Ev Charger Technologies

Az elektromos járművek töltési technológiái Kínában és az Egyesült Államokban nagyrészt hasonlóak. Mindkét országban a kábelek és a csatlakozók a domináns technológia az elektromos járművek töltésére. (A vezeték nélküli töltés és az akkumulátorcsere legfeljebb kisebb 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 töltésének nagy része 120 volton történik, módosítatlan otthoni fali aljzatokból. Ezt általában 1. szintű vagy „csepptöltésnek” nevezik. 1. szintű töltéssel egy tipikus 30 kWh-s akkumulátor körülbelül 12 óra alatt töltődik fel 20%-ról majdnem teljes töltöttségre. (Kínában nincsenek 120 voltos aljzatok.)

Kínában és az Egyesült Államokban is az elektromos járművek töltésének nagy része 220 volton (Kína) vagy 240 volton (Egyesült Államok) történik. Az Egyesült Államokban ezt 2. szintű töltésnek nevezik.

Az ilyen töltés módosítatlan aljzatokkal vagy speciális elektromos jármű töltőberendezésekkel történhet, és jellemzően körülbelül 6-7 kW teljesítményt igényel. 220-240 voltos töltés esetén egy tipikus 30 kWh-s akkumulátor körülbelül 6 óra alatt töltődik fel 20%-ról majdnem teljes töltöttségre.

Végül, mind Kínában, mind az Egyesült Államokban egyre bővülő egyenáramú gyorstöltők hálózata működik, 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 teljes töltöttségre tudják tölteni nagyjából egy óra és akár 10 perc között.

6. táblázat:A leggyakoribb töltési szintek az Egyesült Államokban

Forrás: Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma

B. Töltési szabványok

i. Kína

Kínában egyetlen országos elektromosjármű-gyorstöltési szabvány működik. Az Egyesült Államokban három.

A kínai szabvány China GB/T néven ismert. (A rövidítésekGBa nemzeti szabványt jelentik.)

A China GB/T szabványt 2015-ben mutatták be több évnyi fejlesztés után.124 Most már kötelező az összes Kínában értékesített új elektromos jármű számára. A nemzetközi autógyártók, köztük a Tesla, a Nissan és a BMW, átvették a GB/T szabványt a Kínában értékesített elektromos járműveikhez. A GB/T jelenleg maximum 237,5 kW teljesítményű gyorstöltést tesz lehetővé (950 V és 250 amper esetén), bár sok...

A kínai egyenáramú gyorstöltők 50 kW-os töltést kínálnak. 2019-ben vagy 2020-ban megjelenik egy új GB/T, amely állítólag frissíti a szabványt, és lehetővé teszi a nagyobb haszongépjárművek akár 900 kW-os töltését is. A GB/T egy kizárólag Kínában érvényes szabvány: a külföldre exportált néhány kínai gyártású elektromos jármű más szabványokat használ.125

2018 augusztusában a Kínai Villamosenergia-tanács (CEC) egyetértési megállapodást jelentett be a japán székhelyű CHAdeMO hálózattal az ultragyors töltés közös fejlesztéséről. A cél a GB/T és a CHAdeMO kompatibilitása a gyorstöltés érdekében. A két szervezet együttműködik a szabvány Kínán és Japánon túli országokra való kiterjesztése érdekében.126

ii. Egyesült Államok

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

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

Az Electric Power Company a „Charge to Move” (japán szójáték) rövidítése.127 A CHAdeMO-t jelenleg az Egyesült Államokban a Nissan Leaf és a Mitsubishi Outlander PHEV modellekben használják, amelyek a legkelendőbb elektromos járművek közé tartoznak. A Leaf sikere az Egyesült Államokban valószínűleg...ELEKTROMOS JÁRMŰVEK TÖLTÉSE KÍNÁBAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBAN

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | 2019. FEBRUÁR |

részben a Nissan korai kötelezettségvállalásának köszönhetően, hogy CHAdeMO gyorstöltő infrastruktúrát telepítsen a márkakereskedésekben és más városi helyszíneken.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 a kezdeti 70-es töltési díjról frissíti a szabványát.

kW-tal 150 kW-ot kínálnak.130 2018 júniusában a CHAdeMO bejelentette a 400 kW-os töltési képesség bevezetését, 1000 V-os, 400 amperes folyadékhűtéses kábelek használatával. A nagyobb töltési teljesítmény a nagy haszongépjárművek, például teherautók és buszok igényeinek kielégítésére lesz elérhető.131

