Sähköisen liikkuvuuden edistyminen ja latausverkoston kehittäminen riippuvat monista tekijöistä. Kestävän ratkaisun saavuttamiseksi on tärkeää ymmärtää järjestelmät ja niiden väliset suhteet. Näitä ovat latauskonseptit, ajomatka tai kantama, rahoitus, resurssien hankinta ja akkujen kierrätys.
|
Artikkelin on kirjoittanut Albert Culetto, joka toimii teknisessä tuessa Rutronikilla. |
Olipa kyseessä kokonaan akkukäyttöinen ajoneuvo tai hybridiratkaisu, sähköauton latauskonsepti noudattaa tiettyä mallia. Ajoneuvon laturi (OBC) hoitaa latauksen hallinnan. Lataaminen sinänsä on yksinkertainen "plug & play" -tapahtuma, jossa kaapeli työnnetään pistorasiaan ja noudatetaan valmistajan määrittämiä latausaikoja, akun kapasiteettia ja OBC-lataustehoa. Optimaalisen latauksen ja virheiden välttämiseksi akku ja laturi kommunikoivat keskenään. Näin auto määrittää, kuinka paljon sen akustoa tarvitsee ladata, kun taas latausasema (2- tai 3-tyypin) vahvistaa kapasiteetin. Ajoneuvotyypin valintaan tämä kaikki tuo paljon joustavuutta, tarvitaan oikeastaan vain pistoketyypin yhteensopivuus.
Esimerkki latausajasta
BMW i3:n akuston nettokapasiteetti on 37,9 kWh ja laturin teho enintään 11 kW, mikä tarkoittaa, että akkua on ladattava 3,5 tunnin ajan. Tämä on valmistajan määritysten mukaista, jonka mukaan 80 prosenttia kapasiteetista saavutetaan enimmäislatauksella (tila 3) 3 tunnin ja 2 minuutin kuluttua. Jos lataus suoritetaan vain tavallisella Schuko-pistorasialla (tila 2), valmistajan teknisten tietojen mukaan latausaika on noin 15 tuntia (37,9 kWh / 15 tuntia = 2,5 kW), mikä puolestaan vastaa odotettua verkkopistorasian enimmäistehoa. Tässä tapauksessa puhdas DC-lataus kestää noin 42 minuuttia (50 kW).
Latauskaapelit ja -tilat
Huolimatta pyrkimyksistä standardoida latausliitin on olemassa useita järjestelmiä, jotka ovat vakiintuneet auton alkuperämaasta riippuen. Koska suurin osa sähköautoista ympäri maailmaa oli valmistettu Japanissa vuoteen 2015 asti, yhteinen CHAdeMO -standardi on osoittautunut vankaksi siellä. Toisaalta eurooppalaiset vaativat omaa standardiaan (tyyppi 2), mutta eivät ole onnistuneet vakiinnuttamaan sitä. Yhdysvallat ja Kiina ovat kohdanneet saman ongelman. Tämä tarkoittaa, että automerkit ympäri maailmaa jakavat tällä hetkellä neljä erilaista pistokemuotoa.
