Технологии за зарядни устройства за електрически превозни средства

Технологиите за зареждане на електрически превозни средства в Китай и Съединените щати са до голяма степен сходни. И в двете страни кабелите и щепселите са изключително доминиращата технология за зареждане на електрически превозни средства. (Безжичното зареждане и смяната на батерии имат най-много минимално присъствие.) Има разлики между двете страни по отношение на нивата на зареждане, стандартите за зареждане и комуникационните протоколи. Тези прилики и разлики са разгледани по-долу.

A. Нива на зареждане

В Съединените щати голяма част от зареждането на електрически превозни средства се извършва на 120 волта, използвайки немодифицирани домашни контакти. Това е известно като зареждане от ниво 1 или „маточно“ зареждане. При зареждане от ниво 1, типичната батерия с капацитет 30 kWh се нуждае от приблизително 12 часа, за да се зареди от 20% до почти пълно зареждане. (В Китай няма контакти на 120 волта.)

Както в Китай, така и в Съединените щати, голяма част от зареждането на електрически превозни средства се извършва на 220 волта (Китай) или 240 волта (САЩ). В Съединените щати това е известно като зареждане от ниво 2.

Такова зареждане може да се осъществи с немодифицирани контакти или специализирано оборудване за зареждане на електрически превозни средства и обикновено използва около 6–7 kW мощност. При зареждане на 220–240 волта, типична батерия с капацитет 30 kWh се нуждае от приблизително 6 часа, за да се зареди от 20% до почти пълно зареждане.

И накрая, както Китай, така и Съединените щати имат разрастващи се мрежи от бързи зарядни устройства с постоянен ток, обикновено използващи 24 kW, 50 kW, 100 kW или 120 kW мощност. Някои станции могат да предлагат 350 kW или дори 400 kW мощност. Тези бързи зарядни устройства с постоянен ток могат да заредят батерията на превозното средство от 20% до почти пълно зареждане за време от приблизително един час до едва 10 минути.

Таблица 6:Най-често срещаните нива на зареждане в САЩ

Източник: Министерство на енергетиката на САЩ

Б. Стандарти за таксуване

i. Китай

Китай има един национален стандарт за бързо зареждане на електрически превозни средства. САЩ имат три стандарта за бързо зареждане на електрически превозни средства.

Китайският стандарт е известен като China GB/T. (ИнициалитеGBозначава национален стандарт.)

Стандартът GB/T в Китай беше пуснат през 2015 г. след няколко години на разработка.124 Сега той е задължителен за всички нови електрически превозни средства, продавани в Китай. Международни автомобилни производители, включително Tesla, Nissan и BMW, са приели стандарта GB/T за своите електрически превозни средства, продавани в Китай. GB/T в момента позволява бързо зареждане с максимална мощност от 237,5 kW (при 950 V и 250 ампера), въпреки че много...

Китайските бързи зарядни устройства с постоянен ток предлагат зареждане с мощност 50 kW. През 2019 или 2020 г. ще бъде пуснат нов GB/T, който според съобщенията ще подобри стандарта, за да включва зареждане до 900 kW за по-големи търговски превозни средства. GB/T е стандарт само за Китай: малкото произведени в Китай електрически превозни средства, изнасяни в чужбина, използват други стандарти.125

През август 2018 г. Китайският съвет по електроенергия (CEC) обяви меморандум за разбирателство с мрежата CHAdeMO, базирана в Япония, за съвместно разработване на ултрабързо зареждане. Целта е съвместимост между GB/T и CHAdeMO за бързо зареждане. Двете организации ще си партнират за разширяване на стандарта в страни извън Китай и Япония.126

ii. Съединени щати

В Съединените щати има три стандарта за бързо зареждане на електрически превозни средства с постоянен ток: CHAdeMO, CCS SAE Combo и Tesla.