Az Egyesült Államokban egy második töltési szabványt CCS-nek vagy SAE Combo-nak neveznek. Ezt a szót 2011-ben adta ki egy európai és amerikai autógyártókból álló csoport.kombinációazt jelzi, hogy a csatlakozódugó váltakozó áramú (akár 43 kW-ig) és egyenáramú töltést is tartalmaz.132 hüvelyk

Németországban megalakult a Charging Interface Initiative (CharIN) koalíció, hogy a CCS széles körű elterjedését szorgalmazza. A CHAdeMO-val ellentétben a CCS csatlakozó egyetlen porton keresztül lehetővé teszi az egyenáramú és a váltóáramú töltést, csökkentve a jármű karosszériáján szükséges helyet és nyílásokat. Jaguar,

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 európai járművei CCS töltőportokkal lesznek felszerelve.133 A Chevrolet Bolt és a BMW i3 az Egyesült Államokban népszerű, CCS töltést használó elektromos járművek közé tartozik. Míg a jelenlegi CCS gyorstöltők körülbelül 50 kW-os töltést kínálnak, az Electrify America program 350 kW-os gyorstöltést is tartalmaz, amely akár 10 perc alatt is lehetővé teheti a majdnem teljes töltést.

Az Egyesült Államok harmadik töltési szabványát a Tesla üzemelteti, amely 2012 szeptemberében indította el saját, szabadalmaztatott Supercharger hálózatát az Egyesült Államokban.134 Tesla

A feltöltők jellemzően 480 volton működnek, és maximum 120 kW teljesítménnyel képesek tölteni.

2019 januárjában a Tesla weboldala 595 Supercharger helyszínt sorolt ​​fel az Egyesült Államokban, és további 420 helyszín „hamarosan” nyílik.135 2018 májusában a Tesla azt sugallta, hogy a jövőben Superchargerei akár a 350 kW teljesítményszintet is elérhetik.136

A jelentésünkhöz kapcsolódó kutatásunkban amerikai interjúalanyokat kérdeztünk arról, hogy szerintük az egyenáramú gyorstöltésre vonatkozó egységes nemzeti szabvány hiánya akadályt jelent-e az elektromos járművek elterjedésében. Kevesen válaszoltak igennel. Az okok, amiért a több egyenáramú gyorstöltési szabvány nem tekinthető problémának, többek között a következők:

● Az elektromos járművek töltése többnyire otthon és a munkahelyen történik, 1. és 2. szintű töltőkkel.

● A nyilvános és munkahelyi töltőinfrastruktúra nagy része eddig 2. szintű töltőket használt.

● Kaphatóak olyan adapterek, amelyek lehetővé teszik az elektromos jármű tulajdonosok 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 kompresszoros hálózata, amely csak a Tesla járművek számára nyitott.) Figyelemre méltó, hogy a gyorstöltő adapterek biztonságával kapcsolatban aggályok merültek fel.

● Mivel a csatlakozó és a gyorstöltő állomás költségének kis százalékát teszi ki, ez kevés technikai vagy pénzügyi kihívást jelent a töltőállomás-tulajdonosok számára, és összehasonlítható a különböző oktánszámú benzinek tömlőivel egy benzinkúton. Sok nyilvános töltőállomáson több csatlakozó található egyetlen töltőoszlophoz csatlakoztatva, lehetővé téve bármilyen típusú elektromos jármű töltését ott. Valójában sok joghatóság megköveteli vagy ösztönzi ezt.ELEKTROMOS JÁRMŰVEK TÖLTÉSE KÍNÁBAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBAN

