Ev Charger Technologies

Az elektromos járművek töltési technológiái Kínában és az Egyesült Államokban nagyjából hasonlóak. Mindkét országban a vezetékek és a csatlakozók a túlnyomórészt meghatározó technológia az elektromos járművek töltéséhez. (A vezeték nélküli töltés és az akkumulátorcsere legfeljebb csekély mértékben van jelen.) A két ország között különbségek vannak a töltési szintek, a töltési szabványok és a kommunikációs protokollok tekintetében. Ezeket a hasonlóságokat és különbségeket az alábbiakban tárgyaljuk.

A. Töltési szintek

Az Egyesült Államokban az elektromos járművek töltése nagy része 120 V-on történik, módosítatlan otthoni fali aljzatok használatával. Ezt általában 1-es szintű töltésnek vagy „szivárgó” töltésnek nevezik. 1. szintű töltéssel egy tipikus 30 kWh-s akkumulátor körülbelül 12 órába telik, amíg 20%-ról majdnem teljesen feltöltődik. (Kínában nincsenek 120 voltos aljzatok.)

Mind Kínában, mind az Egyesült Államokban az elektromos járművek nagy része 220 V-on (Kína) vagy 240 V-on (Egyesült Államok) történik. Az Egyesült Államokban ezt 2-es szintű töltésnek nevezik.

Az ilyen töltés történhet nem módosított aljzatokkal vagy speciális elektromos járművek töltőberendezésekkel, és általában körülbelül 6–7 kW teljesítményt használ. 220–240 voltos töltés esetén egy tipikus 30 kWh-s akkumulátornak körülbelül 6 órára van szüksége ahhoz, hogy 20%-ról majdnem teljesen feltöltődjön.

Végül, mind Kínában, mind az Egyesült Államokban egyre bővülő egyenáramú gyorstöltő-hálózatok állnak rendelkezésre, amelyek általában 24 kW, 50 kW, 100 kW vagy 120 kW teljesítményt használnak. Egyes állomások 350 kW vagy akár 400 kW teljesítményt is kínálhatnak. Ezek az egyenáramú gyorstöltők a jármű akkumulátorát 20%-ról majdnem teljesen feltöltik, nagyjából egy órától egészen 10 percig terjedő idő alatt.

6. táblázat:A leggyakoribb töltési szintek az Egyesült Államokban

Forrás: Amerikai Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma

B. Töltési szabványok

én. Kína

Kínában egyetlen országos elektromos töltési szabvány működik. Az Egyesült Államokban három elektromos gyorstöltési szabvány érvényes.

A kínai szabvány Kína GB/T néven ismert. (A kezdőbetűkGBa nemzeti szabványt jelenti.)

A China GB/T 2015-ben jelent meg több éves fejlesztés után.124 Mostantól minden Kínában értékesített új elektromos járműre kötelező. A nemzetközi autógyártók, köztük a Tesla, a Nissan és a BMW, átvették a GB/T szabványt a Kínában értékesített elektromos járművekre. A GB/T jelenleg gyorstöltést tesz lehetővé, maximum 237,5 kW teljesítmény mellett (950 V és 250 amper mellett), bár sok

A kínai egyenáramú gyorstöltők 50 kW-os töltést kínálnak. Az új GB/T 2019-ben vagy 2020-ban fog megjelenni, amely a hírek szerint frissíti a szabványt, hogy a nagyobb haszongépjárművek esetében akár 900 kW-ig terjedjen a töltés. A GB/T csak Kínára vonatkozó szabvány: a külföldre exportált néhány Kínában gyártott elektromos jármű más szabványokat használ.125

2018 augusztusában a Kínai Villamosenergia-tanács (CEC) szándéknyilatkozatot kötött a japán székhelyű CHAdeMO hálózattal az ultragyors töltés közös fejlesztése érdekében. A cél a GB/T és a CHAdeMO közötti kompatibilitás a gyors töltés érdekében. A két szervezet együttműködik, hogy a szabványt Kínán és Japánon túli országokra is kiterjessze.126

ii. Egyesült Államok

Az Egyesült Államokban három elektromos töltési szabvány létezik az egyenáramú gyorstöltésre: CHAdeMO, CCS SAE Combo és Tesla.

A CHAdeMO volt az első elektromos autók gyorstöltési szabványa, amely 2011-ből származik. Tokió fejlesztette ki.

