Tehnologije punjača za vozila

Tehnologije punjenja električnih vozila u Kini i Sjedinjenim Državama uglavnom su slične.U obje zemlje, kabeli i utikači su u velikoj mjeri dominantna tehnologija za punjenje električnih vozila.(Bežično punjenje i zamjena baterija prisutni su u najmanjoj mjeri.) Postoje razlike između dviju zemalja u pogledu razina punjenja, standarda punjenja i komunikacijskih protokola.O tim sličnostima i razlikama govori se u nastavku.

A. Razine punjenja

U Sjedinjenim Američkim Državama, veliki dio punjenja EV-a odvija se na 120 volti pomoću nemodificiranih kućnih zidnih utičnica.Ovo je općenito poznato kao Razina 1 ili punjenje "kapanjem".Uz punjenje razine 1, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je otprilike 12 sati da prijeđe s 20% na gotovo punu napunjenost.(U Kini nema utičnica od 120 volti.)

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

Takvo se punjenje može odvijati s nemodificiranim utičnicama ili specijaliziranom opremom za punjenje EV-a i obično koristi oko 6-7 kW snage.Kada se puni na 220–240 volti, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je približno 6 sati da prijeđe s 20% na gotovo punu napunjenost.

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

Tablica 6:Najčešće razine punjenja u SAD-u

Izvor: Ministarstvo energetike SAD-a

B. Standardi naplate

jaKina

Kina ima jedan nacionalni standard za brzo punjenje električnih vozila.SAD ima tri standarda za brzo punjenje električnih vozila.

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

China GB/T objavljen je 2015. 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 pri maksimalnoj izlaznoj snazi ​​od 237,5 kW (na 950 V i 250 A), iako mnogi

Kineski DC brzi punjači nude punjenje od 50 kW.Novi GB/T bit će objavljen 2019. ili 2020., što će navodno nadograditi standard kako bi uključilo punjenje do 900 kW za veća gospodarska 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, za zajednički razvoj ultra-brzog punjenja.Cilj je kompatibilnost između GB/T i CHAdeMO za brzo punjenje.Dvije organizacije će se udružiti kako bi proširile standard na zemlje izvan Kine i Japana.126

ii.Ujedinjene države

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

CHAdeMO je bio prvi standard za brzo punjenje električnih vozila iz 2011. Razvio ga je Tokio

Electric Power Company i označava "Charge to Move" (igra riječi na japanskom).127 CHAdeMO se trenutno koristi u Sjedinjenim Državama u Nissan Leafu i Mitsubishi Outlanderu PHEV, koji su među najprodavanijim električnim vozilima.Uspjeh Leafa u Sjedinjenim Državama može bitiPUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU |VELJAČA 2019. |

dijelom zahvaljujući Nissanovoj ranoj predanosti uvođenju CHAdeMO infrastrukture za brzo punjenje u prodajnim salonima i drugim urbanim lokacijama.128 Od siječnja 2019. bilo je više od 2900 CHAdeMO brzih punionica u Sjedinjenim Državama (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 punjenja od 70

kW ponuditi 150 kW.130 U lipnju 2018. CHAdeMO je najavio uvođenje mogućnosti punjenja od 400 kW, koristeći kabele hlađene tekućinom od 1000 V, 400 ampera.Više cijene bit će dostupne kako bi se zadovoljile potrebe velikih komercijalnih vozila kao što su kamioni i autobusi.131

Drugi standard punjenja u Sjedinjenim Državama poznat je kao CCS ili SAE Combo.Izdala ga je 2011. grupa europskih i američkih proizvođača automobila.Riječkombiniranioznačava da utikač sadrži i AC punjenje (do 43 kW) i DC punjenje.132 U

U Njemačkoj je formirana koalicija Charging Interface Initiative (CharIN) kako bi se zalagala za široku primjenu CCS-a.Za razliku od CHAdeMO-a, CCS utikač omogućuje punjenje istosmjernom i izmjeničnom strujom 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 pridružio koaliciji i u studenom 2018. najavio da će njegova vozila u Europi biti opremljena CCS priključcima za punjenje.133 Chevrolet Bolt i BMW i3 su među popularnim električnim vozilima u Sjedinjenim Državama koja koriste CCS punjenje.Dok sadašnji 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.

