Tehnologii Ev Charger

Tehnologiile de încărcare a vehiculelor electrice din China și Statele Unite sunt în general similare. În ambele țări, cablurile și ștecherele sunt tehnologia dominantă covârșitoare pentru încărcarea vehiculelor electrice. (Încărcarea fără fir și schimbarea bateriei 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 cantitate de încărcare a vehiculelor electrice are loc la 120 de volți, folosind prize de perete nemodificate. Aceasta este, în general, cunoscută sub denumirea de încărcare de nivel 1 sau „încărcare”. Cu încărcarea de nivel 1, o baterie tipică de 30 kWh durează 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 cantitate de încărcare a 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 nivel 2.

O astfel de încărcare poate avea loc cu prize nemodificate sau echipamente specializate de încărcare EV și utilizează de obicei aproximativ 6-7 kW de putere. Când se încarcă la 220–240 volți, o baterie tipică de 30 kWh durează 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, care utilizează în mod obișnuit 24 kW, 50 kW, 100 kW sau 120 kW de putere. Unele stații pot oferi 350 kW sau chiar 400 kW putere. Aceste încărcătoare rapide de curent continuu pot duce la o încărcare a bateriei unui vehicul de la 20% la o încărcare aproape completă în timpi variind de la aproximativ o oră până la 10 minute.

Tabelul 6:Cele mai comune niveluri de încărcare din SUA

Sursa: Departamentul de Energie al SUA

B. Standarde de încărcare

i. China

China are un standard național de încărcare rapidă pentru vehicule electrice. SUA au trei standarde de încărcare rapidă pentru EV.

Standardul chinezesc este cunoscut ca China GB/T. (InițialeleGBreprezintă standardul național.)

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

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

În august 2018, China Electricity Council (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 între GB/T și CHAdeMO pentru încărcare rapidă. Cele două organizații se vor asocia pentru a extinde standardul în țări dincolo de China și Japonia.126

ii. Statele Unite

În Statele Unite, există trei standarde de încărcare EV pentru încărcare rapidă DC: 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

Electric Power Company și înseamnă „Charge to Move” (un joc de cuvinte în japoneză).127 CHAdeMO este utilizat în prezent în Statele Unite pentru Nissan Leaf și Mitsubishi Outlander PHEV, care sunt printre cele mai vândute vehicule electrice. Succesul Leaf în Statele Unite poate fiÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITE

POLITICA ENERGETICA.COLUMBIA.EDU | FEBRUARIE 2019 |

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

În 2016, CHAdeMO a anunțat că își va îmbunătăți standardul de la rata inițială de încărcare de 70

kW va oferi 150 kW.130 În iunie 2018, CHAdeMO a anunțat introducerea capacității de încărcare de 400 kW, folosind cabluri de 1.000 V, 400 de amperi răcite cu lichid. Tarifele mai mari vor fi disponibile pentru a satisface nevoile vehiculelor comerciale mari, cum ar fi camioanele și autobuzele.131

Un al doilea standard de încărcare din 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. Cuvântulcomboindică faptul că mufa conține atât încărcare AC (la o putere de până la 43 kW) cât și încărcare DC.132 In

Germania, coaliția Charging Interface Initiative (CharIN) a fost formată pentru a milita pentru adoptarea pe scară largă a CCS. Spre deosebire de CHAdeMO, o mufă CCS permite încărcarea DC și AC cu un singur port, reducând spațiul și deschiderile necesare pe caroseria vehiculului. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA și Hyundai acceptă 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 sunt printre vehiculele electrice populare din Statele Unite care folosesc încărcare 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 și-a lansat propria rețea Supercharger proprietară în Statele Unite în septembrie 2012.134 Tesla

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

din ianuarie 2019, site-ul web Tesla a enumerat 595 de locații Supercharger în Statele Unite, cu alte 420 de locații „în curând.”135 În mai 2018, Tesla a sugerat că în viitor Supercharger-urile sale ar putea atinge niveluri de putere de până la 350 kW.136

În cercetarea noastră pentru acest raport, i-am întrebat pe cei intervievați din SUA dacă consideră că lipsa unui standard național unic pentru încărcarea rapidă DC este o barieră în calea adoptării vehiculelor electrice. Puțini au răspuns afirmativ. Motivele pentru care mai multe standarde de încărcare rapidă DC nu sunt considerate a fi o problemă includ:

● Majoritatea încărcării vehiculelor electrice au loc acasă și la serviciu, cu încărcătoare de nivel 1 și 2.

