Progresul în “e-mobility” și dezvoltarea infrastructurii de încărcare depinde de o varietate de factori. Pentru a realiza un concept sustenabil, este important să înțelegem sistemele necesare și relațiile dintre ele. Acestea includ metode de încărcare, autonomie, finanțare, exploatarea resurselor și reciclarea acumulatoarelor.
Indiferent dacă este vorba de un vehicul alimentat în totalitate de acumulatoare sau de o soluție hibridă – conceptul de încărcare al unei mașini electrice urmează un anumit tipar. Încărcătorul integrat (OBC – On-Board Charger) al vehiculului se ocupă de managementul alimentării acumulatorului. Încărcarea în sine este o simplă problemă “plug & play”, introducând cablul în priză și respectând timpul de încărcare, capacitatea acumulatorului și puterea de încărcare al OBC -ului, specificate de producător. Pentru a asigura o încărcare optimă și pentru a evita erorile, acumulatorul și încărcătorul comunică între ele. Acesta este modul în care mașina determină cât trebuie să se încarce, în timp ce stația de încărcare (Modul 2 sau 3) confirmă capacitatea sa. Această comunicație oferă o mare flexibilitate în selectarea unui tip de vehicul – tot ce este necesar este ca tipul de conector să fie compatibil.
Exemplu pentru un timp de încărcare
Un BMW i3 are o capacitate netă de 37,9 kWh și un OBC de maxim 11 kW, ceea ce înseamnă că o baterie ar trebui să se reîncarce în decurs de 3,5 ore. Acest lucru este în concordanță cu specificațiile producătorului, conform căruia o capacitate de 80% va fi atinsă cu o stație de încărcare de perete, care funcționează la nivel maxim (Modul 3), după 3,12 ore.
Dacă încărcarea se efectuează utilizând o priză normală de tip “Schuko” (Modul 2), specificațiile producătorului solicită un timp de încărcare de aproximativ 15 ore (37,9 kWh / 15 ore = 2,5 kW), valoare care este la rândul ei în concordanță cu puterea maximă specifică pentru o astfel de priză. În acest caz, o încărcare bazată pe curent continuu, durează aproximativ 42 de minute (50 kW).
Conectoare și moduri de încărcare
În ciuda dorinței de standardizare a conectorului pentru încărcare, există diferite sisteme care au devenit recunoscute, în funcție de țara de origine a mașinii. Deoarece majoritatea mașinilor electrice din întreaga lume au fost produse, până în 2015, în Japonia, standardul comun CHAdeMO s-a dovedit a fi robust în acest caz. Europenii, pe de altă parte, au insistat asupra propriului standard (Tip 2), dar nu au reușit să-l impună. SUA și China s-au confruntat cu aceeași problemă. Acest lucru înseamnă că mărcile de mașini din întreaga lume împărtășesc în prezent patru formate diferite de conectoare.
O stație de încărcare de perete (wallbox) poate oferi diferite moduri de încărcare. Respectarea standardelor regionale de energie electrică (VDE) ajută la certificarea siguranței generale. În cele din urmă, există patru moduri diferite de încărcare:
Modul 1: Încărcare fără comunicare, nesupervizată, fără mecanism de întrerupere (pericol), încărcător integrat (OBC); curent maxim de încărcare: 16A/11 kW, monofazat/trifazat
Modul 2: Încărcare fără comunicare, nesupervizată, protecție IC-CPD / funcție de siguranță (pilot) încorporată în cablu (în dispozitivul de control și protecție a cablului), încărcător integrat (OBC); curent maxim de încărcare: 32A/22 kW, monofazat/trifazat
Modul 3: Încărcare controlată, care utilizează curent alternativ (AC) de la stațiile de încărcare cu verificare, funcție de protecție/pilot încorporată în stația de încărcare, încărcător integrat (OBC); curent maxim de încărcare: 63A/44 kW, monofazat/trifazat
Modul 4: Încărcare controlată care utilizează curent continuu (DC) numai de la stațiile de încărcare cu verificare (echipamente de alimentare a vehiculelor electrice, EVSE), mecanism de monitorizare și siguranță/funcție pilot integrată în EVSE, iar încărcătorul integrat (OBC) este omis.
Autonomie
Autonomia este un subiect foarte controversat. În prezent, aceasta variază, ca distanță de deplasare, între 100 și puțin sub 1000 km și depinde, de asemenea, dacă vehiculul este pur electric (alimentat doar de la acumulator) sau dacă este o soluție hibridă. De asemenea, trebuie luată în considerare diversitatea de cerințe ale clientului – de exemplu, distanța medie spre locul de muncă, în Germania, este de aproximativ 16,9 km (în anumite regiuni până la 30 km). Orice tip de mașină poate gestiona acest lucru cu o reîncărcare zilnică. Dar devine mai complicat atunci când acoperiți distanțe mai mari, cum ar fi călătoriile din vacanțe, unde întră în joc stațiile de încărcare rapidă. De exemplu, acestea pot fi folosite pentru a încărca un BMW i3, la o stație de încărcare de 50 kW, în aproximativ 42 de minute.
Acum există stații de încărcare de până la 200 kW, care reduc timpul de încărcare la puțin sub zece minute (la o încărcare de 80%). Dacă și conectorul de încărcare dispune de un sistem de răcire (pentru curenți de 500-850A), încărcarea devine aproape la fel de rapidă ca alimentarea la o benzinărie normală.
