Ev Charger Technologies

Tehnologije polnjenja električnih vozil na Kitajskem in v Združenih državah so si na splošno podobne.V obeh državah so kabli in vtiči pretežno prevladujoča tehnologija za polnjenje električnih vozil.(Brezžično polnjenje in menjava baterij sta prisotna kvečjemu v manjši meri.) Med obema državama obstajajo razlike glede ravni polnjenja, standardov polnjenja in komunikacijskih protokolov.Te podobnosti in razlike so obravnavane spodaj.

A. Stopnje polnjenja

V Združenih državah se velik del polnjenja električnih vozil izvaja pri 120 voltih z uporabo nespremenjenih domačih stenskih vtičnic.To je na splošno znano kot polnjenje na ravni 1 ali "postopno" polnjenje.S 1. stopnjo polnjenja tipična baterija s 30 kWh potrebuje približno 12 ur, da se napolni od 20 % do skoraj popolne napolnjenosti.(Na Kitajskem ni 120-voltnih vtičnic.)

Tako na Kitajskem kot v Združenih državah se velik del polnjenja električnih vozil izvaja pri 220 voltih (Kitajska) ali 240 voltih (Združene države).V Združenih državah je to znano kot zaračunavanje 2. stopnje.

Tako polnjenje lahko poteka z nespremenjenimi vtičnicami ali specializirano opremo za polnjenje električnih vozil in običajno porabi približno 6–7 kW moči.Pri polnjenju pri 220–240 voltih tipična baterija s 30 kWh potrebuje približno 6 ur, da preide od 20 % do skoraj popolne napolnjenosti.

Nazadnje, tako Kitajska kot Združene države imajo rastoča omrežja hitrih polnilnic na enosmerni tok, ki običajno uporabljajo 24 kW, 50 kW, 100 kW ali 120 kW moči.Nekatere postaje lahko ponujajo 350 kW ali celo 400 kW moči.Ti hitri polnilniki z enosmernim tokom lahko napolnijo baterijo vozila od 20 % do skoraj popolne napolnjenosti v časih od približno ene ure do samo 10 minut.

Tabela 6:Najpogostejše ravni polnjenja v ZDA

Vir: Ministrstvo za energijo ZDA

B. Standardi zaračunavanja

jaz.Kitajska

Kitajska ima en nacionalni standard za hitro polnjenje električnih vozil.ZDA imajo tri standarde hitrega polnjenja električnih vozil.

Kitajski standard je znan kot China GB/T.(ZačetniceGBpomeni nacionalni standard.)

China GB/T je bil izdan leta 2015 po več letih razvoja.124 Zdaj je obvezen za vsa nova električna vozila, prodana na Kitajskem.Mednarodni proizvajalci avtomobilov, vključno s Teslo, Nissanom in BMW, so sprejeli standard GB/T za svoja električna vozila, ki se prodajajo na Kitajskem.GB/T trenutno omogoča hitro polnjenje pri največ 237,5 kW izhodne moči (pri 950 V in 250 amperih), čeprav veliko

Kitajske DC hitre polnilnice ponujajo 50 kW polnjenje.Nova GB/T bo izdana leta 2019 ali 2020, ki naj bi standard nadgradila tako, da bo vključevala polnjenje do 900 kW za večja gospodarska vozila.GB/T je standard samo za Kitajsko: nekaj električnih vozil, izdelanih na Kitajskem, izvoženih v tujino, uporablja druge standarde.125

Avgusta 2018 je Kitajski svet za elektriko (CEC) objavil memorandum o soglasju z omrežjem CHAdeMO s sedežem na Japonskem za skupni razvoj ultra hitrega polnjenja.Cilj je združljivost med GB/T in CHAdeMO za hitro polnjenje.Organizaciji bosta sodelovali pri razširitvi standarda na države zunaj Kitajske in Japonske.126

ii.Združene države

V Združenih državah Amerike obstajajo trije standardi polnjenja električnih vozil za hitro polnjenje z enosmernim tokom: CHAdeMO, CCS SAE Combo in Tesla.

