Tehnologii de încărcare EV

Tehnologiile de încărcare a vehiculelor electrice din China și Statele Unite sunt în mare parte similare. În ambele țări, cablurile și prizele sunt tehnologia dominantă în mod covârșitor pentru încărcarea vehiculelor electrice. (Încărcarea wireless și înlocuirea bateriilor au cel mult o prezență minoră.) Există diferențe între cele două țări în ceea ce privește nivelurile de încărcare, standardele de încărcare și protocoalele de comunicații. Aceste asemănări și diferențe sunt discutate mai jos.

A. Niveluri de încărcare

În Statele Unite, o mare parte din încărcarea vehiculelor electrice are loc la 120 de volți folosind prize de perete nemodificate, în casă. Aceasta este în general cunoscută sub numele de încărcare de Nivel 1 sau „încărcare prin picurare”. Cu încărcarea de Nivel 1, o baterie tipică de 30 kWh are nevoie de aproximativ 12 ore pentru a trece de la 20% la o încărcare aproape completă. (Nu există prize de 120 de volți în China.)

Atât în ​​China, cât și în Statele Unite, o mare parte din încărcarea vehiculelor electrice are loc la 220 de volți (China) sau 240 de volți (Statele Unite). În Statele Unite, aceasta este cunoscută sub numele de încărcare de Nivelul 2.

O astfel de încărcare poate avea loc cu prize nemodificate sau cu echipamente specializate de încărcare pentru vehicule electrice și utilizează de obicei aproximativ 6-7 kW de putere. La încărcarea la 220-240 volți, o baterie tipică de 30 kWh are nevoie de aproximativ 6 ore pentru a trece de la 20% la o încărcare aproape completă.

În cele din urmă, atât China, cât și Statele Unite au rețele în creștere de încărcătoare rapide de curent continuu, utilizând în mod obișnuit o putere de 24 kW, 50 kW, 100 kW sau 120 kW. Unele stații pot oferi o putere de 350 kW sau chiar 400 kW. Aceste încărcătoare rapide de curent continuu pot încărca bateria unui vehicul de la 20% până la o încărcare aproape completă în timpi variind de la aproximativ o oră la doar 10 minute.

Tabelul 6:Cele mai comune niveluri de încărcare în SUA

Sursa: Departamentul de Energie al SUA

B. Standarde de încărcare

i. China

China are un standard național de încărcare rapidă pentru vehiculele electrice. SUA are trei standarde de încărcare rapidă pentru vehiculele electrice.

Standardul chinezesc este cunoscut sub numele de China GB/T. (InițialeleGBreprezintă standardul național.)

Standardul GB/T din China a fost lansat în 2015, după mai mulți ani de dezvoltare.124 Acum este obligatoriu pentru toate vehiculele electrice noi vândute în China. Producătorii auto internaționali, inclusiv Tesla, Nissan și BMW, au adoptat standardul GB/T pentru vehiculele lor electrice vândute în China. GB/T permite în prezent încărcarea rapidă la o putere maximă de 237,5 kW (la 950 V și 250 amperi), deși multe

Încărcătoarele rapide de curent continuu chinezești oferă încărcare de 50 kW. Un nou standard GB/T va fi lansat în 2019 sau 2020, care se pare că va actualiza standardul pentru a include încărcarea de până la 900 kW pentru vehiculele comerciale mai mari. GB/T este un standard exclusiv chinezesc: puținele vehicule electrice fabricate în China exportate în străinătate utilizează alte standarde.125

În august 2018, Consiliul Electricității din China (CEC) a anunțat un memorandum de înțelegere cu rețeaua CHAdeMO, cu sediul în Japonia, pentru a dezvolta în comun încărcarea ultra-rapidă. Scopul este compatibilitatea dintre GB/T și CHAdeMO pentru încărcarea rapidă. Cele două organizații vor colabora pentru a extinde standardul în țări dincolo de China și Japonia.126

ii. Statele Unite

În Statele Unite, există trei standarde de încărcare rapidă în curent continuu pentru vehicule electrice: CHAdeMO, CCS SAE Combo și Tesla.

