Den banbrytande laddaren för elfordon

Lee Williams tittar närmare på en potentiellt banbrytande Ultra-Fast EV Charger som laddar från elnätet i en långsam och icke-ansträngande hastighet för att snabbt frigöra ström till fordonet.

Elfordon kommer snabbt nu. Alla biltillverkare arbetar nu på ett elfordon eller har redan lanserat ett. Flera länder har åtagit sig att göra sig av med bensin- och dieselbilar helt, vissa, som Nederländerna och Norge redan 2025, andra som Tyskland och Indien 2030. Även den största bilmarknaden i världen, Kina, har lovat att avsluta produktionen av traditionella energifordon inom en snar framtid.

Men löftena motsäger verkligheten. Elbilar utgör för närvarande bara 0,1 procent av världens fordonsmarknad enligt en OECD-rapport från 2017. Vad som är än värre är att många utvecklingsländer är just de som kommer att köpa och producera fler bilar i framtiden – och de har inte den infrastruktur som krävs för att klara elektrifieringen.

Därför är utvecklingen av EV-laddningsinfrastruktur avgörande och anledningen till att en prototypladdare från italienska företaget Nidec ASI kan visa sig vara banbrytande. Inte nog med att det gör anspråk på att vara snabbare än sina konkurrenter, laddar ett elfordon upp till 80% kapacitet på mindre än 15 minuter - Tesla Supercharger tar cirka 30 minuter för samma kapacitet- Nidec ASI: s, Ultra-Fast Charger fungerar som en buffrare mellan nätet och fordonet och mildrar belastningen på infrastrukturen när fler och fler elfordon intar vägarna.

"Ultra-Fast Charger tar kraft från nätet," förklarar Matteo Rizzi, chef för global försäljning och marknadsföring på Nidec ASI, "och förlitar sig på batterienergilagring, det förser ett elfordon med ström från 320kWs-350kWs. Baserat på detta batteri kan det leverera sex till sju gånger den effekt som kommer från nätet." Den viktigaste komponenten är batterienergilagringssystemet, i huvudsak ett annat batteri mellan nätet och elfordonet. Detta kan laddas från nätet med en långsam icke-ansträngande hastighet på 50kw och samtidigt släppa sin energi snabbt till fordonet på 320-350kWs

"Det som gör detta meningsfullt är att du kan sätta laddare i områden som inte har en 350kW-matare," förklarar Dr James Marco, en expert på elfordonsladdning och infrastruktur från University of Warwick. "Platser där vi traditionellt tänker på bilar, parkeringshus i flera våningar, bensinstationer, servicestationer längs motorvägen - de har i allmänhet relativt blygsamma möjligheter till el-laddning."

Detsamma gäller för fattigare länder, där den elektriska infrastrukturen inte är tillräcklig, eller förnybar energi kan ersätta nätet som en kraftkälla. "Vi är mycket angelägna om att driva den bana där elfordon drivs av förnybar energi istället för att sätta press på nätet," säger Rizzi. "Laddaren tillåter oss att lagra denna energi och multiplicera uteffekten sex eller sju gånger."

Nidec ASI är inriktade på marknader för förnybar energi i utvecklingsländerna och arbetar med att skapa lågspänningsladdningsstationer med centraliserade batterier som kan ladda 12 fordon till 80 % kapacitet på bara en timme eller 80 fordon på en dag. Rizzi ser dessa stationer, som kräver upp till 200kWs effektingång, som komponenter inom ett mikronät där lokaliserade förnybara energikällor såsom solpaneler på taket är kraftkällan. Dessa förväntas lanseras under de kommande två åren, följt av medelspännings(MV)-laddstationer som arbetar direkt från nätet eller en förnybar källa och ladda upp till 135 fordon på en timme.

Dessa större MV-laddstationer kommer att kräva betydligt större mängder kraft och vissa investeringar i nätinfrastruktur eller förnybara energikällor, vilket tyder på ett potentiellt hinder i vägen framåt. Ultrasnabba laddare kan vara ett fungerande stop gap men vad händer när de flesta familjer äger ett elfordon? Den oundvikliga belastningen på el-infrastrukturen kommer väl någon gång, vad vi än gör?

Dr Marco tror inte det. "Med tanke på den prognostiserade tillväxten har vi inte i några problem ännu," säger han, "och vi kommer inte att ha det på ett bra tag. Så på generationsnivå ser jag inte att det kommer att bli ett problem så länge förnuftiga åtgärer görs." Dessa förnuftiga saker inkluderar efterfrågesidans hantering av energi, som smarta laddare kopplade till smarta nät tillsammans med smart mätning, så även om du kan ha hundra enheter inkopplade på en gång, laddas inte alla laddning på samma gång. Enheter laddas vid olika tidpunkter för att maximera användbarheten och dämpa påverkan på nätet, ström ska även levereras tillbaka till nätet vid driftstopp.

Denna sista punkt skulle kunna vara nyckeln till att integrera infrastrukturen för elfordonsladdning i utvecklingsländerna till ett lågt pris och relativt sömlöst sätt, enligt Rizzi, eftersom det för in lönsamhet i ekvationen. I framkant ligger laddning mellan fordon och nät (V2G), något som Ultra Fast Charger också kan göra. Detta gör det möjligt för fordon att effektivt skicka tillbaka strömmen till nätet när de är anslutna men inte laddar. Det öppnar en ny värld där elbilar inte bara blir elkonsumenter utan även generatorer av den. "Att ladda bilen på jobbet kan bli en förmån", säger Marco. " Ett universitet eller en science park som har en parkeringsplats full av elbilar - du kan få din bil laddad lagom tills att du lämnar vid fem på eftermiddagen. I utbyte mot det låter du din bil användas som en del av ett virtuellt kraftverk mellan 10.00 och 15.00."

Rizzi ser detta system användas överallt där många bilar parkeras under lång tid, allt från kontor, till vårdcentraler till järnvägsstationer och flygplatser - virtuella kraftverk som inte längre dränerar energin utan blir ett vitalt organ som fyller på energin i nätet. Det skulle också kunna fungera på individuell nivå. "Hemma kanske du har ditt elfordon," säger Marco, "och dessutom kan du ha ett litet batterisystem som sitter i ditt hus, kanske stort som ett konventionellt kylskåp, och du har solpaneler på ditt tak. Du har kontroll och data för att hantera dessa och har en liten ö av energi för dig själv."

Nidec ASI är inte det enda företaget som fokuserar på V2G-laddning. Nissan samarbetar med energijätten E.ON för att göra V2G-tekniken tillgänglig inom en snar framtid för sitt elfordon, Leaf. Och UK-baserade OVO Energy erbjuder redan V2G-laddare som kan hantera ström smidigt via en smartphone-app. I takt med att tekniken fångas upp ser Rizzi det som grundläggande  med användning av elbilar i fattigare länder utan att det behövs enorma infrastrukturinvesteringar.

"Du kan se till att genom denna smarta nät-strategi bygga en lönsam affärsmodell," säger han. – Det handlar inte bara om att göra stora investeringar, det är inte önskvärt. Det finns flera intäktsströmmar som du kan bygga in i detta, och det är budskapet.