CHAdeMO je bil prvi standard za hitro polnjenje električnih vozil iz leta 2011. Razvil ga je Tokio

Electric Power Company in pomeni »Charge to Move« (igra besed v japonščini).127 CHAdeMO se trenutno uporablja v Združenih državah Amerike v vozilih Nissan Leaf in Mitsubishi Outlander PHEV, ki sta med najbolj prodajanimi električnimi vozili.Uspeh Leafa v Združenih državah je lahkoPOLNJENJE ELEKTRIČNIH VOZIL NA KITAJSKEM IN ZDRUŽENIH DRŽAVAH

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU |FEBRUAR 2019 |

delno zaradi Nissanove zgodnje zaveze, da bo uvedel infrastrukturo hitrega polnjenja CHAdeMO pri prodajalcih in drugih mestnih lokacijah.128 Od januarja 2019 je bilo v Združenih državah več kot 2900 hitrih polnilnic CHAdeMO (kot tudi več kot 7400 na Japonskem in 7900 v Evropi).129

Leta 2016 je CHAdeMO napovedal, da bo nadgradil svoj standard s prvotne stopnje polnjenja 70

kW ponuditi 150 kW.130 Junija 2018 je CHAdeMO napovedal uvedbo zmogljivosti polnjenja 400 kW z uporabo 1000 V, 400 A tekočinsko hlajenih kablov.Višja cena bo na voljo za potrebe velikih gospodarskih vozil, kot so tovornjaki in avtobusi.131

Drugi standard polnjenja v Združenih državah je znan kot CCS ali SAE Combo.Leta 2011 ga je izdala skupina evropskih in ameriških proizvajalcev avtomobilov.Besedakombinacijaoznačuje, da vtič vključuje tako polnjenje z izmeničnim tokom (do 43 kW) kot polnjenje z enosmernim tokom.

V Nemčiji je bila ustanovljena koalicija Charging Interface Initiative (CharIN), ki se zavzema za široko sprejetje CCS.Za razliko od CHAdeMO vtič CCS omogoča polnjenje z enosmernim in izmeničnim tokom z enim samim priključkom, kar zmanjšuje prostor in odprtine, potrebne na karoseriji vozila.Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA in Hyundai podpirajo CCS.Tesla se je prav tako pridružila koaliciji in novembra 2018 objavila, da bodo njena vozila v Evropi opremljena s polnilnimi vrati CCS.133 Chevrolet Bolt in BMW i3 sta med priljubljenimi električnimi vozili v Združenih državah, ki uporabljajo CCS polnjenje.Medtem ko trenutne hitre polnilnice CCS ponujajo polnjenje pri približno 50 kW, program Electrify America vključuje hitro polnjenje 350 kW, ki bi lahko omogočilo skoraj popolno polnjenje v samo 10 minutah.

Tretji standard polnjenja v Združenih državah upravlja Tesla, ki je septembra 2012 v Združenih državah vzpostavila svoje lastno omrežje Supercharger.134 Tesla

Superpolnilniki običajno delujejo pri 480 voltih in ponujajo polnjenje pri največ 120 kW.Kot

januarja 2019 je spletna stran Tesla navedla 595 lokacij za superpolnilnike v Združenih državah, dodatnih 420 lokacij pa bo »kmalu na voljo«.135 Maja 2018 je Tesla predlagal, da bi lahko njihovi superpolnilniki v prihodnosti dosegli moč do 350 kW.136

V naši raziskavi za to poročilo smo intervjuvance iz ZDA vprašali, ali menijo, da pomanjkanje enotnega nacionalnega standarda za hitro polnjenje z enosmernim tokom predstavlja oviro za sprejem električnih vozil.Malo jih je odgovorilo pritrdilno.Razlogi, da več standardov hitrega polnjenja z enosmernim tokom ne veljajo za težavo, vključujejo:

● Večina električnih vozil se polni doma in v službi s polnilniki stopnje 1 in 2.

● Velik del javne in delovne infrastrukture za polnjenje do danes je uporabljal polnilnike 2. stopnje.

● Na voljo so adapterji, ki lastnikom električnih vozil omogočajo uporabo večine hitrih polnilnikov z enosmernim tokom, tudi če električno vozilo in polnilnik uporabljata različne standarde polnjenja.(Glavna izjema, Teslino polnilno omrežje, je odprto samo za vozila Tesla.) Predvsem obstajajo nekateri pomisleki glede varnosti adapterjev za hitro polnjenje.

● Ker vtič in priključek predstavljata majhen odstotek stroškov hitre polnilne postaje, to za lastnike postaj predstavlja majhen tehnični ali finančni izziv in bi ga lahko primerjali s cevmi za različna oktanska goriva na bencinski črpalki.Številne javne polnilne postaje imajo več vtičev, priključenih na en polnilni steber, kar omogoča polnjenje katere koli vrste EV.Dejansko številne jurisdikcije to zahtevajo ali spodbujajo.POLNJENJE ELEKTRIČNIH VOZIL NA KITAJSKEM IN ZDRUŽENIH DRŽAVAH