CHAdeMO беше първият стандарт за бързо зареждане на електрически превозни средства, датиращ от 2011 г. Той беше разработен от Токио

Electric Power Company и е съкращение от „Charge to Move“ (каламбур на японски).127 CHAdeMO в момента се използва в Съединените щати в Nissan Leaf и Mitsubishi Outlander PHEV, които са сред най-продаваните електрически превозни средства. Успехът на Leaf в Съединените щати може да бъде...ЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА В КИТАЙ И САЩ

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ФЕВРУАРИ 2019 |

отчасти поради ранния ангажимент на Nissan да внедри инфраструктура за бързо зареждане CHAdeMO в дилърства и други градски места.128 Към януари 2019 г. в Съединените щати е имало над 2900 бързи зарядни устройства CHAdeMO (както и над 7400 в Япония и 7900 в Европа).129

През 2016 г. CHAdeMO обяви, че ще подобри стандарта си от първоначалната си тарифа за таксуване от 70

kW ще предлага 150 kW.130 През юни 2018 г. CHAdeMO обяви въвеждането на капацитет за зареждане от 400 kW, използвайки кабели с течно охлаждане от 1000 V и 400 ампера. По-високата мощност на зареждане ще бъде налична, за да отговори на нуждите на големи търговски превозни средства като камиони и автобуси.131

Вторият стандарт за зареждане в Съединените щати е известен като CCS или SAE Combo. Той беше пуснат през 2011 г. от група европейски и американски автомобилни производители. Думата...комбопоказва, че щепселът е едновременно захранващ с променливотоково зареждане (до 43 kW) и захранващ с постоянен ток.132 In

В Германия беше сформирана коалицията Charging Interface Initiative (CharIN), за да се застъпи за широкото приемане на CCS. За разлика от CHAdeMO, щепселът CCS позволява зареждане с постоянен и променлив ток с един порт, намалявайки пространството и отворите, необходими за каросерията на автомобила. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA и Hyundai подкрепят CCS. Tesla също се присъедини към коалицията и през ноември 2018 г. обяви, че автомобилите ѝ в Европа ще бъдат оборудвани с портове за зареждане CCS.133 Chevrolet Bolt и BMW i3 са сред популярните електрически превозни средства в Съединените щати, които използват зареждане CCS. Докато настоящите бързи зарядни устройства CCS предлагат зареждане с мощност около 50 kW, програмата Electrify America включва бързо зареждане с мощност 350 kW, което може да позволи почти пълно зареждане само за 10 минути.

Третият стандарт за зареждане в Съединените щати се управлява от Tesla, която стартира собствена мрежа от Supercharger в Съединените щати през септември 2012 г.134 Tesla

Компресорите обикновено работят на 480 волта и предлагат зареждане с максимална мощност от 120 kW.

През януари 2019 г. уебсайтът на Tesla изброява 595 локации с компресори в Съединените щати, като допълнителни 420 локации „ще бъдат публикувани скоро“.135 През май 2018 г. Tesla предположи, че в бъдеще нейните компресори могат да достигнат мощност до 350 kW.136

В нашето проучване за този доклад попитахме интервюираните в САЩ дали смятат липсата на единен национален стандарт за бързо зареждане с постоянен ток за пречка пред приемането на електрически превозни средства. Малцина отговориха утвърдително. Причините, поради които множеството стандарти за бързо зареждане с постоянен ток не се считат за проблем, включват:

● Повечето зареждане на електрически превозни средства се извършва у дома и на работното място, със зарядни устройства от ниво 1 и 2.

● Голяма част от обществената и работната зарядна инфраструктура до момента е използвала зарядни устройства от ниво 2.

● Предлагат се адаптери, които позволяват на собствениците на електрически превозни средства да използват повечето бързи зарядни устройства с постоянен ток, дори ако електрическото превозно средство и зарядното устройство използват различни стандарти за зареждане. (Основното изключение, мрежата за свръхзареждане на Tesla, е отворена само за автомобили Tesla.) Важно е да се отбележи, че има някои опасения относно безопасността на адаптерите за бързо зареждане.