CHAdeMO a fost primul standard de încărcare rapidă pentru vehicule electrice, datând din 2011. A fost dezvoltat de Tokyo

Compania de Energie Electrică și reprezintă „Încărcare pentru a Mișca” (un joc de cuvinte în japoneză).127 CHAdeMO este utilizat în prezent în Statele Unite la Nissan Leaf și Mitsubishi Outlander PHEV, care se numără printre cele mai bine vândute vehicule electrice. Succesul modelului Leaf în Statele Unite ar putea fiÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITE

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUARIE 2019 |

parțial datorită angajamentului timpuriu al Nissan de a implementa infrastructura de încărcare rapidă CHAdeMO la reprezentanțe și în alte locații urbane.128 În ianuarie 2019, existau peste 2.900 de încărcătoare rapide CHAdeMO în Statele Unite (precum și peste 7.400 în Japonia și 7.900 în Europa).129

În 2016, CHAdeMO a anunțat că își va actualiza standardul de la rata inițială de taxare de 70

kW va oferi 150 kW.130 În iunie 2018, CHAdeMO a anunțat introducerea unei capacități de încărcare de 400 kW, utilizând cabluri răcite cu lichid de 1.000 V și 400 amperi. Încărcarea mai mare va fi disponibilă pentru a satisface nevoile vehiculelor comerciale mari, cum ar fi camioanele și autobuzele.131

Un al doilea standard de încărcare în Statele Unite este cunoscut sub numele de CCS sau SAE Combo. A fost lansat în 2011 de un grup de producători auto europeni și americani. Cuvântulcombinațieindică faptul că ștecherul conține atât încărcare CA (până la 43 kW), cât și încărcare CC. 132 In

În Germania, coaliția Charging Interface Initiative (CharIN) a fost formată pentru a pleda pentru adoptarea pe scară largă a CCS. Spre deosebire de CHAdeMO, un ștecher CCS permite încărcarea în curent continuu și alternativ cu un singur port, reducând spațiul și deschiderile necesare pe caroseria vehiculului. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA și Hyundai susțin CCS. Tesla s-a alăturat, de asemenea, coaliției și, în noiembrie 2018, a anunțat că vehiculele sale din Europa vor fi echipate cu porturi de încărcare CCS.133 Chevrolet Bolt și BMW i3 se numără printre vehiculele electrice populare din Statele Unite care utilizează încărcarea CCS. În timp ce încărcătoarele rapide CCS actuale oferă încărcare la aproximativ 50 kW, programul Electrify America include încărcare rapidă de 350 kW, care ar putea permite o încărcare aproape completă în doar 10 minute.

Al treilea standard de încărcare din Statele Unite este operat de Tesla, care a lansat propria rețea Supercharger în Statele Unite în septembrie 2012.134 Tesla

Superîncărcătoarele funcționează de obicei la 480 de volți și oferă încărcare la maximum 120 kW. Ca

În ianuarie 2019, site-ul Tesla enumera 595 de locații de Supercharger în Statele Unite, cu încă 420 de locații „care vor fi disponibile în curând”.135 În mai 2018, Tesla a sugerat că, în viitor, Superchargerele sale ar putea atinge niveluri de putere de până la 350 kW.136

În cercetarea noastră pentru acest raport, am întrebat persoanele intervievate din SUA dacă consideră lipsa unui standard național unic pentru încărcarea rapidă în curent continuu ca fiind o barieră în calea adoptării vehiculelor electrice. Puțini au răspuns afirmativ. Motivele pentru care standardele multiple de încărcare rapidă în curent continuu nu sunt considerate o problemă includ:

● Majoritatea încărcărilor vehiculelor electrice au loc acasă și la locul de muncă, cu încărcătoare de nivel 1 și 2.

● O mare parte din infrastructura de încărcare publică și de la locul de muncă a folosit până în prezent încărcătoare de Nivel 2.

● Sunt disponibile adaptoare care permit proprietarilor de vehicule electrice să utilizeze majoritatea încărcătoarelor rapide de curent continuu, chiar dacă vehiculul electric și încărcătorul utilizează standarde de încărcare diferite. (Principala excepție, rețeaua de supraîncărcare Tesla, este deschisă doar vehiculelor Tesla.) În mod special, există unele îngrijorări cu privire la siguranța adaptoarelor de încărcare rapidă.

● Întrucât ștecherul și conectorul reprezintă un procent mic din costul unei stații de încărcare rapidă, aceasta prezintă o provocare tehnică sau financiară redusă pentru proprietarii de stații și ar putea fi comparată cu furtunurile pentru benzine cu cifre octanice diferite de la o stație de alimentare. Multe stații publice de încărcare au mai multe ștechere atașate la un singur stâlp de încărcare, permițând încărcarea oricărui tip de vehicul electric acolo. Într-adevăr, multe jurisdicții impun sau stimulează acest lucru.ÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITE

