Recarga de enchufes y voltajes eléctricos competidores

 

Si tienes mi edad, recuerda que Betamax era un competidor de VHS cuando se trataba de alquilar películas grabadas en video (esto fue en los viejos tiempos, antes de la transmisión web, cuando había barcos de madera y hombres de acero). . Entonces … ¿quién ganará y se convertirá en el campeón de los futuros formatos de vehículos eléctricos? Veamos cómo van las cosas …

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¿Carga de larga distancia o rápida?

En Estados Unidos hay individualistas duros o al menos … personas que quieren ser un individualista brutal, o … quieren que otros «piensen» que son individualistas duros. De cualquier manera, el resto del mundo se ha visto atraído por una existencia similar a una colmena que recompensa a la sociedad colectiva.

Los cultivadores de árboles jóvenes idealistas pueden mostrar interés en las tecnologías ecológicas, pero una de las formas en que los países «con visión de futuro» han «alentado» a su gente a hacer lo que creen que es «correcto» es imponer impuestos a los combustibles baratos, por lo que las alternativas que no lo hacen . No parece tan malo. A partir de marzo de 2021 … Portugal, Noruega y los Países Bajos tendrán precios de la gasolina de alrededor de $ 5,92 a $ 8,58 por galón (1,60 a 1,90 euros por litro).

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Holanda en invierno. Los molinos de viento bombean agua de mar de los pantanos para que puedan usar terrenos planos cerca del océano (toda la tierra es muy plana). Es probablemente el cultivo más apto para bicicletas en el mundo … y la gasolina cuesta $ 8 el galón.

Es posible que haya pensado que los Países Bajos han invertido mucho en un sistema de autobús y tranvía fantástico y completo porque son inteligentes y reflexivos (y también tienen el sistema de carriles para bicicletas más extenso del mundo).

Tal vez se preocupan más por la tierra que el resto de los países del mundo, pero … creo que votan por el dinero de los impuestos para construir infraestructura de transporte social porque su gobierno ha podido gravar a los productores de gasolina, respaldando $ 8. / galón (no se preocupe, el actual gobierno de los EE. UU. está haciendo todo lo posible para traer combustible caro aquí también …).

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Los autobuses eléctricos se envían a Shenzhen, China para su exportación a todo el mundo.

Quizás se pregunte por qué escribí los párrafos anteriores antes de llegar a la esencia de este artículo, pero … si puede averiguar sus motivos, a menudo puede aclarar las diferencias en cuanto a lo que harán los países grandes a continuación.

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100V, 400V y 800V.

Hace algún tiempo escribí un artículo sobre Exotic Cars Today que eran autos híbridos o eléctricos puros (haga clic aquí). Después de recopilar los datos para escribir el artículo, se me ocurrió una cosa. Algunos de estos autos usaban alrededor de 800 V. Hicieron lo suficiente como para que no pudiera ser una coincidencia. Creo que hay dos razones. Primero, los voltios más altos significan que cualquier sistema con ganancia limitada puede lograr el mismo rendimiento con menos amplificadores que generen calor. Esto no solo afecta la potencia de salida, sino también el tiempo máximo de carga de la batería. Los voltios más altos pueden cargarse más rápido si las estaciones de carga públicas se limitan a la cantidad de amperios que pueden entregar.

No hace falta decir que la mayoría de los vehículos eléctricos tendrán un cargador grande instalado en sus propietarios. Además, la mayor parte de la red eléctrica se utiliza durante el día y la red de generación de energía está diseñada para manejar cargas pico durante los meses pico de verano. Esto significa que durante los inviernos fríos e incluso de noche … el exceso de capacidad eléctrica solo está presente cuando el vehículo está al ralentí. El mejor lugar y momento para cargar un vehículo eléctrico es en casa cuando duerme por la noche. De esta forma, ya no es necesario construir costosas centrales eléctricas, al menos por el momento.

Aquí la Unión Europea / UE y los Estados Unidos van en direcciones diferentes. Los autos Tesla y el Nissan Leaf tienen un diseño que destaca una batería grande con un gran alcance (más de 300 millas por carga es común). Por supuesto, Tesla ha invertido mucho en la construcción de un gran sistema de carga en los Estados Unidos, pero muy pocas personas conducen más de 300 millas por día, y las ventas muestran que los clientes estadounidenses están bien con 300 millas entre cargas. Si quieren ir más lejos, tienen que detenerse en una estación de carga a mitad de camino y comer en un restaurante cercano mientras su automóvil se «carga rápidamente» para alcanzar rápidamente la mitad de su rango máximo (una carga completa se ralentiza) cerca de The End). 300 millas a 65 mph o 4,6 horas de conducción …

En la UE, toda la situación parece sugerir que tienden a tener una batería de automóvil más pequeña con un voltaje más alto y pueden recargarse rápidamente. Esto reduce el costo de la batería y aligera el automóvil para mejorar su rendimiento. Dicho esto, todavía hay muchas estaciones de carga de vehículos eléctricos públicos compatibles con 400V en la UE donde se pueden reparar los autos de 400V.