● Тъй като щепселът и конекторът представляват малък процент от цената на станция за бързо зареждане, това представлява малко техническо или финансово предизвикателство за собствениците на станции и може да се сравни с маркучите за бензини с различно октаново число на бензиностанция. Много обществени зарядни станции имат множество щепсели, свързани към един заряден пост, което позволява зареждането на всякакъв тип електрически превозни средства там. Всъщност много юрисдикции изискват или стимулират това.ЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА В КИТАЙ И САЩ

38 | ЦЕНТЪР ПО ГЛОБАЛНА ЕНЕРГИЙНА ПОЛИТИКА | КОЛУМБИЯ SIPA

Някои производители на автомобили заявиха, че ексклузивната мрежа за зареждане представлява конкурентна стратегия. Клаас Бракло, ръководител на отдела за електромобилност в BMW и председател на CharIN, заяви през 2018 г.: „Основахме CharIN, за да изградим позиция на власт.“137 Много собственици и инвеститори на Tesla смятат собствената мрежа от компресори за продажбен аргумент, въпреки че Tesla продължава да изразява готовност да позволи на други модели автомобили да използват мрежата ѝ, при условие че те допринасят с финансиране, пропорционално на потреблението.138 Tesla също е част от CharIN, която промотира CCS. През ноември 2018 г. компанията обяви, че автомобилите Model 3, продавани в Европа, ще бъдат оборудвани с CCS портове. Собствениците на Tesla могат също да закупят адаптери за достъп до бързи зарядни устройства CHAdeMO.139

C. Протоколи за комуникация при зареждане Протоколите за комуникация при зареждане са необходими за оптимизиране на зареждането според нуждите на потребителя (за откриване на състоянието на заряд, напрежението на батерията и безопасността) и за мрежата (включително

капацитет на разпределителната мрежа, ценообразуване според времето на ползване и мерки за реагиране на търсенето).140 Китай GB/T и CHAdeMO използват комуникационен протокол, известен като CAN, докато CCS работи с PLC протокола. Отворените комуникационни протоколи, като например Open Charge Point Protocol (OCPP), разработен от Open Charging Alliance, стават все по-популярни в Съединените щати и Европа.

В нашето проучване за този доклад, няколко интервюирани от САЩ посочиха преминаването към отворени комуникационни протоколи и софтуер като политически приоритет. По-специално, някои проекти за обществено зареждане, получили финансиране по Закона за възстановяване и реинвестиране в Америка (ARRA), бяха посочени като избрани доставчици със собствени платформи, които впоследствие са изпитали финансови затруднения, оставяйки повредено оборудване, което е изисквало подмяна.141 Повечето градове, комунални услуги и мрежи за зареждане, с които се свързахме за това проучване, изразиха подкрепа за отворени комуникационни протоколи и стимули, които да позволят на хостовете на мрежи за зареждане безпроблемно да сменят доставчиците си.142

Г. Разходи

Домашните зарядни устройства са по-евтини в Китай, отколкото в Съединените щати. В Китай типично 7 kW стенно зарядно устройство за дома се продава онлайн на цена между 1200 и 1800 RMB.143 Инсталацията изисква допълнителни разходи. (Повечето частни покупки на електрически превозни средства се предлагат с включени зарядно устройство и инсталация.) В Съединените щати домашните зарядни устройства от ниво 2 струват в диапазона от 450 до 600 долара, плюс средно около 500 долара за инсталация.144 Оборудването за бързо зареждане с постоянен ток е значително по-скъпо и в двете страни. Цените варират значително. Един китайски експерт, интервюиран за този доклад, изчисли, че инсталирането на 50 kW DC бърза зарядна станция в Китай обикновено струва между 45 000 и 60 000 RMB, като самата зарядна станция струва приблизително 25 000 – 35 000 RMB, а окабеляването, подземната инфраструктура и трудът представляват останалата част.145 В Съединените щати DC бързото зареждане може да струва десетки хиляди долари на станция. Основните променливи, влияещи върху разходите за инсталиране на оборудване за бързо зареждане с постоянен ток, включват необходимостта от изкопаване на траншеи, подобрения на трансформаторите, нови или подобрени вериги и електрически табла, както и естетически подобрения. Допълнителни съображения трябва да се вземат предвид при обозначенията, разрешителните и достъпът за хора с увреждания.146

Д. Безжично зареждане

Безжичното зареждане предлага няколко предимства, включително естетика, спестяване на време и лекота на използване.

