ช่องทางด่วนสู่อนาคต: การสำรวจพัฒนาการด้านการชาร์จเร็วของรถยนต์ไฟฟ้า

ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นทุกปีตามที่คาดไว้ แม้ว่ายอดขายจะยังห่างไกลจากการบรรลุเป้าหมายด้านสภาพอากาศอยู่มาก แต่เรายังคงเชื่อมั่นในการคาดการณ์ข้อมูลนี้ได้อย่างเต็มเปี่ยม โดยคาดว่าภายในปี 2030 จำนวนรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกจะเกิน 125 ล้านคัน รายงานดังกล่าวพบว่าบริษัทที่สำรวจทั่วโลกที่ยังไม่ได้พิจารณาใช้รถยนต์ไฟฟ้า 33% ระบุว่าจำนวนจุดชาร์จสาธารณะเป็นอุปสรรคสำคัญในการบรรลุเป้าหมายนี้ การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าถือเป็นปัญหาสำคัญเสมอมา

การชาร์จ EV ได้รับการพัฒนาจากที่ไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งเครื่องชาร์จระดับ 1 ไปที่เครื่องชาร์จระดับ 2ปัจจุบันนี้ การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าเป็นเรื่องธรรมดาในที่พักอาศัย ซึ่งทำให้เรามีอิสระและมั่นใจมากขึ้นในการขับขี่ ผู้คนเริ่มมีความคาดหวังที่สูงขึ้นสำหรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นกระแสไฟที่สูงขึ้น พลังงานที่มากขึ้น และการชาร์จที่เร็วขึ้นและเสถียรมากขึ้น ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจการพัฒนาและความก้าวหน้าของการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าแบบเร็วไปพร้อมๆ กัน

ขีดจำกัดอยู่ตรงไหน?

ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจข้อเท็จจริงที่ว่าการชาร์จไฟอย่างรวดเร็วไม่ได้ขึ้นอยู่กับเครื่องชาร์จเพียงอย่างเดียว การออกแบบทางวิศวกรรมของตัวรถเองต้องได้รับการพิจารณาด้วย และความจุและความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ก็มีความสำคัญเท่าเทียมกัน ดังนั้นเทคโนโลยีการชาร์จจึงอยู่ภายใต้การพัฒนาของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ รวมถึงเทคโนโลยีการปรับสมดุลของชุดแบตเตอรี่ และปัญหาในการเจาะผ่านการลดทอนการชุบด้วยไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมที่เกิดจากการชาร์จอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจต้องใช้ความก้าวหน้าเชิงนวัตกรรมในระบบจ่ายไฟทั้งหมดของรถยนต์ไฟฟ้า การออกแบบชุดแบตเตอรี่ เซลล์แบตเตอรี่ และแม้แต่วัสดุโมเลกุลของแบตเตอรี่

ประการที่สอง ระบบ BMS ของรถและระบบชาร์จของเครื่องชาร์จต้องทำงานร่วมกันเพื่อตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่และเครื่องชาร์จ แรงดันไฟในการชาร์จ กระแสไฟฟ้า และ SOC ของรถอย่างต่อเนื่อง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถป้อนกระแสไฟฟ้าสูงเข้าไปในแบตเตอรี่ไฟฟ้าได้อย่างปลอดภัย เสถียร และมีประสิทธิภาพ เพื่อให้อุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้โดยไม่สูญเสียความร้อนมากเกินไป

จะเห็นได้ว่าการพัฒนาระบบชาร์จเร็วไม่เพียงแต่ต้องพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านการชาร์จเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยความก้าวหน้าทางนวัตกรรมในเทคโนโลยีแบตเตอรี่และการสนับสนุนเทคโนโลยีการส่งและจ่ายไฟฟ้าอีกด้วย นอกจากนี้ยังเป็นความท้าทายครั้งใหญ่สำหรับเทคโนโลยีการระบายความร้อนอีกด้วย

พลังมากขึ้น กระแสไฟมากขึ้น:เครือข่ายชาร์จเร็ว DC ขนาดใหญ่

ปัจจุบันการชาร์จด่วนแบบ DC สาธารณะใช้แรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้าสูง และตลาดในยุโรปและอเมริกากำลังเร่งการใช้งานเครือข่ายการชาร์จ 350 กิโลวัตต์ ซึ่งถือเป็นโอกาสและความท้าทายครั้งใหญ่สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ชาร์จทั่วโลก เนื่องจากอุปกรณ์ชาร์จต้องสามารถระบายความร้อนได้ในขณะส่งพลังงาน และต้องมั่นใจว่าแท่นชาร์จสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ อย่างที่เราทราบกันดีว่า การส่งกระแสไฟฟ้าและการสร้างความร้อนมีความสัมพันธ์แบบทวีคูณในเชิงบวก ดังนั้น นี่จึงเป็นการทดสอบที่ยอดเยี่ยมสำหรับสำรองทางเทคนิคและความสามารถในการสร้างสรรค์นวัตกรรมของผู้ผลิต

