Snabbladdare är dumma dyra. Här är varför.

• DC Fast Chargers kan kosta en förmögenhet att bygga.
• Cirka 60% av den kostnaden är en krets utformad för att förhindra att människor blir elektrokuterade under laddning.
• Det kan finnas ett billigare, precis som säkert sätt att åstadkomma detta samtidigt som EV-laddare också gör EV-laddare.

Har du någonsin undrat varför DC Fast Chargers är så dyra att bygga? En enda 300 kilowatt nivå 3-laddare-det är bara en Stall vid en offentlig DC Fast Charger – kan springa norr om 100 000 dollar. Denna kostnad är bara en av anledningarna till att infrastrukturen har varit långsam att bygga ut och har förlitat sig starkt på regeringsosten, a la Federal finansiering.

Låt oss prata om vad som finns i den laddaren. Knäck den öppna så hittar du cirka 90 000 dollar i elektronik som flyttar el från nätet till bilens batteri. Här är kickaren: Uppskattningsvis 60% av den kostnaden är för en säkerhetskrets för att se till att du inte av misstag förvandlas till rostat bröd om något går fel. Det betyder att mer än hälften av kostnaden för en EV -laddare håller dig vid liv.

Foto av: General Motors

54 000 dollar i chockskydd: Varför det är viktigt

Det systemet kallas en isoleringslänk. Enligt IEEE -spektrumden faktiska kostnaden för detta skyddsskikt är uppskattningsvis 54 000 dollar. Skala det upp till en fullständig 8-stall laddningsplats och det är mer än $ 430 000 tillägnad endast säkerhetsutrustning. Så här fungerar det:

Gaspumpar förlitar sig på mekanisk flödeskontroll för att hindra bränsle från att flyta in i en bil. EV-laddare hanterar högspänningselektricitet, ofta på 800 volt eller mer. Elektricitet är lat – det kommer att hitta den kortaste vägen till marken, och om saker går i sidled vid en så hög kraft räcker det för att steka dig direkt. Du kan se varför säkerhet är så stor sak.

En isoleringslänk uppnår en säkerhetsprincip som kallas galvanisk isolering. Detta innebär att ta två separata kretsar i ett enda elektriskt system och förhindra att strömmen flyter mellan dem. I EV -laddarnas värld innebär detta att man bryter den elektriska vägen mellan laddarens kraftkälla och bilen. Så på chansen att ett fel inträffar har energin ingenstans att gå men tillbaka in i nätet.

Så här IEEE förklarar det:

Anta att ett EV: s batteri läcker. Den läckta vätskan är ledande och kan därför producera en aktuell väg mellan batterikretsen och fordonschassit. Om markkretsen råkar brytas, skulle fordonets chassi vara vid en högspänning. Så en person som rör bilen medan han stod på marken kan få en potentiellt dödlig elektrisk chock. Med isolering skulle det inte finnas en chockrisk, eftersom ingen nuvarande väg skulle existera från elektriska verktyg till bilkroppen.

För att få isolering att ske, använder varje DCFC en transformator i sin kraftkonverteringshårdvara – det är kretsen som konverterar AC till DC -kraft, och vice versa. Dessa högfrekventa transformatorer kan flytta kilowatt el vid höga spänningar och ger en avgörande byggsten i en krets utan att skapa en direkt väg mellan nätet och din bil. Det är ett komplicerat, dyrt system, men utan det kan ett laddningsmisschap förvandla din Tesla till en Tesla -spole.

Billigare laddningslösningar är inte så enkla

Foto av: John Voelcker

Forskare och ingenjörer vet att laddningsinfrastrukturen är för dyr. Dessa experter undersöker sätt att sänka kostnaderna utan att kompromissa med säkerheten. Men några av dessa idéer kommer med allvarliga varningar och skulle innebära att skriva om hur varje modern EV tar ut.