Electric Power Company és a „Charge to Move” rövidítése (japánul szójáték).127 A CHAdeMO-t jelenleg az Egyesült Államokban a Nissan Leaf és Mitsubishi Outlander PHEV modellekben használják, amelyek a legtöbbet eladott elektromos járművek közé tartoznak. A Leaf sikere az Egyesült Államokban lehetELEKTROMOS JÁRMŰ TÖLTÉSE KÍNABAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBAN

ENERGYPOLITIKA.COLUMBIA.EDU | 2019. FEBRUÁR |

részben a Nissan korai elkötelezettségének köszönhető, hogy a márkakereskedésekben és más városi helyeken bevezeti a CHAdeMO gyorstöltő infrastruktúrát.128 2019 januárjában több mint 2900 CHAdeMO gyorstöltő volt az Egyesült Államokban (valamint több mint 7400 Japánban és 7900). Európában).129

2016-ban a CHAdeMO bejelentette, hogy frissíti szabványát a kezdeti 70-es töltési sebességről

kW 150 kW-ot kínál.130 2018 júniusában a CHAdeMO bejelentette a 400 kW-os töltési képesség bevezetését 1000 V-os, 400 amperes folyadékhűtéses kábelekkel. A magasabb töltés a nagy haszongépjárművek, például teherautók és buszok igényeinek kielégítésére lesz elérhető.131

Az Egyesült Államokban a második töltési szabvány CCS vagy SAE Combo néven ismert. 2011-ben adta ki európai és amerikai autógyártók csoportja. A szókombóazt jelzi, hogy a csatlakozó váltóáramú (43 kW-ig) és egyenáramú töltést is tartalmaz.132 hüvelyk

Németországban a Charging Interface Initiative (CharIN) koalíció azért jött létre, hogy támogassa a CCS széles körű elterjedését. A CHAdeMO-val ellentétben a CCS-dugó egyetlen porton keresztül teszi lehetővé az egyenáramú és váltakozó áramú töltést, csökkentve a jármű karosszériáján lévő helyet és nyílásokat. Jaguár,

A Volkswagen, a General Motors, a BMW, a Daimler, a Ford, az FCA és a Hyundai támogatja a CCS-t. A Tesla is csatlakozott a koalícióhoz, és 2018 novemberében bejelentette, hogy járműveit Európában CCS töltőportokkal látják el.133 A Chevrolet Bolt és a BMW i3 az Egyesült Államokban a CCS töltést használó népszerű elektromos járművek közé tartozik. Míg a jelenlegi CCS gyorstöltők körülbelül 50 kW-os töltést kínálnak, az Electrify America program 350 kW-os gyorstöltést tartalmaz, amely akár 10 perc alatt is lehetővé teszi a majdnem teljes töltést.

A harmadik töltési szabványt az Egyesült Államokban a Tesla üzemelteti, amely 2012 szeptemberében elindította saját Supercharger hálózatát az Egyesült Államokban.134 Tesla

A feltöltők általában 480 V-on működnek, és legfeljebb 120 kW-os töltést kínálnak. Mint

2019 januárjában a Tesla webhelye 595 Supercharger-telephelyet sorolt ​​fel az Egyesült Államokban, és további 420 hely „hamarosan érkezik”.135 2018 májusában a Tesla azt javasolta, hogy a jövőben akár 350 kW-os teljesítményszintet is elérjenek a Superchargerek.136

A jelentéshez készített kutatásunk során megkérdeztük az amerikai interjúalanyokat, hogy szerintük az egyenáramú gyorstöltésre vonatkozó egységes nemzeti szabvány hiánya akadályozza-e az elektromos járművek bevezetését. Kevesen válaszoltak igennel. Az okok, amelyek miatt több egyenáramú gyorstöltési szabvány nem tekinthető problémának, a következők:

● A legtöbb elektromos töltés otthon és a munkahelyen történik, 1. és 2. szintű töltőkkel.

● A nyilvános és munkahelyi töltési infrastruktúra nagy része eddig 2-es szintű töltőt használt.

● Rendelkezésre állnak olyan adapterek, amelyek lehetővé teszik az elektromos járművek tulajdonosai számára a legtöbb egyenáramú gyorstöltő használatát, még akkor is, ha az elektromos jármű és a töltő eltérő töltési szabványokat használ. (A fő kivétel, a Tesla feltöltőhálózata csak a Tesla járművek számára nyitva áll.) Nevezetesen, a gyorstöltő adapterek biztonságával kapcsolatban vannak aggályok.

● Mivel a dugó és a csatlakozó a gyorstöltő állomások költségének kis százalékát teszi ki, ez kevés műszaki vagy pénzügyi kihívást jelent az állomások tulajdonosai számára, és összehasonlítható az üzemanyagtöltő állomások különböző oktánszámú benzineihez használt tömlőkkel. Sok nyilvános töltőállomáson több csatlakozó található egyetlen töltőponthoz, így bármilyen típusú elektromos jármű tölthet ott. Valójában sok joghatóság megköveteli vagy ösztönzi ezt.ELEKTROMOS JÁRMŰ TÖLTÉSE KÍNABAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBAN

