En esta sección, analizaremos diferentes problemas que evitan que los bevs sean ampliamente adoptados.También analizaremos algunas de las soluciones propuestas y las compararemos cualitativamente con P2C2.
BEVS ha existido desde 1823, pero a pesar del esfuerzo sustancial corporativo y gubernamental, todavía no es una solución de transporte viable para las masas.Varias preocupaciones relacionadas con la batería, como el rango limitado, el costo de la batería y la falta de estaciones de carga, han disuadido a los consumidores de permitir que BEV se convierta en la corriente principal.
La conducción de larga distancia con un BEV puede ser difícil debido al rango de batería limitado.Desvío para llegar a una estación de carga, la disponibilidad de una ranura de carga abierta y el tiempo de carga son las principales fuentes de frustración. Lithium-ion batteries remain expensive to build and greenhouse gas emission from battery manufacturing is becoming a bigger issue3.En la Fig.1 Mostramos el rango, el tiempo de carga y el costo de diferentes modelos de automóviles eléctricos de alta gama.Los valores informados son para el 2021 Nissan Leaf SL Plus, la ID de Volkswagen 2021.4, el 2021 Tesla S (Tri-Motor All-Wheel Drive Plaid), y el 2021 Tesla Y (tracción total de doble motor de rendimiento).Estos son valores aproximados basados en una encuesta de Internet, pero muestran una tendencia clara.BEV de alta gama como Tesla Model S y Modelo Y sufren de altos tiempos de carga.La mayoría de las estaciones de carga se encuentran en áreas urbanas, y la mayoría de las áreas rurales carecen incluso de 110 v estaciones de carga que hacen que la adopción universal de BEV sea desafiante. DCFC (Level-3) stations are scarce and building more is financially challenging5.
La vida útil de una batería de iones de litio (iones de litio) se degrada más rápido si está sujeta a descarga completa o ciclos de carga ineficientes. Li-ion batteries are widely used in BEVs13.Por lo tanto, drenar completamente la batería BEV puede ser indeseable para los propietarios de automóviles.Por lo tanto, si el usuario elige evitar el envejecimiento acelerado de la batería, entonces virtualmente disminuye el rango de BEV.Además, los BEV son generalmente más caros que sus homólogos tradicionales de vehículos de hielo debido al alto costo de fabricación de baterías.
Los problemas relacionados con la batería y la carga parecen ser el obstáculo central que impide una adopción a gran escala de BEVS.A continuación, discutiremos algunas de las soluciones existentes propuestas destinadas a contrarrestar los problemas relacionados con la batería en BEVS.La Tabla 1 proporciona una comparación entre las soluciones existentes y P2C2 (propuesto).
Construir una gran cantidad de estaciones de carga muy alta de velocidad (nivel-3) en las proximidades puede aliviar la ansiedad de rango.Sin embargo, las estaciones de nivel 3 de niveles densas y uniformemente colocadas no son financieramente factibles.Además, incluso una estación de carga de nivel 3 no es lo suficientemente rápida como para permitir una experiencia de accionamiento largo sin costuras;Por lo tanto, se requieren incluso estaciones de cargador más rápidas. Furthermore, the local power grids must be re-designed to handle the huge load due to these fast BEV charging stations23.Aumentar el tamaño de la batería BEV puede permitir viajes a larga distancia y, a su vez, reducir la ansiedad de rango. However, this solution is expensive and not scalable3.La fabricación de las baterías más grandes también aumentará las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que hace que BEV sea menos atractivo.Tampoco resuelve los problemas de recarga de la batería central.
Several research and industry efforts are also being made towards developing battery swapping techniques21,22.Sin embargo, tales estaciones de intercambio de baterías son muy costosas de construir y se requerirá una gran cantidad de tales estaciones para admitir una gran flota de BEV.Acceder directamente a la batería BEV (ubicada principalmente en la base del BEV para reducir el centro de gravedad) también es un desafío y requerirá cambios importantes en la arquitectura de BEV central.
