Tehnologije punjača za električna vozila

Tehnologije punjenja električnih vozila u Kini i Sjedinjenim Državama uglavnom su slične. U objema zemljama, kablovi i utikači su pretežno dominantna tehnologija za punjenje električnih vozila. (Bežično punjenje i zamjena baterija imaju najviše manju prisutnost.) Postoje razlike između dvije zemlje u pogledu razina punjenja, standarda punjenja i komunikacijskih protokola. Ove sličnosti i razlike raspravljaju se u nastavku.

A. Razine punjenja

U Sjedinjenim Američkim Državama, velik dio punjenja električnih vozila odvija se na 120 volti korištenjem nemodificiranih kućnih zidnih utičnica. To je općenito poznato kao punjenje razine 1 ili "trickle" punjenje. S punjenjem razine 1, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je otprilike 12 sati da se od 20% napuni do gotovo potpunog punjenja. (U Kini nema utičnica od 120 volti.)

I u Kini i u Sjedinjenim Državama, velik dio punjenja električnih vozila odvija se na 220 volti (Kina) ili 240 volti (Sjedinjene Države). U Sjedinjenim Državama to je poznato kao punjenje razine 2.

Takvo punjenje može se odvijati s nemodificiranim utičnicama ili specijaliziranom opremom za punjenje električnih vozila i obično koristi oko 6-7 kW snage. Prilikom punjenja na 220-240 volti, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je otprilike 6 sati da se od 20% napuni do gotovo potpunog punjenja.

Konačno, i Kina i Sjedinjene Države imaju rastuće mreže brzih punjača istosmjerne struje, obično koristeći 24 kW, 50 kW, 100 kW ili 120 kW snage. Neke stanice mogu ponuditi 350 kW ili čak 400 kW snage. Ovi brzi punjači istosmjerne struje mogu napuniti bateriju vozila od 20% do gotovo potpunog punjenja u vremenu od otprilike jednog sata do samo 10 minuta.

Tablica 6:Najčešće razine punjenja u SAD-u

Izvor: Ministarstvo energetike SAD-a

B. Standardi naplate

i. Kina

Kina ima jedan nacionalni standard brzog punjenja električnih vozila. SAD imaju tri standarda brzog punjenja električnih vozila.

Kineski standard poznat je kao China GB/T. (InicijaliGBoznačava nacionalni standard.)

Kineski GB/T standard objavljen je 2015. godine nakon nekoliko godina razvoja.124 Sada je obavezan za sva nova električna vozila koja se prodaju u Kini. Međunarodni proizvođači automobila, uključujući Teslu, Nissan i BMW, usvojili su standard GB/T za svoja električna vozila koja se prodaju u Kini. GB/T trenutno omogućuje brzo punjenje s maksimalnom snagom od 237,5 kW (pri 950 V i 250 ampera), iako mnogi

Kineski DC brzi punjači nude punjenje od 50 kW. Novi GB/T bit će objavljen 2019. ili 2020. godine, koji će navodno nadograditi standard kako bi uključivao punjenje do 900 kW za veća komercijalna vozila. GB/T je standard samo za Kinu: nekoliko električnih vozila proizvedenih u Kini koja se izvoze u inozemstvo koriste druge standarde.125

U kolovozu 2018., Kinesko vijeće za električnu energiju (CEC) objavilo je memorandum o razumijevanju s mrežom CHAdeMO sa sjedištem u Japanu o zajedničkom razvoju ultrabrzog punjenja. Cilj je kompatibilnost između GB/T i CHAdeMO za brzo punjenje. Dvije organizacije će surađivati ​​kako bi proširile standard na zemlje izvan Kine i Japana.126

ii. Sjedinjene Američke Države

U Sjedinjenim Državama postoje tri standarda punjenja električnih vozila za brzo punjenje istosmjernom strujom: CHAdeMO, CCS SAE Combo i Tesla.

CHAdeMO je bio prvi standard brzog punjenja električnih vozila, koji datira iz 2011. godine. Razvio ga je Tokio.