38 | CENTRUL DE POLITICĂ ENERGETICĂ GLOBALĂ | COLUMBIA SIPA

Unii producători auto au afirmat că o rețea exclusivă de încărcare reprezintă o strategie competitivă. Claas Bracklo, șeful diviziei de electromobilitate de la BMW și președintele CharIN, a declarat în 2018: „Am fondat CharIN pentru a construi o poziție de putere”.137 Mulți proprietari și investitori Tesla consideră rețeaua sa proprie de supraîncărcătoare un punct forte, deși Tesla continuă să își exprime dorința de a permite altor modele de mașini să utilizeze rețeaua sa, cu condiția ca acestea să contribuie cu finanțare proporțională cu utilizarea.138 Tesla face parte, de asemenea, din CharIN, care promovează CCS. În noiembrie 2018, a anunțat că mașinile Model 3 vândute în Europa vor fi echipate cu porturi CCS. Proprietarii Tesla pot achiziționa, de asemenea, adaptoare pentru a accesa încărcătoarele rapide CHAdeMO.139

C. Protocoale de comunicare pentru încărcare Protocoalele de comunicare pentru încărcare sunt necesare pentru a optimiza încărcarea în funcție de nevoile utilizatorului (pentru a detecta starea de încărcare, tensiunea bateriei și siguranța) și pentru rețea (inclusiv

capacitatea rețelei de distribuție, prețurile în funcție de ora de utilizare și măsurile de răspuns la cerere).140 China GB/T și CHAdeMO utilizează un protocol de comunicare cunoscut sub numele de CAN, în timp ce CCS funcționează cu protocolul PLC. Protocoalele de comunicații deschise, cum ar fi Open Charge Point Protocol (OCPP) dezvoltat de Open Charging Alliance, devin din ce în ce mai populare în Statele Unite și Europa.

În cercetarea noastră pentru acest raport, mai mulți intervievați din SUA au menționat trecerea la protocoale de comunicații deschise și software ca prioritate politică. În special, unele proiecte de încărcare publică care au primit finanțare în cadrul Legii americane de redresare și reinvestire (ARRA) au fost citate ca fiind alese ca furnizori cu platforme proprietare care ulterior au întâmpinat dificultăți financiare, lăsând în urmă echipamente defecte care au necesitat înlocuire.141 ​​Majoritatea orașelor, companiilor de utilități și rețelelor de încărcare contactate pentru acest studiu și-au exprimat sprijinul pentru protocoalele de comunicații deschise și stimulentele care să permită gazdelor rețelelor de încărcare să schimbe fără probleme furnizorii.142

D. Costuri

Încărcătoarele de acasă sunt mai ieftine în China decât în ​​Statele Unite. În China, un încărcător de acasă tipic de 7 kW, montat pe perete, se vinde online cu amănuntul la un preț cuprins între 1.200 și 1.800 RMB.143 Instalarea necesită costuri suplimentare. (Majoritatea achizițiilor de vehicule electrice private includ încărcătorul și instalarea.) În Statele Unite, încărcătoarele de acasă de Nivel 2 costă între 450 și 600 USD, plus o medie de aproximativ 500 USD pentru instalare.144 Echipamentele de încărcare rapidă în curent continuu sunt semnificativ mai scumpe în ambele țări. Costurile variază foarte mult. Un expert chinez intervievat pentru acest raport a estimat că instalarea unui stâlp de încărcare rapidă în curent continuu de 50 kW în China costă de obicei între 45.000 și 60.000 RMB, stâlpul de încărcare în sine reprezentând aproximativ 25.000 - 35.000 RMB, iar cablarea, infrastructura subterană și manopera reprezentând restul.145 În Statele Unite, încărcarea rapidă în curent continuu poate costa zeci de mii de dolari per stâlp. Variabilele majore care afectează costul instalării echipamentelor de încărcare rapidă în curent continuu includ necesitatea săpării de șanțuri, modernizarea transformatoarelor, a circuitelor și panourilor electrice noi sau modernizate, precum și a îmbunătățirilor estetice. Semnalizarea, autorizațiile și accesul pentru persoanele cu dizabilități sunt aspecte suplimentare de luat în considerare.146

E. Încărcare wireless

Încărcarea wireless oferă mai multe avantaje, inclusiv estetică, economie de timp și ușurință în utilizare.