● O mare parte din infrastructura de încărcare publică și 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 DC, chiar dacă vehiculul electric și încărcătorul utilizează standarde de încărcare diferite. (Principala excepție, rețeaua de supraîncărcare Tesla, este deschisă doar vehiculelor Tesla.) În special, există unele preocupări cu privire la siguranța adaptoarelor de încărcare rapidă.

● Deoarece ștecherul și conectorul reprezintă un procent mic din costul unei stații de încărcare rapidă, acest lucru prezintă o mică provocare tehnică sau financiară pentru proprietarii de stații și ar putea fi comparat cu furtunurile pentru diferite benzine cu octanism la o stație de alimentare. Multe stații de încărcare publice au mai multe prize atașate la un singur post de încărcare, permițând oricărui tip de EV să se încarce acolo. Într-adevăr, multe jurisdicții solicită sau stimulează acest lucru.ÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITE

38 | CENTRU PENTRU POLITICA ENERGETICĂ GLOBALĂ | COLUMBIA SIPA

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

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

Capacitatea rețelei de distribuție, prețul în timpul utilizării și măsurile de răspuns la cerere).140 China GB/T și CHAdeMO utilizează un protocol de comunicație 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, câțiva intervievați din SUA au citat trecerea către protocoale de comunicații deschise și software ca o prioritate a politicii. În special, unele proiecte publice de taxare care au primit finanțare în temeiul Actului American de Recuperare și Reinvestire (ARRA) au fost citate ca au ales furnizori cu platforme proprietare care ulterior au întâmpinat dificultăți financiare, lăsând echipamente stricate care necesitau înlocuire.141 ​​Majoritatea orașelor, utilităților și încărcării. rețelele contactate pentru acest studiu și-au exprimat sprijinul pentru protocoale de comunicații deschise și stimulente pentru a permite gazdelor rețelei 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 obișnuit de 7 kW montat pe perete se vinde online la prețuri cuprinse între 1.200 RMB și 1.800,143 RMB Instalarea necesită costuri suplimentare. (Majoritatea achizițiilor private de vehicule electrice vin cu încărcătorul și instalarea incluse.) În Statele Unite, încărcătoarele de acasă de nivel 2 costă între 450 USD și 600 USD, plus o medie de aproximativ 500 USD pentru instalare.144 Echipamentul de încărcare rapidă DC este semnificativ mai scump în ambele tari. Costurile variază foarte mult. Un expert chinez intervievat pentru acest raport a estimat că instalarea unui post de încărcare rapidă de 50 kW DC în China costă de obicei între 45.000 RMB și 60.000 RMB, stația de încărcare în sine reprezentând aproximativ 25.000 RMB - 35.000 RMB și cablarea, infrastructura subterană și contabilitatea forței de muncă. pentru restul.145 În Statele Unite, încărcarea rapidă DC poate costa zeci de mii de dolari pe post. Variabilele majore care afectează costul instalării echipamentelor de încărcare rapidă DC includ nevoia de șanțuri, modernizări ale transformatoarelor, circuite noi sau modernizate și panouri electrice și îmbunătățiri estetice. Semnalizarea, autorizarea și accesul persoanelor cu dizabilități sunt considerații suplimentare.146