38 | GLOBÁLIS ENERGIAPOLITIKAI KÖZPONT | COLUMBIA SIPA

Néhány autógyártó szerint egy exkluzív töltőhálózat versenyképes stratégiát képvisel. Claas Bracklo, a BMW elektromobilitásért felelős vezetője és a CharIN elnöke 2018-ban kijelentette: „Azért alapítottuk a CharIN-t, hogy hatalmi pozíciót építsünk ki.”137 Sok Tesla-tulajdonos és -befektető a saját fejlesztésű kompresszoros hálózatát értékesítési pontnak tekinti, bár a Tesla továbbra is kifejezi hajlandóságát arra, hogy más autómodellek is használhassák a hálózatát, feltéve, hogy a használattal arányosan hozzájárulnak a finanszírozáshoz.138 A Tesla a CharIN tagja is, amely a CCS-t népszerűsíti. 2018 novemberében bejelentette, hogy az Európában értékesített Model 3 autók CCS-portokkal lesznek felszerelve. 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 igényei (a töltöttségi állapot, az akkumulátor feszültségének és biztonságának érzékelése) és a hálózat (beleértve a

elosztóhálózat kapacitása, felhasználási idő alapú árképzés és keresletoldali válaszintézkedések).140 Kína A GB/T és a 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 jelentésünkhöz kapcsolódó kutatásunkban számos amerikai interjúalany említette a nyílt kommunikációs protokollok és szoftverek felé való elmozdulást szakpolitikai prioritásként. Különösen néhány, az amerikai gazdaságélénkítési és újrabefektetési törvény (ARRA) keretében finanszírozásban részesült nyilvános töltési projektről számoltak be, amelyek saját platformmal rendelkező szállítókat választottak, de később pénzügyi nehézségekbe ütköztek, ami miatt a berendezések meghibásodtak, és cserére szorultak.141 A tanulmány keretében megkeresett városok, közművek és töltési hálózatok többsége kifejezte támogatását a nyílt kommunikációs protokollok és az olyan ösztönzők iránt, amelyek lehetővé teszik a töltési hálózatok üzemeltetői számára a zökkenőmentes szolgáltatóváltást.142

D. Költségek

Kínában az otthoni töltők olcsóbbak, mint az Egyesült Államokban. Kínában egy tipikus 7 kW-os fali otthoni töltő online ára 1200 és 1800 RMB között mozog.143 A telepítés többletköltségeket igényel. (A legtöbb magán elektromos jármű vásárlásakor a töltő és a telepítés is benne van az árban.) Az Egyesült Államokban a 2. szintű otthoni töltők ára 450-600 dollár között mozog, plusz átlagosan körülbelül 500 dollár a telepítésért.144 Az egyenáramú gyorstöltő berendezések mindkét országban jelentősen drágábbak. A költségek nagymértékben eltérnek. Egy, a jelentéshez megkérdezett kínai szakértő becslése szerint egy 50 kW-os egyenáramú gyorstöltő állomás telepítése Kínában jellemzően 45 000 és 60 000 RMB között kerül, maga a töltőállomás nagyjából 25 000 - 35 000 RMB-t tesz ki, a fennmaradó részt pedig a kábelezés, a földalatti infrastruktúra és a munkaerő.145 Az Egyesült Államokban az egyenáramú gyorstöltés állomásonként több tízezer dollárba is kerülhet. Az egyenáramú gyorstöltő berendezések telepítésének költségeit befolyásoló főbb változók közé tartozik az árokásás, a transzformátorok korszerűsítése, az új vagy korszerűsített áramkörök és elektromos panelek, valamint az esztétikai korszerűsítések szükségessége. További szempontok a jelzések, az engedélyezés és a fogyatékkal élők számára való hozzáférés.146

E. Vezeték nélküli töltés

A vezeték nélküli töltés számos előnnyel jár, többek között az esztétikával, az időmegtakarítással és a könnyű használattal.

Az 1990-es években elérhető volt az EV1-hez (egy korai elektromos autóhoz), de ma már ritka.147 Az online kínált vezeték nélküli elektromos autó töltőrendszerek ára 1260 és körülbelül 3000 dollár között mozog.148 A vezeték nélküli elektromos autó töltés hatékonysági veszteséggel jár, a jelenlegi rendszerek körülbelül 85%-os töltési hatékonyságot kínálnak.149 A jelenlegi vezeték nélküli töltőtermékek 3–22 kW teljesítményátvitelt kínálnak; a vezeték nélküli töltők számos elektromos autómodellhez kaphatók Plugless töltés esetén 3,6 kW vagy 7,2 kW teljesítménnyel, ami 2. szintű töltéssel egyenértékű.150 Míg sok elektromos autó felhasználó úgy gondolja, hogy a vezeték nélküli töltés nem éri meg a többletköltségeket,151 egyes elemzők előrejelzése szerint a technológia hamarosan széles körben elterjed, és számos autógyártó bejelentette, hogy a jövőbeli elektromos autópályákon opcióként kínálja majd a vezeték nélküli töltést. A vezeték nélküli töltés vonzó lehet bizonyos, meghatározott útvonalakon közlekedő járművek, például a tömegközlekedési buszok számára, és a jövőbeli elektromos autópálya-sávokhoz is javasolták, bár a magas költségek, az alacsony töltési hatékonyság és a lassú töltési sebesség hátrányok lennének.152