A fost disponibilă în anii 1990 pentru EV1 (o mașină electrică timpurie), dar este rară astăzi.147 Sistemele de încărcare wireless pentru vehicule electrice oferite online variază în cost de la 1.260 USD la aproximativ 3.000 USD.148 Încărcarea wireless pentru vehicule electrice are o penalizare de eficiență, sistemele actuale oferind o eficiență de încărcare de aproximativ 85%.149 Produsele actuale de încărcare wireless oferă un transfer de putere de 3–22 kW; încărcătoarele wireless disponibile pentru mai multe modele de vehicule electrice de la Plugless încarcă fie la 3,6 kW, fie la 7,2 kW, echivalentul încărcării de Nivel 2.150 Deși mulți utilizatori de vehicule electrice consideră că încărcarea wireless nu merită costul suplimentar,151 unii analiști au prevăzut că tehnologia va fi în curând răspândită, iar mai mulți producători de automobile au anunțat că vor oferi încărcare wireless ca opțiune pentru viitoarele vehicule electrice. Încărcarea wireless ar putea fi atractivă pentru anumite vehicule cu rute definite, cum ar fi autobuzele publice, și a fost propusă și pentru viitoarele benzi de autostradă electrică, deși costul ridicat, eficiența scăzută a încărcării și vitezele lente de încărcare ar fi dezavantaje.152

F. Schimbarea bateriilor

Cu ajutorul tehnologiei de înlocuire a bateriilor, vehiculele electrice ar putea schimba bateriile descărcate cu altele complet încărcate. Acest lucru ar scurta dramatic timpul necesar pentru reîncărcarea unui vehicul electric, cu beneficii potențiale semnificative pentru șoferi.

Mai multe orașe și companii chineze experimentează în prezent cu schimbarea bateriilor, concentrându-se pe vehiculele electrice cu utilizare intensă, cum ar fi taxiurile. Orașul Hangzhou a implementat schimbarea bateriilor pentru flota sa de taxiuri, care utilizează vehicule electrice Zotye fabricate local.155 Beijingul a construit mai multe stații de schimbare a bateriilor într-un efort susținut de producătorul auto local BAIC. La sfârșitul anului 2017, BAIC a anunțat un plan de a construi 3.000 de stații de schimbare la nivel național până în 2021.156 Startup-ul chinezesc de vehicule electrice NIO intenționează să adopte tehnologia de schimbare a bateriilor pentru unele dintre vehiculele sale și a anunțat că va construi 1.100 de stații de schimbare în China.157 Mai multe orașe din China - inclusiv Hangzhou și Qingdao - au folosit, de asemenea, schimbarea bateriilor pentru autobuze.158

În Statele Unite, discuțiile despre schimbarea bateriilor au scăzut în urma falimentului din 2013 al startup-ului israelian de schimbare a bateriilor Project Better Place, care planificase o rețea de stații de schimbare pentru autoturisme.153 În 2015, Tesla și-a abandonat planurile pentru stații de schimbare după ce a construit o singură instalație demonstrativă, dând vina pe lipsa de interes a consumatorilor. Există puține, dacă este cazul, experimente în desfășurare în Statele Unite în prezent.154 Scăderea costurilor bateriilor și, poate într-o măsură mai mică, implementarea infrastructurii de încărcare rapidă în curent continuu, au redus probabil atractivitatea schimbării bateriilor în Statele Unite.

Deși schimbarea bateriilor oferă mai multe avantaje, aceasta are și dezavantaje notabile. O baterie EV este grea și este de obicei amplasată în partea de jos a vehiculului, formând o componentă structurală integrală cu toleranțe inginerești minime pentru aliniere și conexiuni electrice. Bateriile de astăzi necesită de obicei răcire, iar conectarea și deconectarea sistemelor de răcire este dificilă.159 Având în vedere dimensiunile și greutatea lor, sistemele de baterii trebuie să se potrivească perfect pentru a evita zdrăngănitul, a reduce uzura și a menține vehiculul centrat. Arhitectura bateriei de skateboard, comună în vehiculele electrice de astăzi, îmbunătățește siguranța prin coborârea centrului de greutate al vehiculului și îmbunătățirea protecției la impact în față și în spate. Bateriile detașabile amplasate în portbagaj sau în altă parte ar lipsi de acest avantaj. Deoarece majoritatea proprietarilor de vehicule se încarcă în principal acasă sau...ÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITELa locul de muncă, schimbarea bateriilor nu ar rezolva neapărat problemele legate de infrastructura de încărcare - ar ajuta doar la rezolvarea problemelor legate de încărcarea publică și de autonomia vehiculelor. Și pentru că majoritatea producătorilor auto nu sunt dispuși să standardizeze pachetele sau designul de baterii - mașinile sunt proiectate în jurul bateriilor și motoarelor lor, ceea ce face ca aceasta să fie o valoare proprie cheie160 - schimbarea bateriilor ar putea necesita o rețea separată de stații de schimbare pentru fiecare companie auto sau echipamente de schimbare separate pentru diferite modele și dimensiuni de vehicule. Deși au fost propuse camioane mobile de schimbare a bateriilor,161 acest model de afaceri nu a fost încă implementat.