Trećim standardom punjenja u Sjedinjenim Državama upravlja Tesla, koja je u rujnu 2012. pokrenula svoju vlastitu mrežu Supercharger u Sjedinjenim Državama.134 Tesla

Punjači obično rade na 480 volti i nude punjenje na maksimalno 120 kW.Kao

siječnja 2019., web stranica Tesle navela je 595 supercharger lokacija u Sjedinjenim Državama, s dodatnih 420 lokacija "uskoro."135 U svibnju 2018., Tesla je predložio da bi u budućnosti njegovi superchargeri mogli doseći razine snage čak do 350 kW.136

U našem istraživanju za ovo izvješće pitali smo ispitanike iz SAD-a smatraju li nepostojanje jedinstvenog nacionalnog standarda za brzo punjenje istosmjernom strujom preprekom usvajanju EV-a.Rijetki su odgovorili potvrdno.Razlozi zbog kojih se višestruki standardi brzog punjenja istosmjernom strujom ne smatraju problemom uključuju:

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

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

● Dostupni su adapteri koji vlasnicima EV-a omogućuju korištenje većine DC brzih punjača, čak i ako EV i punjač koriste različite standarde punjenja.(Glavna iznimka, Teslina mreža superpunjača, otvorena je samo za Tesla vozila.) Naime, postoji određena zabrinutost oko sigurnosti adaptera za brzo punjenje.

● Budući da utikač i konektor predstavljaju mali postotak cijene stanice za brzo punjenje, vlasnicima postaja to predstavlja mali tehnički ili financijski izazov i može se usporediti s crijevima za različite oktanske benzine na benzinskoj postaji.Mnoge javne punionice imaju više utikača priključenih na jedan stup za punjenje, što omogućuje punjenje bilo koje vrste EV-a tamo.Doista, mnoge jurisdikcije to zahtijevaju ili potiču.PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

38 |CENTAR ZA GLOBALNU ENERGETSKU POLITIKU |KOLUMBIJA 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 Tesle i investitori smatraju njegovu vlasničku mrežu superpunjača prodajnom točkom, iako Tesla nastavlja izražavati spremnost da dopusti drugim modelima automobila da koriste njegovu mrežu pod uvjetom da daju sredstva proporcionalna 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 brzim punjačima CHAdeMO.139

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

kapacitet distribucijske mreže, cijene prema vremenu korištenja i mjere odziva na potražnju).140 Kina 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, neki javni projekti punjenja koji su dobili sredstva prema Američkom zakonu o oporavku i reinvestiranju (ARRA) navedeni su kao odabir dobavljača s vlasničkim platformama koje su kasnije imale financijskih poteškoća, ostavljajući pokvarenu opremu koju je zahtijevala zamjena.141 Većina gradova, komunalnih usluga i naplate mreže koje smo kontaktirali za ovu studiju izrazile su potporu otvorenim komunikacijskim protokolima i poticajima za omogućavanje naplaćivanja mrežnih računala za besprijekornu promjenu pružatelja usluga.142

