elbilar ska kunna kommunicera med infrastruktur för att spåra körsträcka, vilket kräver tekniska innovationer och infrastruktur för utomhuskommunikation.

Ett av de största hindren för konsumenternas införande av elbilar är en pålitlig och effektiv laddningsinfrastruktur. Uppskattningsvis kommer 9,6 miljoner laddstationer att behövas år 2030 för att tillgodose den förväntade tillväxten på elbilsmarknaden. Nästan 80 % av dessa laddstationer kommer att vara hemmaladdare, och cirka 20 % kommer att vara offentliga eller arbetsplatsladdare. För närvarande tvekar konsumenter att köpa ett elfordon på grund av räckviddsoro – oron för att deras bil inte kommer att kunna göra en lång resa utan att behöva laddas, och att laddstationer inte kommer att vara tillgängliga eller effektiva när det behövs.

Offentliga eller delade laddstationer måste i synnerhet kunna erbjuda nästan konstant höghastighetsladdning dygnet runt. En förare som stannar vid en laddstation längs en motorväg behöver sannolikt en snabb högpresterande laddning – högpresterande laddningssystem kommer att kunna ge fordon ett nästan fulladdat batteri efter bara några minuters laddning.

Höghastighetsladdare kräver specifika designöverväganden för att fungera tillförlitligt. Vätskekylningskapacitet är nödvändig för att hålla laddningsstiften vid en optimal temperatur och förlänga den tid som ett fordon kan laddas med högre strömstyrka. I områden med många fordon kommer kylning av kontaktstiften att skapa effektiv och konsekvent tillförlitlig högeffektsladdning för att möta det konstanta flödet av konsumenternas laddningsbehov.

ÖVERVÄGANDEN VID DESIGN AV HÖGEFFEKTIV LADDARE

Laddare för elbilar byggs alltmer med fokus på att optimera robusthet och laddningskapacitet med hög effekt för att möta elbilsförares behov och övervinna räckviddsångest. En kraftfull elbilsladdare med 500 ampere möjliggörs med vätskekylnings- och övervakningssystemet – kontaktbäraren i laddningskontakten har värmeledningsförmåga och fungerar även som kylfläns när kylvätskan avleder värmen via integrerade kylkanaler. Dessa laddare innehåller en mängd olika sensorer, inklusive sensorer för kylvätskeläckage och exakt temperaturövervakning vid varje strömkontakt för att säkerställa att stiften inte överstiger 90 grader Celsius. Om den tröskeln uppnås minskar laddningsregulatorn i laddstationen uteffekten för att bibehålla en acceptabel temperatur.

Laddare för elbilar måste också kunna motstå slitage och vara lätta att underhålla. Laddhandtag för elbilar är konstruerade för slitage, och ovarsam hantering över tid som påverkar anslutningsytan är oundviklig. I allt högre grad utformas laddare med modulära komponenter, vilket möjliggör enkelt byte av anslutningsytan.
Kabelhantering i laddstationer är också en viktig faktor för livslängd och tillförlitlighet. Kraftfulla laddningskablar innehåller koppartrådar, vätskekylningsledningar och aktivitetskablar men måste ändå tåla att dras i eller köras över. Andra faktorer som kan beaktas inkluderar låsbara spärrar, vilket gör det möjligt för en förare att lämna (modulariteten hos kontaktytan tillsammans med en illustration av kylvätskeflödet) sitt fordon laddat vid en offentlig station utan att oroa sig för att någon kan koppla bort kabeln.