NREL-onderzoeker Keith Davidson oefent een zijdelingse belasting uit op de MCS-connector terwijl deze is ingeschakeld. Credit: Dennis Schroeder, NREL
Transport is de grootste bron van broeikasgasemissies in de Verenigde Staten. Om die emissies te verminderen, is een aanzienlijke verschuiving nodig van verbrandingsmotoren op benzine en diesel naar elektrische motoren die worden aangedreven door hernieuwbare bronnen.
Die verschuiving omvat middelzware en zware vrachtwagens, werkpaarden van de economie die goederen door het hele land vervoeren. Wanneer ze geëlektrificeerd zijn, hebben ze andere laadfaciliteiten nodig dan die voor personenauto’s. Om aan de behoeften van middelzware en zware wagenparken te voldoen, moeten vrachtwagenlaadstations van de toekomst snelladen bieden met een geschatte capaciteit van 1 megawatt of meer. Deze behoefte gaat verder dan wegvoertuigen: industrieën, van luchtvaart tot scheepvaart, overwegen opties om hun wagenpark te elektrificeren en zijn ook op zoek naar een snellaadstandaard van 15 tot 20 minuten.
Experts uit de elektrische voertuigindustrie en wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) werken aan een nieuwe high-power laadstandaard voor middelzware en zware voertuigen, het Megawatt Charging System (MCS). MCS zal een laadcapaciteit tot 3,75 megawatt mogelijk maken, zeven keer hoger dan de huidige technologie voor snelladen voor licht gebruik, die piekt op 500 kilowatt.
Evaluatie van oplaadapparatuur voor elektrische voertuigen helpt ervoor te zorgen dat de nieuwe standaard interoperabel is, wat betekent dat meerdere fabrikanten onderdelen kunnen ontwerpen en bouwen die samenwerken. Interoperabiliteit is van cruciaal belang om een ​​brede, consistente toegang tot laadstations te garanderen, en het zal fabrikanten van elektrische voertuigen in staat stellen om vertrouwen te hebben in de compatibiliteit van stations wanneer nieuwe modellen op de markt komen.
Om de MCS-inspanningen te ondersteunen, heeft NREL, na een eerste evaluatie-evenement in september 2020, in juli en augustus een tweede evaluatie van de oplaadconnector voor krachtige elektrische voertuigen uitgevoerd. De evaluatie wordt mede georganiseerd door het Charging Interface Initiative (CharIN) met steun van het Amerikaanse ministerie van Energie, de California Energy Commission en anderen. CharIN is een non-profitorganisatie die branche-experts samenbrengt om de ontwikkeling van gemeenschappelijke internationale laadstandaarden te ondersteunen.
Een nieuwe oplaadstandaard verifiëren
De huidige oplaadnormen voor elektrische voertuigen maken het mogelijk om voor middelzware en zware vrachtwagens langzamer te laden, doorgaans binnen een paar uur. Sneller onderweg laden op reispleinen of wagenparkdepots vereist echter tot meerdere megawatts. De nieuwe MCS-standaard vult het gat tussen de huidige capaciteit van laadstations en die van op vrachtwagens gerichte voorzieningen.
Het pieklaadvermogen van 3,75 megawatt dat deze faciliteiten voor een enkel voertuig zullen leveren, is gelijk aan het gemiddelde vermogen dat nodig is voor 3.200 Amerikaanse huizen, of genoeg om het dagelijkse energieverbruik van een gemiddeld huis in ongeveer 28 seconden om te zetten. Het overbrengen van zoveel energie in een korte tijd vereist een uniek ontwerp in de bekabeling, connector en laadingang.