Latausasema (seinäasennettava) voi tarjota erilaisia latausmuotoja. Alueellisten sähköstandardien noudattaminen auttaa varmistamaan yleisen turvallisuuden. Lopulta on neljä erilaista lataustilaa:
Tila 1: hallitsematon lataus ilman tiedonsiirtoa, ei katkaisumekanismia (vaara), sisäinen laturi -> maksimilatausvirta 16A/11 kW, 1-vaihe/3-vaihe
Tila 2: hallitsematon lataus ilman tiedonsiirtoa, IC-CPD-suojaus/pilottitoiminto sisäänrakennettu kaapeliin (kaapelinohjaus- ja suojalaitteessa), sisäinen laturi -> max. latausvirta: 32A/22 kW, 1-vaihe/3-vaihe
Tila 3: ohjattu lataus, AC-lataus tyyppihyväksytyillä latausasemilla, latausasemaan sisäänrakennettu suojaus-/pilottitoiminto, sisäinen laturi -> max. latausvirta: 63A/44 kW, 1-vaihe/3-vaihe
Tila 4: ohjattu lataus, DC-lataus vain tyyppitarkistetuilla latausasemilla (sähköajoneuvojen syöttölaitteet, EVSE), valvonta- ja turvamekanismi/ohjaustoiminto, joka on integroitu latauslaitteistoon
Kantama
Ajokantama yhdellä latauksella aiheuttaa aina kiistoja. Ajomatka vaihtelee tällä hetkellä 100 – 1 000 kilometrin välillä ja riippuu myös siitä, onko ajoneuvo pelkästään akkukäyttöinen vai onko kyseessä hybridiratkaisu. Asiakkaiden tarpeet on myös otettava huomioon suuresti. Esimerkiksi keskimääräinen ajomatka töihin on Saksassa on noin 16,9 km (tietyillä alueilla jopa 30 km). Mikä tahansa autotyyppi voi hoitaa tämän päivittäisellä latauksella. Kuvio muuttuu kuitenkin heti monimutkaisemmaksi, jos halutaan ajaa lomamatkoja. Tällöin tarvitaan pikalatausasemia. Niitä voidaan esimerkiksi BMW i3:n lataamiseen 50 kW:n latausasemalla noin 42 minuutissa.
On jo olemassa jopa 200 kW:n latausasemia, jotka lyhentävät latausajan vajaaseen kymmeneen minuuttiin (80 %:n kapasiteettiin). Jos latausliitin on myös jäähdytetty (500-850A), lataus nopeutuu melkein yhtä nopeasti kuin normaalin bensatankin täyttäminen huoltoasemalla.
Valtiontuet
Rahoitus on keskeisessä roolissa, kun sähköisen liikkuvuuden kehittymistä määritellään. Saksan liittohallituksen koronaviruspandemian yhteydessä esittämä talouden elvytyspaketti tekee sähköauton ostamisesta entistä houkuttelevampaa. Se on korottanut tuettujen ajoneuvojen hinnan ylärajan 40 000 euroon, kun taas valtiontuki täysin sähköajoneuvon ostamiseen kaksinkertaistuu 6 000 euroon. Tähän lisätään 3 prosentin alv -alennus ja valmistajien ympäristöbonus (noin 3000 €). Myös liittohallitus ja Saksan liittovaltiot osoittavat varoja infrastruktuuri-investointien elvytyspaketissa.
Verkon ylikuormituksen pelko on estänyt monia asentamasta omaa latausasemaa tai wallbox -latauspistettä toistaiseksi - mutta tämä huolenaihe on perusteeton. Tavallisen perheen kodin mukana toimitetaan linja, jonka sulake kestää vähintään 63 A:n jännitteen. Vertailun vuoksi: kodin suurin virrankuluttaja on sähköliesi, jossa on 16 ampeerin sulake. Jopa suurempien kotitalouksien sähkölaitteiden kuten sähkökattiloiden (16 tai 25A), kanssa wallbox -latauspisteen kapasiteetti riittää.
Sähkölaitokset kehittävät myös infrastruktuuria. Niiden tavoitteena on tehdä muuntajien verkostosta tiheämpi ja tehokkaampi ja sisällyttää latauspaikat suunnitteluun varhaisessa vaiheessa. Tällaisiin suunnitelmiin sisältyy myös suuria autotalleja. Tulevissa katuvalaistuskonsepteissa on julkisia latausasemia, jotka on integroitu katuvalaisimiin.
Litium - avainmateriaali
Litiumin louhinta, joka on tällä hetkellä välttämätöntä sähköautojen akkukennojen tuotannolle, jättää vahingollisen jälkensä ympäristöön. Maailman suurimmat litiumvarannot sijaitsevat Boliviassa, Argentiinassa ja Chilessä, ja niiden koko on noin yhdeksän miljoonaa tonnia. Euroopassa suurimmat varannot sijaitsevat Portugalissa (100 000 tonnia) ja Itävallassa (50 000 tonnia). Statistan mukaan noin 37,4 prosenttia litiumin kysynnästä aiheutuu paristoista ja akuista.