38 |CENTER ZA GLOBALNO ENERGETIJSKO POLITIKO |COLUMBIA SIPA

Nekateri proizvajalci avtomobilov pravijo, da ekskluzivna polnilna mreža predstavlja konkurenčno strategijo.Claas Bracklo, vodja oddelka za elektromobilnost pri BMW in predsednik CharIN, je leta 2018 izjavil: »CharIN smo ustanovili, da bi zgradili položaj moči.«137 Številni lastniki in vlagatelji Tesle menijo, da je lastniško omrežje polnilnikov prodajna točka, čeprav Tesla še naprej izraža pripravljenost dovoliti drugim modelom avtomobilov uporabo njegovega omrežja pod pogojem, da prispevajo sredstva sorazmerno z uporabo.138 Tesla je tudi del CharIN-a, ki promovira CCS.Novembra 2018 je objavil, da bodo avtomobili Model 3, ki se prodajajo v Evropi, opremljeni s priključki CCS.Lastniki Tesle lahko kupijo tudi adapterje za dostop do hitrih polnilnikov CHAdeMO.139

C. Komunikacijski protokoli za polnjenje Komunikacijski protokoli za polnjenje so potrebni za optimizacijo polnjenja za potrebe uporabnika (za zaznavanje stanja napolnjenosti, napetosti baterije in varnosti) in za omrežje (vključno z

zmogljivost distribucijskega omrežja, cene glede na čas uporabe in ukrepi odziva na povpraševanje).140 Kitajska GB/T in CHAdeMO uporabljata komunikacijski protokol, znan kot CAN, medtem ko CCS deluje s protokolom PLC.Odprti komunikacijski protokoli, kot je Open Charge Point Protocol (OCPP), ki ga je razvilo združenje Open Charging Alliance, postajajo vse bolj priljubljeni v Združenih državah in Evropi.

V naši raziskavi za to poročilo je več anketirancev iz ZDA prehod na odprte komunikacijske protokole in programsko opremo navedlo kot prednostno nalogo politike.Zlasti nekateri projekti javnega polnjenja, ki so bili financirani v skladu z ameriškim zakonom o obnovi in ​​ponovnem investiranju (ARRA), so bili navedeni kot tisti, ki so izbrali prodajalce z lastniškimi platformami, ki so se pozneje znašle v finančnih težavah, zaradi česar je bila pokvarjena oprema, ki jo je bilo treba zamenjati.141 Večina mest, javnih služb in polnilnikov omrežja, s katerimi smo se obrnili za to študijo, so izrazila podporo odprtim komunikacijskim protokolom in spodbudam, da bi omrežnim gostiteljem omogočili nemoteno zamenjavo ponudnikov.142

D. Stroški

Domači polnilniki so na Kitajskem cenejši kot v ZDA.Na Kitajskem se običajni 7 kW stenski hišni polnilnik prodaja na spletu za med 1200 in 1800 RMB.143 Namestitev zahteva dodatne stroške.(Večina zasebnih nakupov EV vključuje polnilnik in namestitev.) V Združenih državah stanejo hišni polnilniki stopnje 2 med 450 in 600 $ plus povprečno približno 500 $ za namestitev.144 Oprema za hitro polnjenje z enosmernim tokom je bistveno dražja v obe državi.Stroški so zelo različni.Eden od kitajskih strokovnjakov, s katerim smo se pogovarjali za to poročilo, je ocenil, da namestitev 50 kW DC hitre polnilne postaje na Kitajskem običajno stane med 45.000 in 60.000 RMB, pri čemer sama polnilna postaja znaša približno 25.000 – 35.000 RMB, kabli, podzemna infrastruktura in obračun dela za preostanek.145 V Združenih državah lahko hitro polnjenje z enosmernim tokom stane več deset tisoč dolarjev na pošto.Glavne spremenljivke, ki vplivajo na stroške namestitve opreme za hitro polnjenje z enosmernim tokom, vključujejo potrebo po kopanju jarkov, nadgradnjah transformatorjev, novih ali nadgrajenih tokokrogih in električnih ploščah ter estetskih nadgradnjah.Oznake, dovoljenja in dostop za invalide so dodatni vidiki.146

E. Brezžično polnjenje

Brezžično polnjenje ponuja več prednosti, vključno z estetiko, prihrankom časa in enostavnostjo uporabe.