Dije que había dos razones, y aquí está la segunda. La UE está invirtiendo fuertemente en autobuses eléctricos (haga clic aquí). y si quieres acelerar un archivo Vehículo de 18.000 kg Con amperios modestos, ciertamente DEBE aumentar el voltaje lo más alto posible. Aparentemente, muchos fabricantes de autobuses de vehículos eléctricos han optado por una entrada de hasta 800V. El fabricante chino de autobuses BYD tiene baterías configurables que utilizan la química LiFePO4 «retardante de llama» en voltajes de 380V a 700V para permitir la carga de nodos de 400V y 800V dependiendo de los mercados locales en los que se compren.

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Aquí, un autobús eléctrico recibe una carga de inducción de 800 V en el techo, que funciona perfectamente incluso con lluvia intensa.

Los coches exóticos de la UE pueden utilizar estaciones de carga rápida de 800 V en toda la UE, que se han instalado en aparcamientos con cargadores de coches eléctricos para autobuses y camiones de trabajo.

Esto nos devuelve a esos estadounidenses decididamente independientes. Con mucho, los vehículos eléctricos más vendidos en los EE. UU. Fueron los autos Tesla y el Nissan Leaf. Los depósitos de venta anticipada del pequeño y asequible Chevy Bolt también sugieren que es probable que sea un modelo popular. Menciono estos tres principalmente porque todos usan voltajes cercanos a 400V.

Ninguna de estas opciones de voltaje se basó en la seguridad, ya que cualquier valor superior a 100 V puede ser fatal en las circunstancias adecuadas. Cuanto mayor sea el voltaje, más fácil será matarlo. Entonces, si te matan solo 100 V, ¿por qué no aumentar el voltaje tanto como sea posible? Más voltios significa menos amperios, ¿verdad? Tesla y Nissan tienen ingenieros muy inteligentes que trabajan para ellos. Entonces, ¿por qué no establecer el voltaje en 500 V, 600 V o 700 V? Hay muchos factores en conflicto y deben tenerse en cuenta al tomar una decisión importante como esta. Echemos un vistazo a esto.

Es cierto que en el modelo de sistema europeo el uso de 800V significa que con una batería más pequeña se puede obtener un gran rendimiento con menos amperios y una carga más rápida. Sin embargo, puede viajar distancias cortas (las ciudades europeas son bastante densas en lugar de extensas) o recaudar impuestos a menudo durante un viaje largo. Entonces … ¿por qué no aparcar su Königsegg de 800 V de vez en cuando para pasear por París en el baño y disfrutar de un relajante espresso?

Las ciudades estadounidenses (y la mayoría de los lugares a los que nos encanta viajar), sin embargo, son un poco escasas. Y sea cual sea la razón, los clientes de vehículos eléctricos de EE. UU. Prefieren pagar un poco más por una mayor cobertura. Si insiste en tener una batería grande, el voltaje puede ser menor para seguir obteniendo «X» vatios de potencia, ya que una batería grande puede apagar fácilmente grandes amperios. Tesla sabía desde el principio que la mitad inferior de la carga de una batería muerta podría requerir una carga rápida de alto amperaje para reemplazar la mitad de su rango en un tiempo relativamente corto. [The final top half of charge must be provided at lower amps because of heat].

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El número de estaciones de carga aumenta semanalmente, ahora puede viajar por los Estados Unidos con un automóvil eléctrico.

Los cables de acoplamiento rápidos «Supercharger» de Tesla y las baterías a bordo de su vehículo tienen enfriamiento activo. Por supuesto, al enfriar la batería mientras se conduce, se pueden eliminar grandes amperios sin que la batería se sobrecaliente. Sin embargo, un sistema de enfriamiento en la batería también es útil para una carga más rápida.

¿Por qué 400V? Hay transformadores comunes en los Estados Unidos en capaz de convertir el voltaje de línea de 20,000V a 440V y es más eficiente reducir ligeramente el voltaje de 440 a un poco más bajo cuando se convierte CA a CC por carga que cuando se convierte CA a CC por carga usando un aumento de circuito que trabaja de 220V a a voltaje más alto. Una pequeña consideración, quizás, pero … a veces, un pequeño timón puede cambiar el rumbo de un barco bastante grande.

220V era demasiado bajo y 800V no es necesario, especialmente porque las paradas de autobuses eléctricos estadounidenses NO están abiertas al público, así que … 400V.