Electric Power Company i kratica je za „Charge to Move“ (igra riječi na japanskom).127 CHAdeMO se trenutno koristi u Sjedinjenim Državama u Nissanu Leafu i Mitsubishi Outlanderu PHEV, koji su među najprodavanijim električnim vozilima. Uspjeh Leafa u Sjedinjenim Državama mogao bi bitiPUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | VELJAČA 2019. |

dijelom zbog Nissanove rane predanosti uvođenju CHAdeMO infrastrukture za brzo punjenje u prodajnim salonima i drugim urbanim lokacijama.128 Od siječnja 2019. u Sjedinjenim Državama bilo je preko 2900 CHAdeMO brzih punjača (kao i više od 7400 u Japanu i 7900 u Europi).129

Godine 2016. CHAdeMO je najavio da će nadograditi svoj standard s početne stope naplate od 70

kW će ponuditi 150 kW.130 U lipnju 2018. CHAdeMO je najavio uvođenje mogućnosti punjenja od 400 kW, koristeći tekućinom hlađene kabele od 1000 V i 400 A. Jače punjenje bit će dostupno kako bi se zadovoljile potrebe velikih komercijalnih vozila poput kamiona i autobusa.131

Drugi standard punjenja u Sjedinjenim Državama poznat je kao CCS ili SAE Combo. Objavila ga je 2011. godine skupina europskih i američkih proizvođača automobila. Riječkombinacijaoznačava da utikač sadrži i AC punjenje (do 43 kW) i DC punjenje.132 In

U Njemačkoj je osnovana koalicija Charging Interface Initiative (CharIN) kako bi se zalagala za široko prihvaćanje CCS-a. Za razliku od CHAdeMO-a, CCS utikač omogućuje DC i AC punjenje s jednim priključkom, smanjujući prostor i otvore potrebne na karoseriji vozila. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA i Hyundai podržavaju CCS. Tesla se također pridružila koaliciji i u studenom 2018. najavila je da će njezina vozila u Europi biti opremljena CCS priključcima za punjenje.133 Chevrolet Bolt i BMW i3 spadaju među popularna električna vozila u Sjedinjenim Državama koja koriste CCS punjenje. Dok trenutni CCS brzi punjači nude punjenje od oko 50 kW, program Electrify America uključuje brzo punjenje od 350 kW, što bi moglo omogućiti gotovo potpuno punjenje za samo 10 minuta.

Treći standard punjenja u Sjedinjenim Državama koristi Tesla, koja je pokrenula vlastitu mrežu Superchargera u Sjedinjenim Državama u rujnu 2012.134 Tesla

Superpunjači obično rade na 480 volti i nude punjenje maksimalnom snagom od 120 kW.

U siječnju 2019., Tesla je na svojoj web stranici navela 595 lokacija s kompresorima u Sjedinjenim Državama, a dodatnih 420 lokacija „uskoro“.135 U svibnju 2018. Tesla je nagovijestila da bi u budućnosti njezini kompresori mogli doseći snagu i do 350 kW.136

U našem istraživanju za ovo izvješće pitali smo američke ispitanike smatraju li nedostatak jedinstvenog nacionalnog standarda za brzo punjenje istosmjernom strujom preprekom prihvaćanju električnih vozila. Malo ih je odgovorilo potvrdno. Razlozi zašto se višestruki standardi brzog punjenja istosmjernom strujom ne smatraju problemom uključuju:

● Većina punjenja električnih vozila odvija se kod kuće i na poslu, punjačima razine 1 i 2.

● Velik dio javne i radne infrastrukture za punjenje do danas koristio je punjače razine 2.

● Dostupni su adapteri koji vlasnicima električnih vozila omogućuju korištenje većine DC brzih punjača, čak i ako električno vozilo i punjač koriste različite standarde punjenja. (Glavna iznimka, Teslina mreža za punjenje, otvorena je samo za Tesla vozila.) Valja napomenuti da postoje određene zabrinutosti oko sigurnosti adaptera za brzo punjenje.

● Budući da utikač i konektor predstavljaju mali postotak cijene brze punionice, to predstavlja mali tehnički ili financijski izazov za vlasnike postaja i moglo bi se usporediti s crijevima za benzine različitih oktana na benzinskoj postaji. Mnoge javne punionice imaju više utikača priključenih na jednu punionicu, što omogućuje punjenje bilo koje vrste električnog vozila. Doista, mnoge jurisdikcije to zahtijevaju ili potiču.PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

