Alívio iminente para os pontos problemáticos no carregamento de veículos elétricos

Os fornecedores de sistemas de carregamento estão desenvolvendo tecnologias projetadas para oferecer escalabilidade, confiabilidade e gerenciamento eficiente de energia. (Foto: Atom Power)

O impulso para eletrificar frotas de veículos comerciais está se intensificando globalmente. A Mordor Intelligence estima que o tamanho do mercado de veículos elétricos comerciais (VEs) já atingiu US$ 105,66 bilhões globalmente e espera que ele mais que triplique, chegando a US$ 323,73 bilhões até 2028.

Nos EUA, a Agência de Proteção Ambiental projeta incentivos governamentais e regras de emissões propostas para resultar na eletrificação de até 50% dos novos veículos vocacionais; 35% dos novos caminhões tratores de carga de curta distância; e 25% dos novos caminhões de carga de longa distância até 2032.

Tais previsões aumentam a pressão sobre as concessionárias de serviços públicos e a iniciativa privada para que forneçam a capacidade e as opções de carregamento necessárias para atender a essa demanda de frota em rápido crescimento. Mesmo com as regras e incentivos governamentais, existe o risco de descarrilar o mercado de veículos elétricos comerciais se as necessidades de infraestrutura e capacidade de carregamento não forem atendidas.

A infraestrutura está atrasada na adoção

“O veículo elétrico é tão novo quanto o carregamento, mas há mais confiança na confiabilidade dos [VEs] do que na infraestrutura para suportá-los, pelo menos até onde vimos nas frotas”, disse Ryan Kennedy, CEO da Atom Power, fornecedora de sistemas de carregamento de Nível 2.

As empresas estão adicionando carregadores de veículos elétricos onde têm "espaço livre" para energia elétrica, mas a falta de infraestrutura limita esse espaço. (Foto: Eaton)

Um relatório divulgado no início deste ano pela McKinsey & Co. reflete isso. Ele mostrou que, das mais de 50% das empresas pesquisadas que planejam descarbonizar suas frotas até 2027, o mesmo número considerou o investimento em infraestrutura, juntamente com os custos dos veículos, como obstáculos significativos à adoção de veículos elétricos.

"Já passamos do ponto em que as empresas eletrificam apenas o suficiente para suportar a capacidade elétrica. Vimos empresas analisando seu estoque atual de edifícios e a energia disponível e adicionando carregadores onde têm espaço para energia elétrica", disse Joe Cappeta, diretor de aplicações técnicas – transição energética da Eaton.

No entanto, essa "margem de manobra" é limitada. "Já estamos vendo a falta de infraestrutura se tornar um problema real, especialmente para frotas de médio e grande porte, que exigem uma enorme quantidade de energia para carregar", disse Cappeta. "Para este caso de uso, não há 'frutos fáceis'. É realmente necessário começar a transferir energia elétrica pela infraestrutura e aumentar a capacidade das concessionárias locais, o que exige tempo para planejamento e aquisição."

“Todo carregador requer infraestrutura para funcionar, e quanto mais energia você precisa, mais precisa planejar com antecedência.”

A confiabilidade da infraestrutura de carregamento também é uma preocupação. "A subsistência financeira [de uma frota] depende da confiabilidade dos veículos, da confiabilidade dos motoristas e da confiabilidade do posto de gasolina para abastecê-los. Nesse caso, quando as frotas estão se eletrificando, elas se tornam, em grande parte, o 'posto de gasolina', porque faz mais sentido carregar [VEs] nos depósitos e em suas sedes", disse Kennedy.

No entanto, a disponibilidade de recarga tem sido inconsistente. "Se você analisar os dados atuais, verá que há um tempo de atividade de aproximadamente 70% a 73% nas estações de recarga nos EUA. Isso é muito baixo", disse Kennedy. "Se elas não funcionam 25% das vezes, não é bom."

“A confiabilidade de um sistema está se tornando extremamente crítica para as frotas. Não conseguir demonstrar isso limitaria a adoção de [veículos elétricos].”

A solução de carregamento da Atom Power utiliza disjuntores de estado sólido alojados separadamente dos pedestais de carregamento, que servem apenas como um conduíte para fornecer energia aos veículos. (Foto: Atom Power)

Uma alternativa sólida (estado)

Para abordar esses e outros pontos problemáticos da frota, Kennedy acredita que a cobrança em nível de frota precisa ser abordada em escala e não em um nível único.

“Carregar veículos consome mais energia por unidade do que a maioria das coisas. Pode consumir até 19 kW com um único carregador”, comentou. “É muita energia, especialmente se você agregar tudo isso a uma grande instalação. Muitas vezes, essa instalação pode exceder a capacidade conectada da concessionária disponível... ou da infraestrutura do prédio.”

A gestão de energia é essencial. “A gestão de energia é certamente uma das principais prioridades para a resolução de problemas, especialmente no setor de frotas, pois eles têm muito mais veículos em um único local do que outros setores”, disse Kennedy.

