Kita Salah Mengisi Daya Mobil Listrik

> "Infrastruktur pengisian daya yang rumit dan mahal membatasi adopsi kendaraan listrik (EV)"

• Untuk mempercepat transisi ke kendaraan listrik, hal terpenting adalah membangun infrastruktur pengisian daya EV publik yang kuat, tetapi biaya pembangunan stasiun pengisian daya kendaraan listrik publik sangat tinggi
  • Konsumen berharap kendaraan listrik dapat memenuhi semua kebutuhan seperti kendaraan konvensional, termasuk perjalanan jarak jauh
• Saat ini di negara maju, sekitar 90% pengisian daya dilakukan di rumah, tetapi 10% sisanya berupa pengisian publik sangat penting bagi pengemudi kendaraan listrik
  • Kekurangan infrastruktur pengisian publik menjadi masalah bagi truk pengiriman, taksi, penghuni apartemen, mahasiswa, keluarga yang bepergian, dan lainnya
  • Menurut survei Forbes tahun 2022, 62% pemilik kendaraan listrik pernah mengubah rencana perjalanan mereka karena masalah pengisian daya
• Menurut laporan International Energy Agency (IEA), di Tiongkok, investasi pada infrastruktur pengisian daya 4 kali lebih efektif daripada subsidi dalam keberhasilan kendaraan listrik

Prinsip Pengisian Daya Kendaraan Listrik

• Stasiun pengisian berperan mengubah daya AC menjadi daya DC lalu menyalurkannya ke baterai
• Saat pengisian, kondisi berikut harus terpenuhi
  • Tegangan baterai tidak boleh melebihi ambang batas
  • Suhu baterai tidak boleh melampaui batas yang ditetapkan
  • Arus dari jaringan listrik tidak boleh melebihi nilai tertentu
• Grounding penting untuk mencegah sengatan listrik
  • Jika grounding terputus, port pengisian memberikan perlindungan keselamatan melalui galvanic isolation
  • Galvanic isolation memisahkan rangkaian secara fisik agar arus tidak mengalir antar-rangkaian
• Galvanic isolation pada stasiun pengisian dilakukan dengan transformer
  • Transformer melakukan isolasi melalui daya yang telah diubah menjadi arus bolak-balik (AC) frekuensi tinggi

Galvanic Isolation Sangat Mahal

• Galvanic isolation menyumbang sekitar 60% dari biaya peralatan pengisian
  • Biaya perangkat elektronika daya per port 300kW: sekitar $90,000
    • Dari jumlah itu, $54,000 merupakan biaya galvanic isolation
  • Total biaya perangkat elektronika daya untuk stasiun pengisian 4 port: sekitar $360,000 (biaya isolasi saja lebih dari $200,000)
• Galvanic isolation menambah ukuran dan berat perangkat pengisian
• Alasan pengisian cepat sulit dilakukan pada onboard charger (OBC) juga karena ukuran dan biaya galvanic isolation

Bisakah Galvanic Isolation Dihilangkan?

• Jika galvanic isolation dihilangkan, biaya peralatan pengisian dan kehilangan energi dapat berkurang lebih dari setengah
• Solusi untuk mengatasi masalah ini:
  • Double ground diterapkan
    • Menggunakan dua kabel ground sehingga jika satu ground terputus, ground lainnya tetap berfungsi sebagai perlindungan
    • Menambahkan rangkaian deteksi kontinuitas ground → pengisian dihentikan saat ground rusak
  • Buck regulator diterapkan
    • Mencegah kelebihan arus jika tegangan input lebih tinggi daripada tegangan baterai
    • Buck regulator bernilai kurang dari 10% dari biaya galvanic isolation yang ada, dengan kehilangan daya kurang dari 20%

Masa Depan Pengisian Daya Kendaraan Listrik Publik

• Metode pengisian onboard dan publik saat ini rumit dan biayanya terlalu tinggi
  • Dari proses pengisian 4 tahap yang ada, 3 tahap dapat dihilangkan
    • Hanya tahap active rectifier yang dipertahankan, dan bila perlu dapat ditambahkan buck regulator berbiaya rendah
  • Peningkatan keamanan:
    • Menambahkan double ground dan deteksi kontinuitas ground
    • Dapat mencapai tingkat keselamatan yang setara atau lebih tinggi dibanding galvanic isolation yang ada
• Keunggulan metode DPC (Direct Power Conversion)
  • Pengurangan biaya peralatan: biaya peralatan pengisian turun lebih dari 50%
  • Peningkatan efisiensi energi: meningkat 2~3%
  • Penurunan biaya pemasangan dan pemeliharaan stasiun pengisian → ribuan stasiun pengisian dapat diperluas dalam beberapa tahun
  • Perluasan infrastruktur pengisian mendorong adopsi kendaraan listrik
• Perlu diskusi tentang penghapusan galvanic isolation
  • Penyederhanaan proses pengisian kendaraan listrik dan pengurangan biaya adalah hal yang esensial
  • Komunitas teknologi perlu membahas penghapusan galvanic isolation
  • Penghapusan galvanic isolation harus menjadi langkah pertama untuk memperkuat infrastruktur pengisian kendaraan listrik