38 | A GLOBÁLIS ENERGIAPOLITIKA KÖZPONTJA | COLUMBIA SIPA

Egyes autógyártók szerint az exkluzív töltőhálózat versenyképes stratégiát jelent. Claas Bracklo, a BMW elektromobilitási részlegének vezetője és a CharIN elnöke 2018-ban kijelentette: „A CharIN-t azért hoztuk létre, hogy hatalmi pozíciót építsünk ki.”137 Sok Tesla-tulajdonos és befektető a szabadalmaztatott feltöltőhálózatát értékesítési pontnak tekinti, bár a Tesla továbbra is kifejezi ezt. hajlandóak más autómodellek is használni a hálózatot, feltéve, hogy a felhasználás arányában járulnak hozzá a finanszírozáshoz.138 A Tesla szintén része a CCS-t népszerűsítő CharIN-nek. 2018 novemberében bejelentette, hogy az Európában értékesített Model 3 autókat CCS-portokkal látják el. A Tesla tulajdonosok adaptereket is vásárolhatnak a CHAdeMO gyorstöltők eléréséhez.139

C. Töltési kommunikációs protokollok A töltési kommunikációs protokollok szükségesek a töltés optimalizálásához a felhasználó igényeihez (a töltöttségi állapot, az akkumulátor feszültség és a biztonság észleléséhez), valamint a hálózathoz (beleértve

az elosztóhálózat kapacitása, a használati idő árazása és a kereslet-válasz intézkedések).140 Kína GB/T és CHAdeMO a CAN néven ismert kommunikációs protokollt használja, míg a CCS a PLC protokollal működik. A nyílt kommunikációs protokollok, mint például az Open Charging Alliance által kifejlesztett Open Charge Point Protocol (OCPP), egyre népszerűbbek az Egyesült Államokban és Európában.

A jelentéshez készült kutatásunkban több amerikai interjúalany politikai prioritásként említette a nyílt kommunikációs protokollok és szoftverek felé való elmozdulást. Konkrétan néhány állami díjszabási projektet, amelyek az amerikai helyreállítási és újrabefektetési törvény (ARRA) alapján kaptak finanszírozást, megemlítették, hogy olyan saját platformokkal rendelkező szállítókat választottak, amelyek később pénzügyi nehézségekkel küzdöttek, és tönkrement berendezéseket hagytak hátra, amelyek cserét igényeltek.141 A legtöbb város, közművek és díjszabás a tanulmányhoz megkeresett hálózatok támogatták a nyílt kommunikációs protokollokat és ösztönzőket, amelyek lehetővé teszik a töltőhálózati gazdagépek zökkenőmentes szolgáltatóváltását.142

D. Költségek

Az otthoni töltők olcsóbbak Kínában, mint az Egyesült Államokban. Kínában egy tipikus 7 kW-os falra szerelhető otthoni töltő 1200 és 1800,143 RMB közötti áron kapható az interneten. A telepítés többletköltséget igényel. (A legtöbb magángépjármű-vásárláshoz töltő és telepítés tartozik.) Az Egyesült Államokban a 2. szintű otthoni töltők ára 450–600 USD, plusz átlagosan nagyjából 500 USD a telepítésért.144 Az egyenáramú gyorstöltő berendezés lényegesen drágább mindkét ország. A költségek nagyon eltérőek. Egy, a jelentéshez megkérdezett kínai szakértő úgy becsülte, hogy egy 50 kW-os egyenáramú gyorstöltő állomás telepítése Kínában általában 45 000 és 60 000 RMB között van, maga a töltőoszlop nagyjából 25 000 RMB – 35 000 RMB, valamint a kábelezés, a földalatti infrastruktúra és a munkaerő elszámolása. a fennmaradó részre.145 Az Egyesült Államokban az egyenáramú gyorstöltés több tízezer dollárba kerülhet postánként. Az egyenáramú gyorstöltő berendezések telepítésének költségeit befolyásoló fő változók közé tartozik az árokásás, a transzformátor korszerűsítése, az új vagy korszerűsített áramkörök és elektromos panelek, valamint az esztétikai fejlesztések szükségessége. További szempontok a jelzések, a fogyatékkal élők engedélyezése és hozzáférése.146

E. Vezeték nélküli töltés

A vezeték nélküli töltés számos előnnyel jár, beleértve az esztétikát, az időmegtakarítást és a könnyű használatot.