เครือข่ายการชาร์จเร็ว DC ต้องมีกลไกการป้องกันความปลอดภัยหลายประการ ซึ่งสามารถจัดการแบตเตอรี่รถยนต์และเครื่องชาร์จได้อย่างชาญฉลาดในระหว่างกระบวนการชาร์จ เพื่อให้แน่ใจถึงความปลอดภัยของแบตเตอรี่และอุปกรณ์

นอกจากนี้ เนื่องจากสถานการณ์การใช้งานเครื่องชาร์จสาธารณะ ปลั๊กชาร์จจึงต้องกันน้ำ กันฝุ่น และทนต่อสภาพอากาศในระดับสูง

Workersbee เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ชาร์จระดับนานาชาติที่มีประสบการณ์ด้านการวิจัยและพัฒนาและการผลิตมากกว่า 16 ปี โดยได้สำรวจแนวโน้มการพัฒนาและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของเทคโนโลยีการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าร่วมกับพันธมิตรชั้นนำของอุตสาหกรรมมาเป็นเวลาหลายปี ประสบการณ์การผลิตอันยาวนานและความแข็งแกร่งด้านการวิจัยและพัฒนาทำให้เราเปิดตัวปลั๊กชาร์จระบายความร้อนด้วยของเหลว CCS2 รุ่นใหม่ได้ในปีนี้

การออกแบบโครงสร้างแบบบูรณาการนั้นใช้ตัวกลางระบายความร้อนด้วยของเหลวซึ่งสามารถระบายความร้อนด้วยน้ำมันหรือน้ำได้ ปั๊มอิเล็กทรอนิกส์จะขับเคลื่อนสารหล่อเย็นให้ไหลเข้าไปในปลั๊กชาร์จและระบายความร้อนที่เกิดจากผลความร้อนของกระแสไฟออกไป เพื่อให้สายไฟที่มีพื้นที่หน้าตัดเล็กสามารถรับกระแสไฟขนาดใหญ่และควบคุมอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ นับตั้งแต่เปิดตัวผลิตภัณฑ์ ผลตอบรับจากตลาดนั้นยอดเยี่ยมมาก และได้รับการยกย่องเป็นเอกฉันท์จากผู้ผลิตอุปกรณ์ชาร์จที่มีชื่อเสียง นอกจากนี้ เรายังคงรวบรวมผลตอบรับจากลูกค้าอย่างต่อเนื่อง ปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่อง และมุ่งมั่นที่จะเพิ่มพลังให้กับตลาดมากขึ้น

ปัจจุบัน Supercharger ของ Tesla มีอำนาจในการควบคุมเครือข่ายการชาร์จด่วน DC ในตลาดการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า โดยปัจจุบัน Supercharger V4 รุ่นใหม่มีกำลังจำกัดอยู่ที่ 250kW แต่จะมีความเร็วในการชาร์จที่เร็วขึ้นเมื่อเพิ่มกำลังเป็น 350kW ซึ่งสามารถเพิ่มระยะทางได้ 115 ไมล์ในเวลาเพียง 5 นาที

ข้อมูลรายงานที่เผยแพร่โดยกรมขนส่งของหลายประเทศแสดงให้เห็นว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากภาคขนส่งคิดเป็นประมาณ 1/4 ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดของประเทศ ซึ่งรวมถึงไม่เพียงแต่รถยนต์นั่งส่วนบุคคลขนาดเบาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรถบรรทุกขนาดใหญ่ด้วย การลดการปล่อยคาร์บอนในอุตสาหกรรมขนส่งทางรถบรรทุกนั้นมีความสำคัญและท้าทายยิ่งกว่าสำหรับการปรับปรุงสภาพภูมิอากาศ สำหรับการชาร์จรถบรรทุกขนาดใหญ่ที่ใช้ไฟฟ้า อุตสาหกรรมได้เสนอระบบชาร์จระดับเมกะวัตต์ Kempower ได้ประกาศเปิดตัวอุปกรณ์ชาร์จ DC ความเร็วสูงพิเศษสูงถึง 1.2 เมกะวัตต์ และวางแผนที่จะนำไปใช้ในสหราชอาณาจักรในไตรมาสแรกของปี 2024