Para auxiliar as frotas na migração para a eletrificação, a Atom Power desenvolveu uma plataforma baseada em disjuntores de estado sólido. Em vez de construir o sistema de carregamento em pedestais individuais, os disjuntores de estado sólido são alojados nos painéis elétricos da estrutura principal. Os pedestais funcionam como um conduíte em vez de um carregador.

“Em um Nível 2 tradicional, toda a função de carregamento – ou seja, o software, os controles, o hardware – está integrada ao próprio carregador, que fica na frente do veículo. Estamos fazendo isso a partir de um disjuntor que fica afastado do veículo”, disse Kennedy. Isso significa menos risco de danos aos componentes principais, além de uma manutenção mais fácil.

“Para nós, era fundamental demonstrar ao mercado de frotas a confiabilidade da infraestrutura. Nesse sentido, significa que ela não quebra com tanta frequência ou que a manutenção é superfácil – o tempo de inatividade é extremamente baixo”, disse ele. “Atingimos um tempo de atividade de 99%.”

A gestão de energia em larga escala de um local ou campus inteiro também é mais fácil. "Com outros sistemas, [eles são] desagregados... Como garantir que não sobrecarregaremos o sistema? É difícil se eles não estiverem conectados", afirmou Kennedy. "Mas conosco, [eles são] interconectados por padrão e operam como uma espécie de ser único em uma infraestrutura."

Vantagens da tecnologia de estado sólido para carregar frotas comerciais de veículos elétricos Ryan Kennedy, da Atom Power, discute o estado da infraestrutura de carregamento e como a tecnologia de estado sólido pode ajudar

O "software focado em infraestrutura" da Atom Power aloca de forma inteligente o carregamento por toda a infraestrutura para evitar sobrecarregar o perfil de pico de carga do edifício ou da concessionária. Os gestores de frotas podem usá-lo para monitorar funções e acessar métricas relacionadas ao tempo de atividade do carregador, redução de carga prioritária, ciclos de pico de demanda, funções críticas de segurança, objetivos ESG, etc. Ele também mantém a segurança cibernética de todo o sistema.

“À medida que as frotas se tornam o 'posto de gasolina', sua fonte de sustento ou sucesso na entrega [de mercadorias] ou na realização de chamadas de serviço depende da disponibilidade da sua frota”, afirmou Kennedy. “A manutenção é uma coisa, a segurança cibernética é outra... A segurança cibernética está se tornando uma preocupação cada vez maior, especialmente à medida que a infraestrutura cresce com base na taxa de adoção.

“Gastamos muito tempo para garantir que temos o que consideramos um dos sistemas de software mais seguros que existem”, acrescentou.

Joe Cappeta, diretor de aplicações técnicas – transição energética, Eaton

Estratégias de cobrança

A Eaton está trabalhando para permitir que projetos de infraestrutura para veículos elétricos em larga escala incorporem rapidamente carregamentos confiáveis e maior controle sobre os sistemas de energia, disse Cappeta. Seus produtos variam de unidades de carregamento integradas e autônomas com potências de 7,7 kW a 19,2 kW, a uma unidade de carregamento rápido CC que pode fornecer até 150 kW de potência a um veículo para acelerar os ciclos de carregamento.

A empresa também está integrando tecnologia de carregamento de veículos elétricos em painéis e painéis elétricos para simplificar a adição de estações de carregamento. "Estamos consolidando equipamentos que normalmente são separados em uma solução compacta, montada na fábrica, que gera uma economia de mais de 24% em material e 16% em mão de obra", disse Cappeta.

Um barramento de carregamento de VE "pioneiro no setor" fornece tecnologia de carregamento aéreo projetada para reduzir o tempo de instalação em 40%, ao mesmo tempo em que permite uma infraestrutura de carregamento escalável e evita grandes mudanças em estruturas de estacionamento ou esteiras transportadoras existentes.

Sistemas de armazenamento de energia em bateria (BESS) também estão sendo desenvolvidos pela empresa para permitir o carregamento de veículos "quando a energia em massa for barata" e para descarregar energia de maneiras que reduzam o impacto da eletrificação nos sistemas de distribuição locais, disse Cappeta.

“Também temos a capacidade de integrar qualquer número de DERs (recursos de energia distribuída) e implantar uma microrrede, permitindo que os clientes controlem melhor seu próprio destino quando se trata de fornecer energia para suas instalações e transporte localmente.”

Entre as soluções oferecidas pela Eaton está o EV Charging Busway, projetado para acelerar a instalação e oferecer capacidade de carregamento facilmente escalável. (Foto: Eaton)

No entanto, é preciso mais do que apenas hardware. "As empresas precisam de estratégias que permitam que os sistemas de energia existentes trabalhem mais intensamente e de forma mais inteligente para acelerar a eletrificação. Por exemplo, softwares de gerenciamento de carga ou a adição de DERs à infraestrutura de energia ajudam a eliminar pontos de estrangulamento no sistema, fornecendo rapidamente a energia adicional necessária para a eletrificação", explicou Cappeta.

A Eaton vê uma enorme oportunidade de gerenciar a energia de forma mais eficaz, aproveitando as "alavancas disponíveis durante a transição energética". Segundo Cappeta, isso exige romper os "limites tradicionais do que os sistemas elétricos podem fazer".