Ett förslag är att dike isoleringslänken i laddaren och istället kräva att EVs har sitt eget isoleringssystem inbyggt i bilens ombordladdare. Eftersom OBC: er i bilar hanterar kraftkonvertering är de redan galvaniskt isolerade. Emellertid stöder de flesta endast kraftkonvertering upp till nivå 2 laddningshastigheter (Tesla, till exempel, stöder upp till 48 ampere på de flesta modeller).

Detta kan drastiskt sänka kostnaderna för laddarna, men inte varje bil är byggd på samma sätt.

EVS idag har olika laddningsinställningar och att flytta ansvaret till tillverkaren skulle kräva en ny universell standard som ännu inte finns. Detta innebär att äldre EV: er skulle kunna utelämnas. Det finns också den lilla frågan om att lita på biltillverkare att anta en ny universell standard och implementera den säkert. För om det är en sak som vi vet är det att biltillverkare är 100% pålitliga vid självreglering (Titta på dig, dieselgate, gm tändningsskandal och takata airbags).

Sedan finns det enorma nackdel med kostnaden. Låt oss inte glömma kostnaden för denna krets försvinner inte bara. Att flytta hårdvaran till fordonet skulle helt enkelt överföra kostnaden från laddaren till bilen. Kort sagt, det är en no-go redan från början.

Fallet för att dike isolering

Foto av: Electrify America

Detta ger problemet hela cirkeln: Säkerhetsåtgärder gör DCFC: er vansinnigt dyra. Och med kostnader kommer långsammare utplaceringar och en potentiell gräns för antalet bås per plats. När det gäller lösningen? Vissa experter sätter det otydligt och rekommenderar dikning av isoleringslänkar i laddningsutrustningen helt.

På ytan kan det låta farligt. Men IEEE har en idé: vad händer om vi istället för att isolera kretsarna tillagda en överflödig mark? Tänk på det: den andra marken kan betyda att inte bara ha en redundant failsafe utan också upptäcka en kortsluten mark och stänga av laddningsutrustningen det ögonblick som den upptäcks. Detta kan i teorin eliminera behovet av en kostsam isoleringslänk. Det skulle också förbättra laddarens tillförlitlighet avsevärt, eftersom den förenklar laddarens kraftelektronik genom att eliminera en viktig felpunkt.

Nu kommer en andra fråga som måste redovisas: spänningsmatchningar.

Om linjespänningen mellan laddaren överskrider den för fordonets batteri, även för ett ögonblick, kan en okontrollerad ström orsaka komponentskador på fordonet. IEEE föreslår att lösa detta problem med en Buck -regulator, en komponent som är avsedd att säkert avgå den spänning som levereras av en kraftkälla. Artikeln fortsätter att föreslå att även om detta lägger tillbaka ett lager av komplexitet till laddningskretsarna, skulle en buckregulator som kan hantera liknande genomströmning kosta bara 10% jämfört med isoleringslänken.

Kommer detta faktiskt att hända?

Kanske, men inte när som helst snart.

Argumentet för att ta bort galvanisk isolering är vettigt på papper. Den ursprungliga Tesla Roadster använde icke-galvaniskt isolerad laddning, men Det hade inte heller förmågan att använda DC Fast Charging. Moderna DCFC: er som pumpar enorma mängder ström till ett modernt EV: s batteri kräver lite mer säkerhetsåtgärder (därmed en isoleringslänk). Men om – och det är en stor om– Branschen kan inte bara utveckla ett pålitligt och säkert sätt att uppnå detta, det kan vara en spelväxlare för EV -laddningsspel.

Med tanke på en mer realistisk lins kämpar världen redan för att få offentlig laddning rätt och ingen vill vara den första som tar ett spel på säkerhet. Laddningsföretag, biltillverkare och till och med tillsynsmyndigheter skulle behöva en bunnsolid garanti för att alla icke-isolerade system var lika säkert som dagens laddare. Även om det var sant, kan det ta år att rulla ut alla förbättringar (särskilt en där säkerheten bör vara ett så stort fokus).

För närvarande kan du förvänta dig att nya EV -laddare fortsätter att kosta en förmögenhet. För om det finns en sak som branschen bara inte är villig att klippa på (ännu), är det att se till att du inte blir zappad.