Предлагаше се през 90-те години на миналия век за EV1 (ранен електрически автомобил), но днес е рядкост.147 Безжичните системи за зареждане на електрически превозни средства, предлагани онлайн, варират в цената от 1260 до около 3000 долара.148 Безжичното зареждане на електрически превозни средства е свързано с по-ниска ефективност, като настоящите системи предлагат ефективност на зареждане от около 85%.149 Настоящите продукти за безжично зареждане предлагат пренос на мощност от 3–22 kW; безжичните зарядни устройства, предлагани за няколко модела електрически превозни средства, варират от Plugless charge с мощност 3,6 kW или 7,2 kW, еквивалентна на зареждане от ниво 2.150 Докато много потребители на електрически превозни средства смятат, че безжичното зареждане не си струва допълнителните разходи,151 някои анализатори прогнозират, че технологията скоро ще бъде широко разпространена, а няколко производители на автомобили обявиха, че ще предлагат безжично зареждане като опция за бъдещи електрически превозни средства. Безжичното зареждане може да бъде привлекателно за определени превозни средства с определени маршрути, като например обществени автобуси, а също така е предложено и за бъдещи електрически магистрални ленти, въпреки че високата цена, ниската ефективност на зареждане и бавните скорости на зареждане биха били недостатъци.152

F. Смяна на батерията

С технологията за смяна на батерии, електрическите превозни средства биха могли да заменят изтощените си батерии с други, които са напълно заредени. Това би съкратило драстично времето, необходимо за презареждане на електромобил, със значителни потенциални ползи за шофьорите.

Няколко китайски града и компании в момента експериментират със смяна на батерии, с фокус върху електрически превозни средства с висока степен на използване, като например таксита. Град Ханджоу е въвел смяна на батерии за своя таксиметров парк, който използва местно произведени електрически превозни средства Zotye.155 Пекин е построил няколко станции за смяна на батерии в рамките на усилията, подкрепени от местния автомобилен производител BAIC. В края на 2017 г. BAIC обяви план за изграждане на 3000 станции за смяна в цялата страна до 2021 г.156 Китайският стартъп за електрически превозни средства NIO планира да внедри технология за смяна на батерии за някои от своите превозни средства и обяви, че ще построи 1100 станции за смяна в Китай.157 Няколко града в Китай, включително Ханджоу и Кингдао, също са използвали смяна на батерии за автобуси.158

В Съединените щати дискусията за смяната на батерии затихна след фалита през 2013 г. на израелския стартъп за смяна на батерии Project Better Place, който планираше мрежа от станции за смяна на леки автомобили.153 През 2015 г. Tesla се отказа от плановете си за станции за смяна, след като построи само едно демонстрационно съоръжение, обвинявайки липсата на потребителски интерес. Днес в Съединените щати има малко или никакви експерименти, провеждани по отношение на смяната на батерии.154 Спадът в цените на батериите и може би в по-малка степен разполагането на инфраструктура за бързо зареждане с постоянен ток вероятно са намалили привлекателността на смяната на батерии в Съединените щати.

Въпреки че смяната на батерията предлага няколко предимства, тя има и съществени недостатъци. Батерията на електрическото превозно средство е тежка и обикновено се намира в долната част на превозното средство, образувайки неразделна структурна част с минимални инженерни допуски за подравняване и електрически връзки. Днешните батерии обикновено изискват охлаждане, а свързването и разкачването на охладителните системи е трудно.159 Предвид техния размер и тегло, батерийните системи трябва да пасват перфектно, за да се избегне тракане, да се намали износването и да се поддържа превозното средство центрирано. Архитектурата на батериите тип „скейтборд“, често срещана в днешните електрически превозни средства, подобрява безопасността, като понижава центъра на теглото на превозното средство и подобрява защитата при сблъсък отпред и отзад. Сменяемите батерии, разположени в багажника или другаде, биха имали това предимство. Тъй като повечето собственици на превозни средства зареждат главно у дома или...ЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА В КИТАЙ И САЩНа практика смяната на батерии не би решила непременно проблемите с инфраструктурата за зареждане — тя би помогнала само за справяне с обществените зарядни станции и пробега. И тъй като повечето автомобилни производители не желаят да стандартизират батериите или дизайна им — автомобилите са проектирани около своите батерии и двигатели, което прави това ключова собствена ценност160 — смяната на батерии може да изисква отделна мрежа от станции за смяна за всяка автомобилна компания или отделно оборудване за смяна за различни модели и размери превозни средства. Въпреки че са предложени мобилни камиони за смяна на батерии,161 този бизнес модел все още не е внедрен.