38 | CENTAR ZA GLOBALNU ENERGETSKU POLITIKU | COLUMBIA SIPA

Neki proizvođači automobila rekli su da ekskluzivna mreža za punjenje predstavlja konkurentsku strategiju. Claas Bracklo, voditelj odjela za elektromobilnost u BMW-u i predsjednik CharIN-a, izjavio je 2018.: „Osnovali smo CharIN kako bismo izgradili poziciju moći.“137 Mnogi vlasnici i investitori Tesle smatraju njezinu vlasničku mrežu kompresora prodajnom prednosti, iako Tesla i dalje izražava spremnost dopustiti drugim modelima automobila korištenje njezine mreže pod uvjetom da doprinose financiranjem proporcionalno korištenju.138 Tesla je također dio CharIN-a koji promovira CCS. U studenom 2018. najavio je da će automobili Model 3 koji se prodaju u Europi biti opremljeni CCS priključcima. Vlasnici Tesle također mogu kupiti adaptere za pristup CHAdeMO brzim punjačima.139

C. Protokoli komunikacije punjenja Protokoli komunikacije punjenja potrebni su za optimizaciju punjenja za potrebe korisnika (za otkrivanje stanja napunjenosti, napona baterije i sigurnosti) i za mrežu (uključujući

kapacitet distribucijske mreže, određivanje cijena na temelju vremena korištenja i mjere odgovora na potražnju).140 Kineski GB/T i CHAdeMO koriste komunikacijski protokol poznat kao CAN, dok CCS radi s PLC protokolom. Otvoreni komunikacijski protokoli, kao što je Open Charge Point Protocol (OCPP) koji je razvio Open Charging Alliance, postaju sve popularniji u Sjedinjenim Državama i Europi.

U našem istraživanju za ovo izvješće, nekoliko američkih ispitanika navelo je prelazak na otvorene komunikacijske protokole i softver kao politički prioritet. Konkretno, za neke projekte javnih naplatnih stanica koji su dobili financiranje u okviru Zakona o američkom oporavku i reinvestiranju (ARRA) navedeno je da su odabrali dobavljače s vlasničkim platformama koji su potom imali financijskih poteškoća, ostavljajući pokvarenu opremu koja je zahtijevala zamjenu.141 Većina gradova, komunalnih usluga i mreža za punjenje kontaktiranih za ovu studiju izrazila je podršku otvorenim komunikacijskim protokolima i poticajima kako bi se omogućilo domaćinima mreža za punjenje da nesmetano promijene pružatelje usluga.142

D. Troškovi

Kućni punjači su u Kini jeftiniji nego u Sjedinjenim Državama. U Kini se tipični zidni kućni punjač od 7 kW prodaje online za cijenu između 1200 i 1800 RMB.143 Instalacija zahtijeva dodatne troškove. (Većina privatnih kupnji električnih vozila dolazi s uključenim punjačem i instalacijom.) U Sjedinjenim Državama, kućni punjači razine 2 koštaju u rasponu od 450 do 600 USD, plus u prosjeku oko 500 USD za instalaciju.144 Oprema za brzo punjenje istosmjernom strujom znatno je skuplja u obje zemlje. Troškovi uvelike variraju. Jedan kineski stručnjak intervjuiran za ovo izvješće procijenio je da instaliranje brzog punjača istosmjernom strujom od 50 kW u Kini obično košta između 45 000 i 60 000 RMB, pri čemu sam punjač košta otprilike 25 000 – 35 000 RMB, a kabeli, podzemna infrastruktura i rad ostatak.145 U Sjedinjenim Državama brzo punjenje istosmjernom strujom može koštati desetke tisuća dolara po punjaču. Glavne varijable koje utječu na trošak instaliranja opreme za brzo punjenje istosmjernom strujom uključuju potrebu za iskopom rovova, nadogradnjom transformatora, novim ili nadograđenim strujnim krugovima i električnim pločama te estetskim poboljšanjima. Oznake, dozvole i pristup za osobe s invaliditetom dodatna su razmatranja.146

E. Bežično punjenje

Bežično punjenje nudi nekoliko prednosti, uključujući estetiku, uštedu vremena i jednostavnost korištenja.