También agregué 100V en el título de esta sección y esto se aplica a las motocicletas Zero. Usan 28 celdas de litio en serie (28S) y creo que han perdido una oportunidad al no configurar su batería como dos baterías 14S en serie. Los inversores populares pueden convertir baterías de 48V / 52V a 120VAC para alimentar su hogar en caso de un corte de energía inesperado (consulte: Texas febrero 2021).

Cuando el voltaje nominal de una sola batería de litio es de 3.6V y está completamente cargada a 4.1V por batería, … 28S es 100V cuando se carga al 50% y 115V cuando está completamente cargada. Esto permite una carga bastante eficiente desde un tomacorriente de 120 V CA que se encuentra en la mayoría de los talleres de reparación en los Estados Unidos.

Un ingeniero de Zero me dijo que el uso de menos celdas también simplificaba el sistema de gestión de la batería / BMS, que consideraban muy importante.

Cada motocicleta Zero viene con un pequeño cargador a bordo diseñado para resistir golpes y agua. Sin embargo, debido a su modesto tamaño, es bastante lento. Si lo desea, puede instalar un cargador de nivel 2 más grande en su garaje para acelerar la operación. Esto significa que siempre puede comenzar el día con una batería cargada cuando se despierte y luego recargar un poco en el trabajo o donde sea que pueda encontrar una toma de corriente de 120V compartida.

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La bicicleta de montaña eléctrica huérfana de tamaño completo Alta «Redshift». Se informa que rivaliza con la gasolina 450

La ya desaparecida motocicleta Alta usaba alrededor de 350 voltios y el rendimiento era excelente, pero … era caro y sus primeros esfuerzos se centraron en conseguir un contrato militar. Su producto principal era una versión todoterreno y los voltios más altos les permitieron usar un motor más pequeño y de mayor velocidad, ya que optaron por un sistema de bajo amperaje para maximizar la vida útil de la batería (sin salidas en el desierto).

Nuestro artículo sobre la investigación de la batería de Jeff Dahn (haga clic aquí) mostró que Tesla sabía desde hacía mucho tiempo lo que iba a hacer con las baterías en el futuro cercano (hoy), y que esto incluía un aumento dramático en la cantidad de amperios sobre los propios. podría haber proporcionado celdas usando la configuración interna de «tablas».

Además, es posible que no haya mejoras significativas en la capacidad por volumen en el futuro previsible, por lo que … el camino general ha indicado una tendencia hacia voltios más bajos y amperios más altos. Para bien o para mal … Tesla, Nissan, Chevy y Zero han tomado este camino, y hasta ahora parece que están dando sus frutos en los Estados Unidos.

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El paquete de energía móvil Honda / Panasonic 48V, dos de los cuales se encuentran debajo del asiento de un scooter PCX.

En términos de voltios más bajos y amperios más altos, Honda y Panasonic introdujeron recientemente un sistema de batería intercambiable en caliente para scooters en Indonesia. Indonesia es en realidad el tercer mercado más grande del mundo para vehículos de dos ruedas (270 millones de personas) con un enfoque en motocicletas ligeras y scooters de 50 MPH.

Hace años, 48V se consideraba apenas suficiente para un scooter eléctrico de calle, y 72V era la actualización popular para un mejor rendimiento. Dado que ahora hay más amperes disponibles en estas baterías más pequeñas, Honda ha elegido 48V como voltaje del sistema y también química LiFePO4 «retardante de llama» (en parte porque el problema del cobalto o níquel es innecesario).

En este sistema, usted compra el scooter (ver arriba), pero no compra la batería. En cambio, las estaciones de carga están en casi todas partes, por lo que solo tiene que deslizar su tarjeta de crédito y reemplazar la batería vieja por una recién cargada.

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El sistema de energía móvil Honda / Panasonic. Un UTV a la izquierda, un inversor de 120V en el centro y a la derecha hay un chasis robótico de rodillos de superficie plana que se puede personalizar para una variedad de usos.

Mencioné en el pasado que 48V se usa para alimentar un inversor (para suministrar 120VAC en caso de un corte de energía), y este sistema hizo que estos inversores estuvieran disponibles para su compra desde el principio. Y para aquellos que piensan que 48V es demasiado bajo para una aplicación seria, dos de ellos pueden suministrar 96V en serie.

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La guerra de espinas

Los tipos de conectores que quedan en la carrera son SAE J1772 (un nombre técnico simple), CHAdeMO (que significa «CHArge de MOve» pero no pregunta por qué) y CCS es el «sistema de carga combinado» con los tres que se ven a continuación en este artículo.

SAE significa «Sociedad de Ingenieros Automotrices» y la J1772 Número es el nombre de un tipo de conector. Se introdujo por primera vez en 2001 como una interfaz con capacidad de 6,6 kW. La introducción del Nissan Leaf a un precio razonable en 2010 llevó a SAE a votar sobre la actualización del conector estándar a 19kW y 80A en 2010 agregando dos pines de CC más grandes en la parte inferior. Las empresas que han acordado incluir la tienda J1772 mejorada para sus vehículos eléctricos en un futuro próximo son Chrysler, GM, Ford, Honda, Toyota, Nissan y Tesla.

