Nesta seção, examinaremos diferentes questões que impedem que os BEVs sejam amplamente adotados.Também analisaremos algumas das soluções propostas e as compararemos qualitativamente com P2C2.
Os BEVs existem desde 1823, mas, apesar do esforço corporativo e governamental substancial, ainda não é uma solução de transporte viável para as massas.Várias preocupações relacionadas à bateria, como alcance limitado, custo da bateria e falta de estações de carregamento, impediram os consumidores de permitir que o BEVS se tornasse o mainstream.
A direção de longa distância com um BEV pode ser difícil devido à faixa de bateria limitada.Desvio para chegar a uma estação de carregamento, disponibilidade de um slot de carregamento aberto e tempo de carregamento são as principais fontes de frustração. Lithium-ion batteries remain expensive to build and greenhouse gas emission from battery manufacturing is becoming a bigger issue3.Na fig.1 mostramos o alcance, o tempo de carregamento e o custo de diferentes modelos de carros elétricos de ponta.Os valores relatados são para o 2021 Nissan Leaf Plus, o Volkswagen ID de 2021.4, o 2021 Tesla S (manta de tração nas quatro rodas tri-motora) e o 2021 Tesla Y (Denção de tração nas quatro rodas de desempenho duplo).Esses são valores aproximados com base em uma pesquisa na Internet, mas mostram uma tendência clara.BEVs de ponta, como o Tesla Model S e o Modelo Y, sofrem com os tempos de carregamento altos.A maioria das estações de carregamento está em áreas urbanas, e a maioria das áreas rurais não possui estações de carregamento de 110 V, tornando a adoção universal de bev desafiador. DCFC (Level-3) stations are scarce and building more is financially challenging5.
A vida útil de uma bateria de íon de lítio (li-íon) se degrada mais rapidamente se estiver sujeito a uma descarga completa ou ciclos de carregamento ineficientes. Li-ion batteries are widely used in BEVs13.Portanto, drenar completamente a bateria do BEV pode ser indesejável para os proprietários de carros.Portanto, se o usuário optar por evitar o envelhecimento da bateria acelerado, ele praticamente diminui o intervalo do BEV.Além disso, os BEVs geralmente são mais caros do que seus colegas tradicionais de veículos de gelo devido ao alto custo de fabricação de bateria.
Questões relacionadas à bateria e carregamento parecem ser o principal obstáculo, impedindo uma adoção em grande escala de Bevs.Em seguida, discutiremos algumas das soluções existentes propostas destinadas a combater problemas relacionados à bateria no BEVS.A Tabela 1 fornece uma comparação entre as soluções existentes e o p2C2 (proposto).
Construir um grande número de estações de carregamento de velocidade muito alta (nível 3) nas proximidades podem aliviar a ansiedade do alcance.No entanto, estações de nível 3 densas e uniformemente colocadas não são financeiramente viáveis.Além disso, mesmo uma estação de carregamento de nível 3 não é rápida o suficiente para permitir uma experiência de unidade longa perfeita;Portanto, são necessárias estações de carregador ainda mais rápidas. Furthermore, the local power grids must be re-designed to handle the huge load due to these fast BEV charging stations23.Aumentar o tamanho da bateria do BEV pode permitir viagens de longa distância e, por sua vez, reduzir a ansiedade do alcance. However, this solution is expensive and not scalable3.A fabricação de baterias maiores também aumentará as emissões de gases de efeito estufa, tornando o BEVS menos atraente.Ele também não resolve os problemas de recarga da bateria do núcleo.
Several research and industry efforts are also being made towards developing battery swapping techniques21,22.No entanto, essas estações de troca de bateria são muito caras de construir e um grande número dessas estações será necessário para suportar uma grande frota de Bev.Acessar diretamente a bateria do BEV (principalmente localizada na base do BEV para diminuir o centro de gravidade) também é desafiador e exigirá grandes mudanças na arquitetura BEV central.
Várias soluções foram propostas em torno da idéia de compartilhamento de carga BEV-BEV em hubs designados.Um hub pode ser um agregador ou uma estação de carregamento. 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.Esse hub será mais barato de construir do que uma estação de carregamento, porque nenhuma conectividade da grade é necessária.
The idea of trucks distributing charge to regions lacking charging stations has been proposed in19,24,25.Os caminhões inicialmente recebem cobrança em um depósito e depois viajam para um ponto designado no qual essa taxa pode ser distribuída por carregamento estacionário 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.
No entanto, confiar em hubs designados, como agregadores e estações de carregamento para compartilhar cobrança, é caro e inconveniente devido a requisitos significativos de infraestrutura. 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.No entanto, para todas essas soluções, os BEVs devem estar estacionados em estacionamentos equipados e permanecer estacionários durante todo o processo de carregamento.
Carregar Bevs da estrada pode ser uma solução eficaz, mas pode não ser a mais eficiente.Uma estrada na Normandia, França, foi equipada com painéis solares para gerar eletricidade em 2018. It produced only a total of 80,000 kWh in that year and about 40,000 kWh by the end of July 20196.A falta de eficiência ocorreu devido ao (1) clima da Normandia (média de 44 dias de sol), (2) painéis solares danificados e (3) obstruções de folhas.Converter todas as principais estradas do mundo em estradas elétricas/solares é um grande empreendimento financeiro, tornando essa solução praticamente inviável.
Uma solução de carregamento sem fio foi proposta por Kosmanos, D.et al.9which involves charging BEVs from a Bus or Truck.Técnicas de transferência de carga sem fio de última geração têm eficiências de cerca de 40-60%.Uma bobina de 340 cm ou 11.15 pés de diâmetro têm uma eficiência máxima de transferência de energia de 60% ao transmitir em 170 cm ou 2.2 feet10.Uma distância tão pequena é extremamente insegura para a cobrança on-the-go na maioria dos cenários de tráfego e a construção/hospedagem de bobinas tão grandes no receptor e no transmissor pode ser um desafio.
O reabastecimento de um veículo de gelo é rápido e fácil a ponto de nem mesmo ser uma preocupação, não importa quanto tempo seja uma viagem.Da mesma forma, se a recarregamento de um BEV puder ser alcançado sem tempo de espera longo, planejamento meticuloso e desvios longos, os proprietários de veículos de gelo podem ser atraídos para fazer a mudança para o BEVS.Soluções como aumentar o tamanho da bateria e a construção de estações de carregamento mais rápidas servem apenas como band-aids para os problemas inerentes à bateria do BEV.Embora os esquemas de carregamento V2V possam mitigar um pouco a falta de estações de carregamento, isso não elimina a necessidade de permanecer estacionário ao cobrar e suportar a perda de tempo de viagem longa.A única solução funcional de carregamento em movimento, cobrança de estrada solar, embora intrigante, não é financeiramente viável.
Nossa hipótese é de que, se o compartilhamento de cobrança de Bev-BEV puder ser feito em movimento (enquanto em movimento), ele poderá (1) eliminar o tempo de espera da recarga, (2) aumentar a vida útil da bateria, evitando ciclos de carregamento ineficientes,(3) Elimine a ansiedade da faixa, reduzindo a dependência de estações de carregamento, (4) reduzir o custo do BEV, eliminando a necessidade de ter grandes baterias e (5) reduzir a emissão de gases de efeito estufa se os MOCs forem alimentados por fontes renováveis.Com base nessa hipótese, projetamos nosso sistema de carregamento ponto a ponto, chamado p2c2.