Na voljo je bil v devetdesetih letih 20. stoletja za EV1 (zgodnji električni avtomobil), danes pa je redek.147 Brezžični sistemi za polnjenje električnih vozil, ki so na voljo na spletu, se gibljejo po cenah od 1260 USD do približno 3000 USD.148 Brezžično polnjenje električnih vozil ima kazen za učinkovitost, pri čemer trenutni sistemi ponujajo učinkovitost polnjenja približno 85 %.149 Trenutni izdelki za brezžično polnjenje ponujajo prenos moči 3–22 kW;brezžični polnilniki so na voljo za več modelov električnih vozil od brezžičnega polnjenja s 3,6 kW ali 7,2 kW, kar ustreza polnjenju 2. stopnje.150 Medtem ko mnogi uporabniki električnih vozil menijo, da brezžično polnjenje ni vredno dodatnih stroškov,151 nekateri analitiki napovedujejo, da bo tehnologija kmalu razširjena, in več proizvajalcev avtomobilov je napovedalo, da bodo ponudili brezžično polnjenje kot možnost za prihodnja električna vozila.Brezžično polnjenje bi lahko bilo privlačno za nekatera vozila z določenimi potmi, kot so javni avtobusi, predlagano pa je bilo tudi za prihodnje električne avtocestne pasove, čeprav bi bili visoki stroški, nizka učinkovitost polnjenja in počasne hitrosti polnjenja pomanjkljivosti.152

F. Zamenjava baterije

S tehnologijo zamenjave baterij lahko električna vozila svoje izpraznjene baterije zamenjajo za druge, ki so popolnoma napolnjene.To bi dramatično skrajšalo čas, potreben za ponovno polnjenje EV, s pomembnimi potencialnimi koristmi za voznike.

Več kitajskih mest in podjetij trenutno eksperimentira z zamenjavo baterij, s poudarkom na visoko izkoriščenih električnih vozilih, kot so taksiji.Mesto Hangzhou je uvedlo zamenjavo baterij za svojo floto taksijev, ki uporabljajo lokalno izdelana električna vozila Zotye.155 Peking je zgradil več postaj za zamenjavo baterij v prizadevanjih, ki jih podpira lokalni proizvajalec avtomobilov BAIC.Konec leta 2017 je BAIC objavil načrt za izgradnjo 3000 menjalnih postaj po vsej državi do leta 2021.156 Kitajski zagon električnih vozil NIO namerava sprejeti tehnologijo zamenjave baterij za nekatera svoja vozila in napovedal, da bo zgradil 1100 menjalnih postaj na Kitajskem.157 Več mest na Kitajskem— vključno s Hangzhoujem in Qingdaom—so uporabili tudi zamenjavo baterij za avtobuse.158

V Združenih državah Amerike je razprava o zamenjavi baterij zbledela po bankrotu izraelskega zagona za zamenjavo baterij Project Better Place leta 2013, ki je načrtoval mrežo menjalnih postaj za osebna vozila.153 Leta 2015 je Tesla opustil svoje načrte za zamenjavo baterij, potem ko je zgradil le eno demonstracijski objekt, pri čemer je krivdo za pomanjkanje zanimanja potrošnikov.Danes v Združenih državah poteka le malo poskusov glede zamenjave baterij.154 Padec stroškov baterij in morda v manjši meri uvedba infrastrukture za hitro polnjenje z enosmernim tokom sta verjetno zmanjšala privlačnost zamenjave baterij v ZDA. Združene države.

Čeprav ima menjava baterij številne prednosti, ima tudi pomembne pomanjkljivosti.Baterija za električna vozila je težka in se običajno nahaja na dnu vozila ter tvori integralno strukturno komponento z minimalnimi inženirskimi tolerancami za poravnavo in električne povezave.Današnji akumulatorji običajno zahtevajo hlajenje, povezovanje in odklapljanje hladilnih sistemov pa je težavno.159 Glede na njihovo velikost in težo se morajo akumulatorski sistemi popolnoma prilegati, da preprečijo ropotanje, zmanjšajo obrabo in držijo vozilo na sredini.Arhitektura baterije za rolko, ki je običajna v današnjih električnih vozilih, izboljšuje varnost z znižanjem središča teže vozila in izboljšano zaščito pred trkom spredaj in zadaj.Odstranljive baterije v prtljažniku ali drugje ne bi imele te prednosti.Ker večina lastnikov vozil polni predvsem doma ozPOLNJENJE ELEKTRIČNIH VOZIL NA KITAJSKEM IN ZDRUŽENIH DRŽAVAHna delovnem mestu zamenjava baterije ne bi nujno rešila težav s polnilno infrastrukturo – pomagala bi le pri javnem polnjenju in dosegu.In ker večina proizvajalcev avtomobilov ni pripravljena standardizirati baterijskih paketov ali modelov – avtomobili so zasnovani okoli svojih baterij in motorjev, zaradi česar je to ključna lastniška vrednost160 – zamenjava baterij lahko zahteva ločeno omrežje menjalnih postaj za vsako avtomobilsko podjetje ali ločeno opremo za zamenjavo za različne modele in velikosti vozil.Čeprav so bili predlagani mobilni tovornjaki za zamenjavo baterij,161 ta poslovni model še ni bil implementiran.