F. Akkumulátorcsere

Az akkumulátorcsere-technológiának köszönhetően az elektromos járművek lemerült akkumulátoraikat teljesen feltöltött akkumulátorokra cserélhetnék. Ez drámaian lerövidítené az elektromos járművek újratöltéséhez szükséges időt, ami jelentős előnyökkel járna a vezetők számára.

Számos kínai város és vállalat kísérletezik jelenleg az akkumulátorcserével, különös tekintettel a nagy kihasználtságú elektromos járműflottákra, például a taxikra. Hangcsou városa bevezette az akkumulátorcserét taxiflottájához, amely helyben gyártott Zotye elektromos járműveket használ.155 Peking több akkumulátorcsere-állomást épített a helyi BAIC autógyártó támogatásával. 2017 végén a BAIC bejelentette, hogy 2021-ig országszerte 3000 akkumulátorcsere-állomást kíván építeni.156 A kínai elektromos jármű startup, a NIO, azt tervezi, hogy akkumulátorcsere-technológiát alkalmaz egyes járműveinél, és bejelentette, hogy 1100 akkumulátorcsere-állomást épít Kínában.157 Kína számos városa – köztük Hangcsou és Csingtao – buszokhoz is alkalmazta az akkumulátorcserét.158

Az Egyesült Államokban az akkumulátorcseréről szóló viták elhalványultak az izraeli akkumulátorcsere-startup, a Project Better Place 2013-as csődjét követően, amely személygépkocsik akkumulátorcsere-állomásainak hálózatát tervezte.153 2015-ben a Tesla felhagyott a csereállomás-terveivel, miután csak egyetlen demonstrációs létesítményt épített, a fogyasztói érdeklődés hiányára hivatkozva. Napjainkban az Egyesült Államokban kevés, vagy egyáltalán nincs folyamatban kísérlet az akkumulátorcserével kapcsolatban.154 Az akkumulátorköltségek csökkenése, és talán kisebb mértékben az egyenáramú gyorstöltő infrastruktúra kiépítése valószínűleg csökkentette az akkumulátorcsere vonzerejét az Egyesült Államokban.

Bár az akkumulátorcsere számos előnnyel jár, jelentős hátrányai is vannak. Az elektromos járművek akkumulátora nehéz, és jellemzően a jármű alján található, szerves szerkezeti elemet képezve, minimális mérnöki tűréshatárokkal az illesztés és az elektromos csatlakozások tekintetében. 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 zörgést, csökkentsék a kopást és a jármű középen maradjanak. A mai elektromos járművekben elterjedt gördeszka-akkumulátor-architektúra javítja a biztonságot azáltal, hogy lejjebb helyezi a jármű súlypontját, és javítja az ütközésvédelmet elöl és hátul. A csomagtartóban vagy máshol elhelyezett kivehető akkumulátorok nem rendelkeznek ezzel az előnnyel. Mivel a legtöbb járműtulajdonos főként otthon vagy...ELEKTROMOS JÁRMŰVEK TÖLTÉSE KÍNÁBAN ÉS AZ EGYESÜLT ÁLLAMOKBANA munkahelyen az akkumulátorcsere nem feltétlenül oldaná meg a töltőinfrastruktúra problémáit – csak a nyilvános töltés és a hatótávolság problémájában segítene. És mivel a legtöbb autógyártó nem hajlandó szabványosítani az akkumulátorcsomagokat vagy a kialakításokat – az autókat az akkumulátorok és a motorok köré tervezik, így ez egy kulcsfontosságú szabadalmaztatott érték160 –, az akkumulátorcseréhez külön csereállomás-hálózatra lehet szükség minden autógyártó számára, vagy külön csereberendezésre a különböző modellekhez és méretű járművekhez. Bár javasolták a mobil akkumulátorcserélő teherautókat,161 ezt az üzleti modellt még nem valósították meg.