ก่อนหน้านี้ กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ ได้เสนอมาตรฐาน XFC สำหรับการชาร์จเร็วเป็นพิเศษ โดยเรียกมาตรฐานนี้ว่าเป็นความท้าทายสำคัญที่ต้องเอาชนะให้ได้เพื่อให้รถยนต์ไฟฟ้าได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย มาตรฐานนี้เป็นชุดเทคโนโลยีที่เป็นระบบครบถ้วน ซึ่งรวมถึงแบตเตอรี่ ยานพาหนะ และอุปกรณ์ชาร์จ การชาร์จสามารถเสร็จสิ้นได้ภายใน 15 นาทีหรือน้อยกว่านั้น เพื่อให้สามารถแข่งขันกับเวลาในการเติมเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์สันดาปภายในได้

แลกเปลี่ยน-ชาร์จแล้ว-สถานีสับเปลี่ยนพลังงาน

นอกจากการเร่งสร้างสถานีชาร์จแล้ว สถานีชาร์จแบบ “Swap and Go” ยังได้รับความสนใจอย่างมากในระบบการเติมพลังงานอย่างรวดเร็วอีกด้วย ท้ายที่สุดแล้ว การสลับแบตเตอรี่ให้เสร็จสมบูรณ์นั้นใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที ทำงานได้ด้วยแบตเตอรี่ที่เต็ม และชาร์จใหม่ได้เร็วกว่ารถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิง นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมาก และจะดึงดูดให้บริษัทต่างๆ เข้ามาลงทุนอย่างแน่นอน

บริการ NIO Power Swap-NIO ได้เปิดตัวระบบเปลี่ยนแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มโดยอัตโนมัติภายใน 3 นาที โดยทุกครั้งที่เปลี่ยนแบตเตอรี่ ระบบจะตรวจสอบแบตเตอรี่และระบบจ่ายไฟโดยอัตโนมัติเพื่อให้รถยนต์และแบตเตอรี่อยู่ในสภาพที่ดีที่สุด

สิ่งนี้ฟังดูน่าดึงดูดใจมาก และดูเหมือนว่าเราจะเห็นความราบรื่นระหว่างแบตเตอรี่ที่หมดและแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มในอนาคตแล้ว แต่ความจริงก็คือมีผู้ผลิต EV มากเกินไปในตลาด และผู้ผลิตส่วนใหญ่มีคุณลักษณะและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การแข่งขันในตลาดและอุปสรรคทางเทคนิค จึงเป็นเรื่องยากสำหรับเราที่จะรวมแบตเตอรี่ของ EV ทั้งหมดหรือแม้แต่เกือบทุกยี่ห้อเข้าด้วยกัน เพื่อให้ขนาด คุณลักษณะ ประสิทธิภาพ ฯลฯ ของแบตเตอรี่มีความสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์และสามารถสลับเปลี่ยนกันได้ สิ่งนี้ยังกลายเป็นข้อจำกัดที่ใหญ่ที่สุดต่อการประหยัดค่าใช้จ่ายของสถานีสับเปลี่ยนพลังงานอีกด้วย

บนท้องถนน: การชาร์จแบบไร้สาย

การชาร์จแบบไร้สายนั้นก็คล้ายกับการพัฒนาเทคโนโลยีการชาร์จโทรศัพท์มือถือ โดยหลักๆ แล้ว การชาร์จแบบไร้สายจะใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการสั่นพ้องแม่เหล็กเพื่อส่งพลังงาน แปลงพลังงานให้เป็นสนามแม่เหล็ก จากนั้นจึงรับและเก็บพลังงานไว้ผ่านอุปกรณ์รับของรถยนต์ ความเร็วในการชาร์จจะไม่เร็วเกินไป แต่สามารถชาร์จขณะขับรถได้ ซึ่งถือว่าช่วยบรรเทาความกังวลเรื่องระยะทางได้