“Estamos trabalhando com os clientes para otimizar seus sistemas de energia para que possam gerenciar cargas, evitar ou adiar atualizações de capacidade e incorporar energias renováveis e armazenamento de energia para descarbonizar a eletrificação”, afirmou Cappeta. “Por exemplo, encontramos uma maneira de reduzir a tecnologia de carregamento ao tamanho de um disjuntor e estamos integrando-a aos nossos equipamentos de distribuição de energia para instalações perfeitas que reduzem o tempo de instalação e aumentam a confiabilidade.” Essa integração também permite nova flexibilidade, escalabilidade e modularidade, acrescentou.

A Eaton também está ajudando a gerenciar o tempo de atividade por meio do que Cappeta descreve como a "maior organização de serviços da América do Norte", a fim de executar acordos de nível de serviço para estações de recarga de frotas. Além disso, a empresa está incorporando inteligência em seus carregadores e no BESS por meio do serviço de monitoramento e gerenciamento remoto Predict Pulse.

“Essa tecnologia monitora ativamente mais de 200 pontos de dados no hardware para prever e mitigar uma possível falha antes que ela aconteça. Podemos transportar um caminhão com o equipamento certo e substituir a peça com defeito para evitar uma interrupção não planejada”, disse Cappeta. “Além disso, temos parceiros de canal fantásticos em toda a América do Norte, que têm estoque local para garantir a disponibilidade de peças e suporte.”

Essas e outras soluções criativas serão essenciais para aliviar os pontos problemáticos da adoção e garantir aos proprietários e operadores de frotas que eles podem aumentar com sucesso e lucratividade o número de veículos elétricos comerciais em suas frotas.

Ajudando os usuários a entender as necessidades

“Existe uma ideia de fato nos mercados de frotas de que eles precisam de carregamento rápido em CC, o que, na grande maioria dos casos, não é exatamente correto”, disse Ryan Kennedy, da Atom Power. Esses carregadores de Nível 3 consomem substancialmente mais energia da rede e podem custar até 20 vezes mais para instalar do que um sistema de carregamento de Nível 2.

“Uma das coisas que precisamos fazer de forma bastante consistente é coletar dados para saber: quais são seus hábitos de direção, que tipo de veículo, qual o tempo de permanência”, observou Kennedy. “Você descobre que uma parcela substancial do carregamento da frota pode ser feita com um Nível 2 de potência mais alto – como 19 kW.”

Joe Cappeta, da Eaton, afirmou que a empresa tem observado uma simplificação excessiva da modelagem de demanda de carregamento, o que resulta em sistemas superdimensionados para suas necessidades reais. "Por exemplo, as pessoas geralmente querem o maior carregador ou se preparam para o pior cenário possível – veículos chegando com a bateria descarregada e precisando atingir 100% de carga o mais rápido possível", disse ele. "No entanto, normalmente, esses veículos têm um tempo de permanência superior a 10 horas. Nesse período, é possível fornecer uma quantidade enorme de energia com apenas um carregador CA L2 de 7,7 kW, o que atenderia mais do que as necessidades do veículo."

“Entender suas necessidades de carregamento é extremamente importante”, disse ele, acrescentando que a Eaton oferece recursos para ajudar as frotas a se prepararem para o futuro e a dimensionarem o carregamento corretamente, economizando tempo e custos. Ajudar os usuários a entender as necessidades

“Existe uma ideia de fato nos mercados de frotas de que eles precisam de carregamento rápido em CC, o que, na grande maioria dos casos, não é exatamente correto”, disse Ryan Kennedy, da Atom Power. Esses carregadores de Nível 3 consomem substancialmente mais energia da rede e podem custar até 20 vezes mais para instalar do que um sistema de carregamento de Nível 2.

“Uma das coisas que precisamos fazer de forma bastante consistente é coletar dados para saber: quais são seus hábitos de direção, que tipo de veículo, qual o tempo de permanência”, observou Kennedy. “Você descobre que uma parcela substancial do carregamento da frota pode ser feita com um Nível 2 de potência mais alto – como 19 kW.”

Joe Cappeta, da Eaton, afirmou que a empresa tem observado uma simplificação excessiva da modelagem de demanda de carregamento, o que resulta em sistemas superdimensionados para suas necessidades reais. "Por exemplo, as pessoas geralmente querem o maior carregador ou se preparam para o pior cenário possível – veículos chegando com a bateria descarregada e precisando atingir 100% de carga o mais rápido possível", disse ele. "No entanto, normalmente, esses veículos têm um tempo de permanência superior a 10 horas. Nesse período, é possível fornecer uma quantidade enorme de energia com apenas um carregador CA L2 de 7,7 kW, o que atenderia mais do que as necessidades do veículo."

“Entender suas necessidades de carregamento é extremamente importante”, disse ele, acrescentando que a Eaton oferece recursos para ajudar as frotas a se prepararem para o futuro e a escolherem o tamanho certo para o carregamento, o que pode economizar tempo e custos.