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El conector SAE J1772 tipo 1 en la mitad superior, con los dos pines de «High Amp» tipo 2 en negrita añadidos en 2010 en la mitad inferior

CHAdeMO es un conector estándar de 2005 de la compañía eléctrica japonesa TEPCO. Las empresas que han acordado hacerse cargo de él son Honda, Toyota, Nissan, Mitsubishi, Subaru, Hitachi y Panasonic. Sin embargo, dado el enorme mercado de vehículos eléctricos en EE. UU. Y la UE, el uso de esta tienda está en declive, ya que otros formatos permiten a los clientes aprovechar la creciente disponibilidad de cargadores públicos en estas áreas.

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El conector CHAdeMO, cuyo uso está disminuyendo.

CCS comenzó en Alemania en 2011 como parte de un acuerdo entre Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen, Ford y General Motors para reducir los conflictos de carga pública con los tipos de conectores. La mitad superior original de 7 pines del conector CCS se llamaba enchufe de alimentación Mennekes. La adición de dos pines de CC grandes se ha convertido en el estándar CCS Tipo 2, que se puede cargar hasta 63A. Sigue siendo popular.

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El nuevo CCS tipo 2

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Tesla, el gorila de 500 libras

Cuando era niño había una broma que decía algo como esto … «¿Dónde está sentado un gorila de 500 libras?» Y la respuesta es «Donde quiera».

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El conector patentado de Tesla

Tesla ha optado por diseñar sus propios enchufes y enchufes, pero tiene adaptadores para clientes de todo el mundo que desean acceder a los cargadores públicos de CHAdeMO, J1772 y CCS. Tesla construido en China tendrá una interfaz de doble zócalo, uno de los cuales es el zócalo chino completamente diferente.

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Las tomas de carga dobles de un Tesla chino. El enchufe chino GB está a la izquierda y el enchufe CCS / Mennekes Tipo 1 está a la derecha.

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Nissan Leaf

El Nissan Leaf es el automóvil eléctrico más vendido en el mundo, pero con ventas en los Estados Unidos, es solo el segundo más vendido aquí después del enormemente popular Tesla Model-3. La hoja viene con un enchufe CHAdeMO y un enchufe J1772 tipo 1 de serie.

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El Nissan Leaf tiene dos tomas de carga diferentes debajo de la tapa de la nariz. El J1772 Tipo 1 se muestra a la derecha. El CHAdeMO se encuentra a la izquierda debajo de la tapa.

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Allí se han omitido otros voltajes del sistema y tipos de conectores y estas cosas pueden consolidarse con el tiempo, como ahora. Por ejemplo, a partir de marzo de 2021, KTM, Yamaha, Honda y Piaggio acordaron desarrollar y utilizar conjuntamente la misma batería reemplazable, voltaje y tipo de enchufe para sus motocicletas todoterreno. El verano pasado, Suzuki y Kawasaki expresaron interés en unirse, pero actualmente no están comprometidos contractualmente.

Escuché una historia interesante sobre la dinámica de los estándares de interfaz. Cuando se diseñó el transbordador espacial en 1969, se decidió tener dos propulsores de cohetes sólidos a Thiokol, Utah, y transpórtelos en tren al sitio de lanzamiento en Florida. Esto significó que su diámetro estaba limitado por el ancho de los túneles ferroviarios a lo largo de la ruta. Los túneles se excavaron en las Montañas Rocosas a un gran costo para apenas acomodar las locomotoras.

El ancho de las locomotoras modernas estaba determinado por el ancho de las dos vías en las vías del ferrocarril, adecuado para locomotoras de vapor más antiguas. Las dos vías de las locomotoras más antiguas estaban dispuestas para que coincidieran con los vagones tirados por caballos de la época, ya que cientos de vías en los Estados Unidos requerían el uso de dinamita para eliminar rocas apenas grandes de los estrechos pasajes. Al utilizar un ancho de camino existente, se pueden ahorrar trabajo y costos adicionales.

Los vagones habían sido construidos tan anchos que las ruedas estaban unidas a canaletas regulares que se habían desgastado en las vías durante décadas, lo que evitaba que se deslizaran hacia un lado en condiciones resbaladizas. Pero … ¿quién eligió el mejor ancho de los primeros coches de la expansión occidental? Los carros se construyeron con el ancho de dos pistones tirados por caballos colocados uno al lado del otro. Un carro más estrecho con caballos alineados sería inestable y fácilmente caería de lado. Y los coches más anchos no serían adecuados para rutas estrechas.

El diámetro de los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial es el ancho de dos tocones de caballo.

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