D. Troškovi

Kućni punjači jeftiniji su u Kini nego u Sjedinjenim Državama.U Kini se tipični zidni kućni punjač od 7 kW prodaje na mreži za 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 prosječno otprilike 500 USD za instalaciju.144 Oprema za brzo punjenje istosmjernom strujom znatno je skuplja u obje zemlje.Troškovi uvelike variraju.Jedan kineski stručnjak s kojim smo razgovarali za ovo izvješće procijenio je da instaliranje DC stanice za brzo punjenje od 50 kW u Kini obično košta između 45.000 i 60.000 RMB, pri čemu sama postaja za punjenje iznosi otprilike 25.000 – 35.000 RMB, a kabliranje, podzemna infrastruktura i radna snaga za ostatak.145 U Sjedinjenim Državama, DC brzo punjenje može stajati desetke tisuća dolara po pošti.Glavne varijable koje utječu na troškove instaliranja opreme za brzo punjenje istosmjernom strujom uključuju potrebu za kopanjem rovova, nadogradnjom transformatora, novim ili nadograđenim strujnim krugovima i električnim pločama te estetskim nadogradnjama.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 na mreži koštaju od 1260 USD do oko 3000 USD.148 Bežično punjenje električnih vozila nosi kaznu učinkovitosti, s trenutnim sustavima koji nude učinkovitost punjenja od oko 85%.149 Trenutačni proizvodi za bežično punjenje nude prijenos snage od 3–22 kW;bežični punjači dostupni za nekoliko modela električnih vozila od Plugless punjenja 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 raširena, a nekoliko je proizvođača automobila najavilo da će ponuditi bežično punjenje kao opciju na budućim električnim vozilima.Bežično punjenje moglo bi biti privlačno za određena vozila s definiranim rutama, kao što su javni autobusi, a također je predloženo za buduće električne trake na autocestama, iako bi visoka cijena, niska učinkovitost punjenja i male brzine punjenja bili nedostaci.152

F. Zamjena baterije

Uz tehnologiju zamjene baterija, električna vozila mogu zamijeniti svoje prazne baterije za druge koje su potpuno napunjene.To bi dramatično skratilo vrijeme potrebno za ponovno punjenje EV-a, uz značajne potencijalne koristi za vozače.

Nekoliko kineskih gradova i tvrtki trenutačno eksperimentira s izmjenom baterija, s fokusom na visokoiskorištena flota EV-ova, poput taksija.Grad Hangzhou uveo je zamjenu baterija za svoju taksi flotu, koja koristi lokalno proizvedena Zotye EV.155 Peking je izgradio nekoliko stanica za zamjenu baterija u nastojanju koje podržava lokalni proizvođač automobila BAIC.Krajem 2017. BAIC je najavio plan za izgradnju 3000 stanica za izmjenu 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 su koristili zamjenu baterija za autobuse.158

U Sjedinjenim Državama rasprava o zamjeni baterija izblijedjela je nakon bankrota izraelske tvrtke za zamjenu baterija Project Better Place 2013., koja je planirala mrežu stanica za zamjenu osobnih automobila.153 Tesla je 2015. odustao od svojih planova za zamjenu baterija nakon što je izgradio samo jednu demonstracijski objekt, okrivljujući nedostatak interesa potrošača.Malo je eksperimenata koji se provode u vezi sa zamjenom baterija u Sjedinjenim Državama.154 Pad troškova baterija, a možda u manjoj mjeri i razvoj infrastrukture za brzo punjenje istosmjernom strujom, vjerojatno su smanjili privlačnost zamjene baterija u Ujedinjene države.

Iako zamjena baterija nudi nekoliko prednosti, ima i značajne nedostatke.EV baterija je teška i obično se nalazi na dnu vozila, čineći integralnu strukturnu komponentu s minimalnim inženjerskim tolerancijama za poravnanje i električne veze.Današnje baterije obično zahtijevaju hlađenje, a spajanje i odspajanje rashladnih sustava je teško.159 S obzirom na njihovu veličinu i težinu, baterijski sustavi moraju savršeno pristajati kako bi se izbjeglo lupanje, smanjilo trošenje i držalo vozilo u središtu.Arhitektura baterije za skejtbord uobičajena u današnjim električnim vozilima poboljšava sigurnost snižavanjem centra težine vozila i poboljšavanjem zaštite od sudara sprijeda i straga.Izmjenjive baterije smještene u prtljažniku ili negdje drugdje ne bi imale ovu prednost.Budući da većina vlasnika vozila puni uglavnom kod kuće iliPUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMAna poslu, zamjena baterija ne bi nužno riješila probleme s infrastrukturom punjenja — samo bi pomogla u rješavanju javnog punjenja i dometa.A budući da većina proizvođača automobila nije voljna standardizirati pakete baterija ili dizajn—automobili su dizajnirani oko svojih baterija i motora, što ovo čini ključnom vlasničkom vrijednošću160—zamjena baterija može zahtijevati zasebnu mrežu stanica za izmjenu 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 tek treba biti implementiran.