E. Încărcare fără fir

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

A fost disponibil în anii 1990 pentru EV1 (o mașină electrică timpurie), dar este rar în prezent.147 Sistemele de încărcare fără fir EV oferite online variază de la 1.260 USD la aproximativ 3.000 USD. aproximativ 85%.149 Produsele actuale de încărcare fără fir oferă transfer de putere de 3–22 kW; încărcătoare fără fir disponibile pentru mai multe modele de vehicule electrice de la Plugless Charge fie la 3,6 kW, fie la 7,2 kW, echivalent cu încărcarea de nivel 2.150 În timp ce mulți utilizatori de vehicule electrice consideră că încărcarea fără fir nu merită costul suplimentar,151 unii analiști au estimat că tehnologia va fi în curând răspândită, iar câțiva producători de mașini au anunțat că vor oferi încărcare wireless ca opțiune pentru viitoarele vehicule electrice. Încărcarea fără fir ar putea fi atractivă pentru anumite vehicule cu rute definite, cum ar fi autobuzele publice, și a fost, de asemenea, propusă pentru viitoarele benzi de autostrăzi electrice, deși costul ridicat, eficiența scăzută de încărcare și vitezele de încărcare mici ar fi dezavantaje.152

F. Schimbarea bateriei

Cu tehnologia de schimbare a bateriilor, vehiculele electrice își pot schimba bateriile epuizate cu altele care sunt complet încărcate. Acest lucru ar scurta dramatic timpul necesar reîncărcării unui vehicul electric, cu potențiale beneficii semnificative pentru șoferi.

Mai multe orașe și companii chineze experimentează în prezent schimbarea bateriilor, concentrându-se pe vehiculele electrice cu flotă de mare utilizare, cum ar fi taxiurile. Orașul Hangzhou a implementat schimbul de baterii pentru flota sa de taxiuri, care utilizează vehicule electrice Zotye fabricate local.155 Beijingul a construit mai multe stații de schimb de baterii 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 schimb la nivel național până în 2021.156 Startup-ul chinez EV NIO intenționează să adopte tehnologia de schimbare a bateriei pentru unele dintre vehiculele sale și a anunțat că va construi 1.100 de stații de schimb în China.157 Mai multe orașe din China— inclusiv Hangzhou și Qingdao — au folosit și schimbul de baterii pentru autobuze.158

În Statele Unite, discuția despre schimbarea bateriei a dispărut în urma falimentului din 2013 al startup-ului israelian de schimb de baterii, Project Better Place, care planificase o rețea de stații de schimb pentru autoturisme.153 În 2015, Tesla a abandonat planurile stației de schimb după ce a construit doar una. instalație de demonstrație, acuzând lipsa de interes a consumatorilor. Există puține experimente în curs de desfășurare cu privire la schimbarea bateriilor în Statele Unite astăzi.154 Scăderea costurilor bateriilor și, probabil, într-o măsură mai mică, implementarea infrastructurii de încărcare rapidă DC, au redus probabil atracția schimbului de baterii în Statele Unite.

În timp ce schimbarea bateriei oferă mai multe avantaje, are și dezavantaje notabile. O baterie EV este grea și se află de obicei 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 dimensiunea și greutatea lor, sistemele de baterii trebuie să se potrivească perfect pentru a evita zgomotul, a reduce uzura și a menține vehiculul centrat. Arhitectura bateriei de skateboard, obișnuită în vehiculele electrice de astăzi, îmbunătățește siguranța prin scăderea centrului de greutate al vehiculului și îmbunătățirea protecției împotriva accidentelor în față și în spate. Bateriile detașabile situate în portbagaj sau în altă parte ar lipsi acest avantaj. Deoarece majoritatea proprietarilor de vehicule taxează în principal acasă sauÎNCĂRCAREA VEHICULELOR ELECTRICE ÎN CHINA ȘI STATELE UNITEla locul de muncă, schimbarea bateriei nu ar rezolva neapărat problemele legate de infrastructura de încărcare – ar ajuta doar la abordarea încărcării publice și a autonomiei. Și pentru că majoritatea producătorilor de automobile nu doresc să standardizeze pachetele sau modelele de baterii – mașinile sunt proiectate în jurul bateriilor și motoarelor lor, ceea ce face din aceasta o valoare proprie-cheie160 – schimbarea bateriei ar putea necesita o rețea separată de stații de schimb pentru fiecare companie de mașini sau echipamente de schimb separate pentru diferite modele și dimensiunile vehiculelor. Deși au fost propuse camioane mobile de schimb de baterii161, acest model de afaceri nu a fost încă implementat.