Se han propuesto varias soluciones en torno a la idea del intercambio de carga BEV-a BEV en los centros designados.Un centro puede ser un agregador o una estación de carga. In works such as8,22, the BEVs parked at a hub share charge among each other and the grid to optimize overall charging efficiency. The aggregator can also allow direct V2V charge sharing bypassing the grid15,16,17.Tal centro será menos costoso de construir que una estación de carga porque no se requiere conectividad de cuadrícula.
The idea of trucks distributing charge to regions lacking charging stations has been proposed in19,24,25.Los camiones inicialmente reciben carga en un depósito y luego viajan a un lugar designado en el que este cargo se puede distribuir a través de la carga estacionaria V2V. Additionally, to counter the lack of BEV charging ports in parking lots, the concept of a robot-like charging entity has been proposed that can move around the parking lot and serve multiple BEVs20.
Sin embargo, confiar en los centros designados, como los agregadores y las estaciones de carga para compartir la carga, es costoso e inconveniente debido a los requisitos significativos de infraestructura. Hence in works such as7,18, the authors experiment with V2V charge sharing without the availability of any designated hubs. The game theory based solution in7achieved improved charge sharing efficiency in comparison to other techniques.Sin embargo, para todas estas soluciones, los BEV deben estar estacionados en estacionamientos equipados y permanecer estacionarios durante todo el proceso de carga.
Cargar bevs desde la carretera puede ser una solución efectiva, pero puede no ser la más eficiente.Un camino en Normandía, Francia, estaba equipado con paneles solares para generar electricidad en 2018. It produced only a total of 80,000 kWh in that year and about 40,000 kWh by the end of July 20196.La falta de eficiencia se debió al clima de Normandía (promedio de 44 días de sol), (2) paneles solares dañados y (3) obstrucciones de las hojas.La conversión de todas las carreteras principales del mundo en carreteras eléctricas/solares es una gran empresa financiera, lo que hace que esta solución sea prácticamente inviable.
Kosmanos, D, propuso una solución de carga inalámbrica, D.et al.9which involves charging BEVs from a Bus or Truck.Las técnicas de transferencia de carga inalámbrica de última generación tienen eficiencias de aproximadamente 40-60%.Una bobina de 340 cm o 11.15 pies de diámetro tiene una eficiencia máxima del 60% de transferencia de potencia mientras se transmite a través de 170 cm o 2.2 feet10.Una distancia tan pequeña es extremadamente insegura para la carga sobre la marcha en la mayoría de los escenarios de tráfico y la construcción/alojamiento de bobinas tan enormes tanto en el receptor como en el transmisor puede ser un desafío.
El reabastecimiento de combustible de un vehículo de hielo es rápido y fácil hasta el punto de que ni siquiera es una preocupación, sin importar cuánto tiempo sea un viaje.Del mismo modo, si se puede lograr un BEV sin largo tiempo de espera, planificación meticulosa y largos desvíos, entonces los propietarios de vehículos de hielo pueden sentirse atraídos para hacer el cambio a BEVS.Las soluciones, como aumentar el tamaño de la batería y la construcción de estaciones de carga más rápidas, solo sirven como ayuda para los problemas inherentes relacionados con la batería BEV.Aunque los esquemas de carga V2V pueden mitigar un poco la falta de estaciones de carga, no elimina la necesidad de permanecer estacionarios mientras se carga y soporta la pérdida de tiempo de viaje larga.La única solución funcional de carga en marcha, la carga de la carretera solar, aunque intrigante, no es financieramente factible.
Presumimos que si el intercambio de carga de BEV-to-BEV se puede hacer en el movimiento (mientras está en movimiento), entonces puede (1) eliminar el tiempo de espera de recarga, (2) aumentar la vida útil de la batería evitando los ciclos de carga ineficientes,(3) Elimine la ansiedad de rango al reducir la dependencia de las estaciones de carga, (4) reducir el costo de BEV al eliminar la necesidad de tener baterías grandes y (5) reducir la emisión de gases de efecto invernadero si los MOC se alimentan a través de fuentes renovables.Basado en esta hipótesis, diseñamos nuestro sistema de carga sobre la partida llamado P2C2.