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Implikasi dari judul clickbait yang tersembunyi jauh di dalam artikel: pengisi daya mobil terlalu rumit dan mahal. Bisa dibuat lebih sederhana dan lebih murah sambil tetap menjaga keselamatan. Dengan begitu, lebih banyak stasiun pengisian dapat dibangun
• Akan lebih baik jika fokusnya pada paket baterai yang distandardisasi alih-alih masalah pengisian cepat. Saya tidak ingin memiliki baterai 50-100kWh. Saya hanya ingin menggunakan daya di dalamnya dan bersedia membayarnya
• Ini mungkin terdengar meyakinkan bagi orang awam. Tapi rasanya artikel ini tidak perlu ditulis jika regulasi atau tradisi rekayasa lain tidak memutuskan bahwa isolasi galvanik diperlukan untuk keselamatan
  • Isolasi galvanik aman secara fisik, dan deteksi grounding adalah langkah keselamatan aktif
  • Bahkan pada sistem saat ini pun dua kabel grounding bisa dipasang
  • Saya penasaran apakah ada cara agar sinyal tetap ada meskipun kabel grounding terputus
  • Saya penasaran apakah chip bisa gagal dengan cara yang tidak aman
• Saat membaca artikelnya, saya bertanya-tanya mengapa ini tidak berhasil di pasar. Seperti yang disebut penulis, teknologinya sudah ada dalam bentuk prototipe 20 tahun lalu. Saya penasaran mengapa Tesla dan produsen EV lain memilih arah yang berbeda
• Akan bagus jika subsidi untuk infrastruktur ini bisa diatur seperti cara pertanian dan minyak disubsidi
• Masalah besarnya adalah perlunya standar pengisian cepat baru. Ini tidak kompatibel dengan standar pengisian cepat yang ada karena adanya koneksi grounding tambahan. Ini membuatnya tidak berguna bagi 40 juta EV yang sudah ada di jalan di seluruh dunia
• Kita seharusnya mewajibkan stopkontak 120V berbayar koin di setiap dua petak parkir, lengkap dengan GFCI dan cara untuk mereset pemutus arus. Banyak keuntungannya
  • Ke mana pun pergi, akan ada tempat untuk mengisi daya semalaman
  • Biayanya paling murah per lokasi pemasangan, sehingga bisa tersedia di jauh lebih banyak tempat
  • Penyewa juga bisa membeli EV dengan aman dan melakukan pengisian di rumah
  • 120V berbayar koin jauh lebih kokoh daripada kabel dari tembaga berharga
  • Mengurangi parkir berlebihan
• Tidak perlu dua kabel grounding. CP memiliki dioda dengan resistor seri 2.74K ke PE (ground). Jika EVSE mengirim gelombang push/pull melalui CP dan hanya membaca bagian push (ingat dioda), itu bisa mengetahui bahwa koneksinya benar
  • Jalur balik untuk arus pilot terjadi melalui kontak PE. Dapat juga dideteksi dan diverifikasi ganda bahwa PE memiliki resistansi rendah. Idealnya, resistor seri yang jauh lebih kecil akan lebih diinginkan
• Pada dasarnya ini menghilangkan transformator isolasi, lalu memasok tegangan line (sekitar 7.2kV) ke mobil melalui buck converter sederhana
  • Alih-alih isolasi galvanik, ini menggunakan konektor grounding redundan yang memantau kontinuitas
  • Saya tidak setuju dengan ini. Ini memberi terlalu banyak tanggung jawab pada sisi EVSE. Jika terjadi masalah, sistem harus bisa memutuskannya. Jika sesuatu seperti emergency pyrofuse disconnect diwajibkan, mungkin saya akan sedikit lebih percaya
• Estimasi biaya material dan perakitan port pengisian dengan isolasi galvanik adalah sekitar $300 per kilowatt. Satu port publik 300-kW akan mencakup sekitar $90,000 perangkat elektronika daya, dan sekitar $54,000 di antaranya berasal dari link isolasi
  • Saya ingin melihat BOM konkret dari build contoh beserta tautan Mouser yang mendukungnya
  • Terlihat seperti membayar premi kelas militer/luar angkasa, atau menggunakan komponen yang sangat niche sehingga skala ekonomi tidak menurunkan biayanya