Kaivostoiminta saa litiumin sisältämän suolaveden - erittäin suolaisen pohjaveden - nousemaan pintaan, jossa se kuivataan eri haihdutusvaiheissa. Vettä ei syötetä takaisin, mikä johtaa pohjaveden tason laskuun, mikä vaikuttaa haitallisesti ihmisten ja luonnon elämään kyseisillä alueilla.
Vaikka raportit vaihtelevat, nämä luvut antavat vilauksen ongelman laajuuteen - Chilessä, Salar de Atacamassa, litiumin uuttamiseen vaaditaan päivittäin 21 miljoonaa litraa vettä. Myös louhitun materiaalin määrä vaihtelee, ja uusimmat tiedot viittaavat 23 tonniin puhdasta litiumia päivässä, mikä tarkoittaa 900 000 litran vedenkulutusta litiumtonnia kohti. Jos litiumakkujen tuotantoon kuluu niin paljon vettä, meidän on käsiteltävä tätä raaka-ainetta varoen.
Akkujen kierrätys
Tämä tekee myös kierrätetyistä akuista toissijaisena raaka-aineena tärkeän lähteen. Auton akut käyttävät paitsi litiumia myös paljon muita raaka-aineita, kuten mangaania, kobolttia, nikkeliä ja grafiittia ja nestemäistä elektrolyyttiä, sekä 10-20 kg litiumia (keskiluokan ajoneuvon akku).
Valittavana on tällä hetkellä kaksi kierrätysmenetelmää. Ensimmäinen käyttää materiaalien erilaisia sulamislämpötiloja ja sisältää sulatuksen. Toisessa menetelmässä yksittäiset komponentit murskataan ja erotetaan sitten kemiallisesti. Ennen kuin kumpaakaan tapahtuu, liitososat, turvaelektroniikka, eristemateriaalit ja pakkausmuovit on poistettava fyysisin keinoin. Murskauksen etuna on, että se voidaan tehdä paikallisesti, eikä vaaralliseksi materiaaliksi katsottua akkua tarvitse kuljettaa (ei ainakaan kauas). Kierrätys on kuitenkin kustannusten arvoista vain, kun käsitellään suurempia määriä.
Akun käyttöikä vaikuttaa myös raaka-aineiden kulutukseen. Sähköautoissa akkua pidetään jo "kuolleena", kun sen kapasiteetti putoaa 80 prosenttiin alkuperäisestä. Mutta ei ole järkevää hävittää tällaista akkua niin aikaisin - sillä voi olla toinen tai kolmas elämä. Kun akku on tarkistettu ja yksittäiset kennot on järjestetty uudelleen, sen toinen elämä puskuriparistona voi alkaa, jotta sitä voidaan käyttää väliaikaisesti aurinko-, tuuli- ja vesivoimaenergian, energiantuottajien tuottohuippujen tai muun ylimääräisen energian varastointiin. Mahdollisuuksia on myös mobiileille energian varastointitiloille pysäköintihalleissa ja paljon muuta. Näin vanha 80 prosentin kapasiteettisääntö voidaan korjata sadaksi prosentiksi samoilla laatuominaisuuksilla. Koko ja paino ovat tässä toissijaisia.
Johtopäätös
Kierrätys- ja kierrätysakkujen markkinat ja laitokset eivät ole vielä täysin kehittyneet, mutta on tärkeää jo miettiä sellaisia aiheita kuin resurssien louhinta ja käyttö sekä maapallon elvyttäminen uudestisyntyminen ja ymmärtää näiden taustalla olevat ongelmat. Jokainen voi itse päättää, miten hänen liikkumisensa toteutuu tulevaisuudessa.
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