Subvenții guvernamentale
Finanțarea va dicta în mod substanțial felul în care se va dezvolta electro-mobilitatea. Pachetul de stimuli economici introdus de Guvernul Federal German în legătură cu pandemia de coronavirus face din achiziționarea unei mașini electrice o propunere mai atrăgătoare. Acesta a mărit limita superioară netă a prețului vehiculelor subvenționate la 40.000 Euro, în timp ce subvenția guvernamentală la cumpărarea unui vehicul complet electric este dublată la 6.000 Euro. La această valoare se adaugă economiile cu TVA-ul de 3% pentru facturile emise înainte de sfârșitul anului 2020 și bonusul de mediu al producătorilor (aproximativ 3.000 Euro). Fondurile sunt, de asemenea, alocate de guvernul federal și statele federale ale Germaniei în pachetul de stimulare a investițiilor în infrastructură.
Teama de suprasarcină a împiedicat până acum mulți clienți să aibă instalată propria stație de încărcare sau wallbox – dar această îngrijorare este nejustificată. O locuință familială standard este dotată cu o linie de alimentare, care este protejată pentru un consum de cel puțin 63A. Prin comparație, cel mai mare consumator de energie din casă este plita electrică, care are o siguranță de 16A. Chiar și în cazul consumatorilor de uz casnic mai mari, cum ar fi boilerele electrice (aproximativ 16A sau 25A), există, încă, suficientă capacitate pentru o stație de perete (wallbox). De asemenea, furnizorii de energie electrică lucrează la dezvoltarea infrastructurii. Aceștia urmăresc să facă rețeaua de substații de transformare mai densă și mai eficientă și să încorporeze zone de încărcare în planurile lor încă dintr-un stadiu incipient. Astfel de concepte există și pentru garajele de mari dimensiuni, iar conceptele viitoare de iluminat stradal includ stații publice de încărcare integrate direct în stâlpii de iluminat stradal.
Litiu – o resursă cheie
Exploatarea litiului, care este în prezent componenta esențială pentru producerea de acumulatoare pentru mașinile electrice, lasă o amprentă dăunătoare asupra mediului. Cele mai mari rezerve din lume se află în Bolivia, Argentina și Chile, cu resurse de aproximativ nouă milioane de tone fiecare. În Europa, cele mai mari rezerve se află în Portugalia (100.000 tone) și Austria (50.000 tone). Potrivit “Statista”, aproximativ 37,4% din cererea de litiu de astăzi este atribuită acumulatoarelor. Extracția “saramurii” în care se găsește litiul – o apă subterană foarte sărată – se face prin pomparea acesteia la suprafață, unde este uscată în diferite etape de evaporare. Apa nu este reintrodusă în sol, ceea ce duce la o scădere a nivelului apelor subterane, afectând negativ viața umană și natura din regiunile în cauză.
Chiar dacă datele din rapoarte variază, aceste cifre oferă o privire asupra miezului problemei – în Salar de Atacama, Chile, se raportează că este nevoie de 21 de milioane de litri de apă în fiecare zi pentru extracția litiului. Cantitatea de material extrasă variază, de asemenea, cele mai recente date sugerând 23 de tone de litiu pur pe zi, ceea ce se traduce prin consumul a 900.000 de litri de apă pe tona de litiu. Dacă producția de baterii cu litiu implică un consum atât de mare, ar trebui să manipulăm această materie primă cu o grijă sporită.
Reciclarea acumulatoarelor
Acest lucru face din reciclarea acumulatoarelor, ca materie primă secundară, un subiect important. Acumulatoarele auto nu folosesc numai litiu, ci și o mulțime de alte materii prime, inclusiv mangan, cobalt, nichel și grafit, precum și electrolit lichid și 10 până la 20 kg de litiu (acumulator pentru vehicule de clasă medie).
În prezent, există două metode de reciclare disponibile pentru care se poate opta. Prima folosește diferitele temperaturi de topire ale materialelor și implică topirea acestora. A doua presupune mărunțirea componentelor separate și apoi separarea lor chimică. Înainte de aplicarea oricărei metode, elementele de conectare, dispozitivele electronice de siguranță, materialele izolatoare și materialele plastice de ambalare trebuie îndepărtate prin mijloace fizice. Avantajul ‘zdrobirii’ este că se poate face local, iar acumulatorul, considerat a fi un dispozitiv periculos, nu trebuie transportat (sau cel puțin, nu departe). Dar acest proces de reciclare este rentabil numai atunci când sunt procesate volume mari. Durata de viață a unui acumulator joacă, de asemenea, un rol în modul în care sunt consumate materiile prime. Pentru mașinile electrice, un acumulator este considerat “mort/epuizat” atunci când nu mai poate oferi mai mult de 80% din capacitatea sa totală. Înlăturarea atât de devreme a unui astfel de acumulator nu este o abordare corectă – acesta poate avea o a doua sau a treia viață. Odată ce acumulatorul a fost verificat, iar celulele individuale au fost rearanjate, poate începe a doua sa viață – pe post de acumulator tampon – și poate fi utilizat pentru stocarea temporară a energiei solare, eoliene și hidroelectrice, respectiv a vârfurilor de ieșire de la furnizorii de energie sau a altor surplusuri de energie. Există, de asemenea, oportunități pentru facilități mobile de stocare a energiei pentru parcări și multe altele. Acesta este modul prin care regula de capacitate de 80% poate fi redefinită ca o capacitate de 100% cu aceleași proprietăți de calitate. Mărimea și greutatea sunt secundare aici.
Concluzie
Piețele și instalațiile pentru reciclarea acumulatoarelor și pentru acumulatoarele “second-life” nu sunt încă pe deplin dezvoltate, dar este important să ne gândim deja la subiecte precum extracție, utilizarea resurselor și revitalizarea pământului pentru a înțelege problemele de bază.
Fiecare poate decide pentru el ce formă va avea mobilitatea în viitor.
Autor: Albert Culetto, Suport tehnic, Rutronik
Rutronik | https://www.rutronik.com