Az 1990-es években volt elérhető az EV1 (egy korai elektromos autó) számára, de ma már ritka.147 Az online kínált vezeték nélküli elektromos töltőrendszerek ára 1260 dollártól körülbelül 3000 dollárig terjed.148 A vezeték nélküli elektromos járművek töltése hatékonysági bírságot von maga után, a jelenlegi rendszerek pedig a töltési hatékonyságot körülbelül 85%.149 A jelenlegi vezeték nélküli töltőtermékek 3–22 kW teljesítményátvitelt kínálnak; vezeték nélküli töltők állnak rendelkezésre számos elektromos autó modellhez, akár 3,6 kW-os vagy 7,2 kW-os, akár 3,6 kW-os vagy 7,2 kW-os teljesítményű, ami egyenértékű a 2. szintű töltéssel.150 Míg sok elektromos jármű-felhasználó úgy véli, hogy a vezeték nélküli töltés nem éri meg a többletköltséget,151 egyes elemzők előrejelzései szerint a technológia hamarosan széles körben elterjed. és több autógyártó bejelentette, hogy vezeték nélküli töltést kínál majd opcióként a jövőbeli elektromos járműveken. A vezeték nélküli töltés vonzó lehet bizonyos meghatározott útvonalakkal rendelkező járművek számára, például a nyilvános buszok számára, és javasolták a jövőbeni elektromos autópályák számára is, bár a magas költségek, az alacsony töltési hatékonyság és a lassú töltési sebesség hátrányt jelentene.152

F. Elemcsere

Az akkumulátorcsere technológiájával az elektromos járművek kicserélhetik lemerült akkumulátoraikat teljesen feltöltött akkumulátorokra. Ez jelentősen lerövidítené az elektromos járművek feltöltéséhez szükséges időt, ami jelentős előnyökkel járhat a vezetők számára.

Számos kínai város és vállalat kísérletezik jelenleg az akkumulátorcserével, különös tekintettel a nagy kihasználtságú elektromos járművekre, például a taxikra. Hangzhou város akkumulátorcserét vetett be taxiflottájában, amely helyi gyártmányú Zotye elektromos járműveket használ.155 Peking több akkumulátorcsere állomást épített a helyi autógyártó, a BAIC támogatásával. 2017 végén a BAIC bejelentette, hogy 2021-ig országszerte 3000 csereállomást épít fel.156 A kínai elektromos autókat indító NIO cég akkumulátorcsere technológiát kíván alkalmazni egyes járműveiben, és bejelentette, hogy 1100 csereállomást épít Kínában.157 Több kínai város – köztük Hangzhou és Qingdao – szintén használtak akkumulátorcserét a buszokhoz.158

Az Egyesült Államokban az akkumulátorcserével kapcsolatos vita elhalványult, miután 2013-ban csődbe ment a Project Better Place izraeli akkumulátorcsere-kezdeményezés, amely személygépkocsik csereállomásainak hálózatát tervezett.153 2015-ben a Tesla feladta a csereállomás terveit, miután csak egyet épített. bemutató létesítmény, a fogyasztói érdeklődés hiányát hibáztatva. Az Egyesült Államokban jelenleg kevés kísérlet folyik, ha egyáltalán nem folyik akkumulátorcsere.154 Az akkumulátorköltségek csökkenése, és talán kisebb mértékben az egyenáramú gyorstöltő infrastruktúra kiépítése valószínűleg csökkentette az akkumulátorcsere vonzerejét a világban. Egyesült Államok.

Bár az akkumulátor cseréje számos előnnyel jár, vannak jelentős hátrányai is. Az elektromos járművek akkumulátora nehéz, és jellemzően a jármű alján található, szerves szerkezeti alkatrészt képezve minimális műszaki tűrésekkel a beállításhoz és az elektromos csatlakozásokhoz. A mai akkumulátorok általában hűtést igényelnek, és a hűtőrendszerek csatlakoztatása és leválasztása nehézkes.159 Méretük és súlyuk miatt az akkumulátorrendszereknek tökéletesen illeszkedniük kell, hogy elkerüljék a csörömpölést, csökkentsék a kopást és a jármű közepén maradjanak. A mai elektromos járművekben megszokott gördeszka-akkumulátor-architektúra növeli a biztonságot azáltal, hogy csökkenti a jármű súlypontját, és javítja az ütközésvédelmet elöl és hátul. A csomagtartóban vagy máshol elhelyezett eltávolítható akkumulátorokból ez az előny hiányzik. Mivel a legtöbb járműtulajdonos elsősorban otthon, illELEKTROMOS JÁRMŰ TÖLTÉSE KÍNABAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBANa munkahelyen az akkumulátorcsere nem feltétlenül oldaná meg a töltési infrastruktúra problémáit – csak a nyilvános töltést és a hatótávolságot segítené. És mivel a legtöbb autógyártó nem hajlandó szabványosítani az akkumulátorcsomagokat vagy a konstrukciókat – az autókat az akkumulátorok és a motorok köré tervezték, így ez kulcsfontosságú tulajdoni érték160 –, az akkumulátorcseréhez külön csereállomás-hálózatra lehet szükség minden autógyártó számára, vagy külön csereberendezést a különböző modellekhez és a járművek méretei. Bár javasolták a mobil akkumulátort cserélő teherautókat161, ezt az üzleti modellt még be kell vezetni.