Bio je dostupan 1990-ih za EV1 (rani električni automobil), ali danas je rijedak.147 Bežični sustavi za punjenje električnih vozila koji se nude online kreću se u cijeni od 1260 do oko 3000 dolara.148 Bežično punjenje električnih vozila nosi kaznu u učinkovitosti, a trenutni sustavi nude učinkovitost punjenja od oko 85%.149 Trenutni proizvodi za bežično punjenje nude prijenos snage od 3 do 22 kW; bežični punjači dostupni za nekoliko modela električnih vozila od Plugless chargea od 3,6 kW ili 7,2 kW, što je ekvivalentno punjenju razine 2.150 Dok mnogi korisnici električnih vozila smatraju da bežično punjenje nije vrijedno dodatnih troškova,151 neki analitičari predviđaju da će tehnologija uskoro biti široko rasprostranjena, a nekoliko proizvođača automobila najavilo je da će bežično punjenje ponuditi kao opciju na budućim električnim vozilima. Bežično punjenje moglo bi biti atraktivno za određena vozila s definiranim rutama, poput javnih autobusa, a predloženo je i za buduće električne autoceste, iako bi visoka cijena, niska učinkovitost punjenja i spore brzine punjenja bili nedostaci.152

F. Zamjena baterije

S tehnologijom zamjene baterija, električna vozila mogla bi zamijeniti svoje istrošene baterije drugima koje su potpuno napunjene. To bi dramatično skratilo vrijeme potrebno za punjenje električnog vozila, sa značajnim potencijalnim koristima za vozače.

Nekoliko kineskih gradova i tvrtki trenutno eksperimentira s zamjenom baterija, s fokusom na električna vozila s visokom iskorištenošću, poput taksija. Grad Hangzhou uveo je zamjenu baterija za svoju flotu taksija, koja koristi lokalno proizvedena električna vozila Zotye.155 Peking je izgradio nekoliko stanica za zamjenu baterija u nastojanju koje podržava lokalni proizvođač automobila BAIC. Krajem 2017. BAIC je najavio plan izgradnje 3000 stanica za zamjenu diljem zemlje do 2021.156 Kineski startup za električna vozila NIO planira usvojiti tehnologiju zamjene baterija za neka od svojih vozila i najavio je da će izgraditi 1100 stanica za zamjenu u Kini.157 Nekoliko gradova u Kini, uključujući Hangzhou i Qingdao, također je koristilo zamjenu baterija za autobuse.158

U Sjedinjenim Državama, rasprava o zamjeni baterija je izblijedjela nakon bankrota izraelskog startupa za zamjenu baterija Project Better Place 2013. godine, koji je planirao mrežu stanica za zamjenu za osobne automobile.153 Godine 2015. Tesla je odustala od svojih planova za stanice za zamjenu nakon što je izgradila samo jedan demonstracijski objekt, okrivljavajući nedostatak interesa potrošača. Danas se u Sjedinjenim Državama provodi malo ili uopće nema eksperimenata u vezi sa zamjenom baterija.154 Pad troškova baterija, a možda u manjoj mjeri i postavljanje infrastrukture za brzo punjenje istosmjernom strujom, vjerojatno su smanjili privlačnost zamjene baterija u Sjedinjenim Državama.

Iako zamjena baterija nudi nekoliko prednosti, ima i značajne nedostatke. Baterija električnog vozila je teška i obično se nalazi na dnu vozila, tvoreći integralnu strukturnu komponentu s minimalnim inženjerskim tolerancijama za poravnanje i električne spojeve. Današnje baterije obično zahtijevaju hlađenje, a spajanje i odspajanje sustava hlađenja je teško.159 S obzirom na njihovu veličinu i težinu, sustavi baterija moraju savršeno pristajati kako bi se izbjeglo zveckanje, smanjilo trošenje i vozilo ostalo centrirano. Arhitektura baterija za skateboard, uobičajena u današnjim električnim vozilima, poboljšava sigurnost snižavanjem težišta vozila i poboljšanjem zaštite od sudara sprijeda i straga. Izmjenjive baterije smještene u prtljažniku ili negdje drugdje ne bi imale ovu prednost. Budući da se većina vlasnika vozila puni uglavnom kod kuće ili...PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMANa djelu, zamjena baterija ne bi nužno riješila probleme s infrastrukturom za punjenje - pomogla bi samo u rješavanju javnih punjača i dometa. A budući da većina proizvođača automobila nije voljna standardizirati baterijske pakete ili dizajne - automobili su dizajnirani oko svojih baterija i motora, što ovo čini ključnom vlasničkom vrijednošću160 - zamjena baterija mogla bi zahtijevati zasebnu mrežu stanica za zamjenu za svaku automobilsku tvrtku ili zasebnu opremu za zamjenu za različite modele i veličine vozila. Iako su predloženi mobilni kamioni za zamjenu baterija,161 ovaj poslovni model još nije implementiran.