Electreon เพิ่งเปิดตัวถนนไฟฟ้าอย่างเป็นทางการในมิชิแกน สหรัฐอเมริกา และจะทำการทดสอบอย่างละเอียดในช่วงต้นปี 2024 โดยถนนดังกล่าวช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าที่ขับหรือจอดอยู่ริมถนนสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้โดยไม่ต้องเสียบปลั๊ก โดยในช่วงแรกจะมีความยาวประมาณ 1 ใน 4 ไมล์ และจะขยายออกไปเป็น 1 ไมล์ การพัฒนาเทคโนโลยีนี้ยังช่วยกระตุ้นระบบนิเวศมือถืออย่างมาก แต่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานที่สูงมากและงานวิศวกรรมจำนวนมาก

ความท้าทายเพิ่มเติม

เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าเข้ามาเพิ่มมากขึ้น-มีการจัดตั้งเครือข่ายการชาร์จเพิ่มมากขึ้น และต้องปล่อยกระแสไฟมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าจะมีแรงกดดันโหลดที่มากขึ้นบนโครงข่ายไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นพลังงาน การผลิตไฟฟ้า หรือการส่งและจำหน่ายไฟฟ้า เราจะต้องเผชิญกับความท้าทายมากมาย

ประการแรก จากมุมมองมหภาคระดับโลก การพัฒนาระบบกักเก็บพลังงานยังคงเป็นแนวโน้มสำคัญ ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องเร่งดำเนินการทางเทคนิคและเค้าโครงของ V2X เพื่อให้พลังงานสามารถหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพในทุกช่องทาง

ประการที่สอง ใช้ปัญญาประดิษฐ์และเทคโนโลยีบิ๊กดาต้าเพื่อสร้างกริดอัจฉริยะและปรับปรุงความน่าเชื่อถือของกริด วิเคราะห์และจัดการความต้องการในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพและแนะนำการชาร์จตามช่วงเวลา ไม่เพียงแต่สามารถลดความเสี่ยงของผลกระทบต่อกริดเท่านั้น แต่ยังสามารถลดค่าไฟฟ้าของเจ้าของรถได้อีกด้วย

ประการที่สาม แม้ว่าแรงกดดันด้านนโยบายจะได้ผลในทางทฤษฎี แต่การนำไปปฏิบัตินั้นมีความสำคัญมากกว่า ก่อนหน้านี้ทำเนียบขาวอ้างว่าได้ลงทุน 7.5 พันล้านดอลลาร์ในการก่อสร้างสถานีชาร์จไฟฟ้า แต่แทบไม่มีความคืบหน้าใดๆ เลย เหตุผลก็คือ เป็นเรื่องยากที่จะจับคู่ข้อกำหนดด้านเงินอุดหนุนในนโยบายกับประสิทธิภาพของสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ และแรงกระตุ้นด้านกำไรของผู้รับเหมายังห่างไกลจากการเริ่มต้นใช้งาน

ในที่สุดผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่กำลังพัฒนาระบบชาร์จเร็วแรงดันสูง โดยจะใช้เทคโนโลยีแรงดันสูง 800V ในขณะเดียวกันก็จะอัปเกรดเทคโนโลยีแบตเตอรี่และเทคโนโลยีระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญเพื่อให้สามารถชาร์จเร็วได้ภายใน 10-15 นาที อุตสาหกรรมทั้งหมดจะเผชิญกับความท้าทายครั้งใหญ่

เทคโนโลยีการชาร์จเร็วที่แตกต่างกันนั้นเหมาะสำหรับโอกาสและความต้องการที่แตกต่างกัน และวิธีการชาร์จแต่ละวิธีก็มีข้อบกพร่องที่ชัดเจนเช่นกัน เครื่องชาร์จสามเฟสสำหรับการชาร์จเร็วที่บ้าน การชาร์จเร็ว DC สำหรับทางเดินความเร็วสูง การชาร์จแบบไร้สายสำหรับสถานะการขับขี่ และสถานีสับเปลี่ยนพลังงานสำหรับสับเปลี่ยนแบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว ในขณะที่เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้ายังคงพัฒนาต่อไป เทคโนโลยีการชาร์จเร็วจะยังคงปรับปรุงและพัฒนาต่อไป เมื่อแพลตฟอร์ม 800V ได้รับความนิยม อุปกรณ์ชาร์จที่สูงกว่า 400 กิโลวัตต์จะมีมากมาย และความวิตกกังวลของเราเกี่ยวกับกลุ่มผลิตภัณฑ์ยานยนต์ไฟฟ้าจะค่อยๆ หมดไปด้วยอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้เหล่านี้ Workersbee ยินดีที่จะทำงานร่วมกับพันธมิตรในอุตสาหกรรมทั้งหมดเพื่อสร้างอนาคตสีเขียว!