NREL-onderzoeker Isaac Tolbert maakt tijdens een evaluatie een warmtebeeld van een MCS-laadsysteem. Credit: Dennis Schroeder, NREL
Voortbouwend op eerdere geleerde lessen, was het evenement van dit jaar gericht op uitgebreide evaluatie om meer praktijkgevallen voor veiligheid en duurzaamheid in overweging te nemen binnen de norm, die compatibiliteit met maximaal 1250 volt en 3000 ampère specificeert. De deelnemers gebruikten de state-of-the-art Evaluatieplatform voor onderzoeksinfrastructuur voor elektrische voertuigen (EVRI) binnen de Energy Systems Integration Facility (ESIF). Onder hen waren vertegenwoordigers van toonaangevende autofabrikanten, fabrikanten van oplaadapparatuur en leveranciers van onderdelen.
“We bieden de industrie de mogelijkheid om samen te komen, op een centrale locatie, zodat zelfs concurrenten gedetailleerde gesprekken kunnen voeren over de technische waarde van verschillende apparatuurparameters en tot een consensus kunnen komen”, zegt Andrew Meintz, die het elektrische voertuig van NREL beheert. netwerkintegratieteam.
Tijdens de recente testronde heeft EVRI vier fabrikanten in staat gesteld om ontwerpen voor voertuiginlaten en laadconnectoren te evalueren. Dit jaar brachten de deelnemers verfijnde, gegoten prototype connectoren mee op basis van 3D-geprinte proofs of concept die in de eerste ronde werden geëvalueerd. Door het proces van het ontwikkelen van gegoten onderdelen te doorlopen, konden de deelnemers niet alleen hun ontwerpen testen, maar er ook voor zorgen dat ze op schaal konden worden vervaardigd.
De oplaadtechnologie van morgen ontwikkelen
Net als bij het evenement van vorig jaar controleerden de deelnemers hoe goed de connectoren pasten bij laadingangen en hoe gemakkelijk ze konden worden aangesloten en losgekoppeld. Ze evalueerden ook de thermische prestaties van het systeem, een belangrijke overweging bij het opladen met hoog vermogen. De uitgebreide evaluatie omvatte het meten van de sterkte van de vergrendelingsmechanismen op de connectoren; kwantificering van de inbrengkracht van de connector tussen verschillende fabrikanten; en duurzaamheid beoordelen. Deelnemers leverden zowel nieuwe componenten als versies die verouderd waren om de effecten van omgevingscondities en herhaald gebruik bij laadfaciliteiten te simuleren.
“NREL is van onschatbare waarde geweest bij de ontwikkeling van de MCS en biedt betrouwbare tests door derden aan de leden van de CharIN MCS-taskforce”, zegt Rustam Kocher, die de taskforce leidt. “Ik ben ervan overtuigd dat we, als we klaar zijn, een stevige, veilige en betrouwbare connector hebben waarop klanten kunnen vertrouwen om hun grote batterijen snel op te laden – of die batterijen nu in vrachtwagens, bussen, boten, of vliegtuigen.”
De betrokkenheid van de industrie via CharIN maakt deel uit van een bredere NREL-inspanning om high-power laadcapaciteit mogelijk te maken. Onderzoekers voeren analyses uit om te bepalen hoe grotere laadstations en de vraag naar elektriciteit van vrachtwagens het elektriciteitsnet zullen beïnvloeden, en hoe technologieën zoals slim laadbeheer en opslag achter de meter eventuele effecten kunnen verminderen. Ook ontwikkelen ze onder meer ontwerpen voor vermogenselektronica, laadconnectoren en optimale acculadingcontrole. Voortbouwend op de mogelijkheden van EVRI, zal het onderzoeksplatform Advanced Research on Integrated Energy Systems (ARIES) de grenzen blijven verleggen om koolstofarm opladen met hoog vermogen op nutsschaal mogelijk te maken.
“Het werk dat momenteel wordt gedaan aan de high-power oplaadinfrastructuur is cruciaal, omdat het de elektrificatie verder zal brengen dan personenauto’s en in de hele transportsector”, zei Meintz.
Geleverd door National Renewable Energy Laboratory
