Ev Charger Technologies

Технологиите за зареждане на електромобили в Китай и Съединените щати са като цяло сходни. И в двете страни кабелите и щепселите са преобладаващо доминиращата технология за зареждане на електрически превозни средства. (Безжичното зареждане и смяната на батерията присъстват най-малко в незначителна степен.) Има разлики между двете страни по отношение на нивата на зареждане, стандартите за зареждане и комуникационните протоколи. Тези прилики и разлики са обсъдени по-долу.

А. Нива на зареждане

В Съединените щати голяма част от зареждането на EV се извършва при 120 волта, като се използват немодифицирани домашни контакти. Това обикновено е известно като ниво 1 или „зареждане на капки“. При ниво на зареждане от 1 типична батерия от 30 kWh отнема приблизително 12 часа, за да премине от 20% до почти пълно зареждане. (В Китай няма контакти от 120 волта.)

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

Такова зареждане може да се извърши с немодифицирани контакти или специализирано оборудване за зареждане на EV и обикновено използва около 6–7 kW мощност. При зареждане на 220–240 волта, типична 30 kWh батерия отнема приблизително 6 часа, за да премине от 20% до почти пълно зареждане.

И накрая, както Китай, така и Съединените щати имат нарастващи мрежи от DC бързи зарядни устройства, които обикновено използват 24 kW, 50 kW, 100 kW или 120 kW мощност. Някои станции могат да предложат 350 kW или дори 400 kW мощност. Тези устройства за бързо зареждане с постоянен ток могат да заредят батерията на автомобила от 20% до почти пълно зареждане за времена, вариращи от приблизително един час до само 10 минути.

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

Източник: Министерство на енергетиката на САЩ

B. Стандарти за таксуване

аз Китай

Китай има един национален стандарт за бързо зареждане на EV. САЩ имат три стандарта за бързо зареждане на EV.

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

China GB/T беше пуснат през 2015 г. след няколко години на разработка.124 Вече е задължителен за всички нови електрически превозни средства, продавани в Китай. Международните производители на автомобили, включително Tesla, Nissan и BMW, приеха стандарта GB/T за своите електромобили, продавани в Китай. GB/T в момента позволява бързо зареждане при максимум 237,5 kW мощност (при 950 V и 250 ампера), въпреки че много

Китайските DC бързи зарядни устройства предлагат 50 kW зареждане. Нов GB/T ще бъде пуснат през 2019 или 2020 г., който според съобщенията ще надстрои 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 електромобили, 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 ултра-бързо 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. САЩ

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

CHAdeMO беше първият стандарт за бързо зареждане на EV, датиращ от 2011 г. Разработен е от Токио

Electric Power Company и означава „Charge to Move“ (игра на думи 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 бъдеЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ АВТОМОБИЛИ В КИТАЙ И САЩ

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ФЕВРУАРИ 2019 |

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

През 2016 г. CHAdeMO обяви, че ще надстрои своя стандарт от първоначалната си скорост на зареждане от 70

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

Втори стандарт за зареждане в Съединените щати е известен като CCS или SAE Combo. Пуснат е през 2011 г. от група европейски и американски производители на автомобили. Думатакомбопоказва, че щепселът включва както AC зареждане (при до 43 kW), така и DC зареждане.132 In

Германия, коалицията Charging Interface Initiative (CharIN) беше сформирана, за да се застъпи за широкото приемане на CCS. За разлика от CHAdeMO, CCS щепселът позволява зареждане с постоянен и променлив ток с един порт, намалявайки необходимото пространство и отвори в каросерията на превозното средство. ягуар,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA и Hyundai поддържат CCS. Tesla също се присъедини към коалицията и през ноември 2018 г. обяви, че нейните превозни средства в Европа ще бъдат оборудвани с CCS портове за зареждане.133 Chevrolet Bolt и BMW i3 са сред популярните електромобили в Съединените щати, които използват CCS зареждане. Докато настоящите бързи зарядни устройства CCS предлагат зареждане при около 50 kW, програмата Electrify America включва бързо зареждане от 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 пусна своя собствена мрежа Supercharger в Съединените щати през септември 2012 г.134 Tesla

Суперзарядните устройства обикновено работят при 480 волта и предлагат зареждане при максимум 120 kW. като

от януари 2019 г. уебсайтът на Tesla изброява 595 местоположения за Supercharger в Съединените щати, с допълнителни 420 местоположения „очаквайте скоро“.135 През май 2018 г. Tesla предположи, че в бъдеще нейните Superchargers може да достигнат нива на мощност до 350 kW.136

В нашето изследване за този доклад попитахме интервюираните в САЩ дали считат липсата на единен национален стандарт за бързо зареждане с постоянен ток за пречка за приемането на EV. Малцина отговориха утвърдително. Причините, поради които множество стандарти за бързо зареждане с постоянен ток не се считат за проблем, включват:

● Повечето зареждания на EV се извършват у дома и на работното място със зарядни устройства от ниво 1 и 2.

● Голяма част от инфраструктурата за зареждане на обществени и работни места до момента е използвала зарядни устройства от ниво 2.

● Налични са адаптери, които позволяват на собствениците на електромобили да използват повечето бързи зарядни устройства с постоянен ток, дори ако електромобилът и зарядното устройство използват различни стандарти за зареждане. (Основното изключение, мрежата за суперзареждане на Tesla, е отворена само за превозни средства на Tesla.) Трябва да се отбележи, че има някои опасения относно безопасността на адаптерите за бързо зареждане.

● Тъй като щепселът и съединителят представляват малък процент от цената на станция за бързо зареждане, това представлява малко техническо или финансово предизвикателство за собствениците на станция и може да се сравни с маркучите за различни октанови бензини на бензиностанция. Много обществени станции за зареждане имат множество щепсели, прикрепени към един заряден стълб, което позволява на всеки тип EV да се зарежда там. Всъщност много юрисдикции изискват или стимулират това.ЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ АВТОМОБИЛИ В КИТАЙ И САЩ

38 | ЦЕНТЪР ПО ГЛОБАЛНА ЕНЕРГИЙНА ПОЛИТИКА | COLUMBIA SIPA

Някои производители на автомобили казаха, че изключителната мрежа за зареждане представлява конкурентна стратегия. Клаас Бракло, ръководител на отдела за електромобилност в BMW и председател на CharIN, заяви през 2018 г.: „Ние основахме CharIN, за да изградим позиция на власт.“137 Много собственици и инвеститори на Tesla смятат нейната собствена мрежа за компресори за търговска точка, въпреки че Tesla продължава да изразява желание да позволи на други модели автомобили да използват неговата мрежа, при условие че те дадат финансиране пропорционално на използването.138 Tesla също е част от CharIN насърчаване на 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. Комуникационни протоколи за зареждане Комуникационните протоколи за зареждане са необходими за оптимизиране на зареждането за нуждите на потребителя (за откриване на състояние на зареждане, напрежение на батерията и безопасност) и за мрежата (включително

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

В нашето изследване за този доклад няколко интервюирани от САЩ посочиха преминаването към отворени комуникационни протоколи и софтуер като политически приоритет. По-специално, някои обществени проекти за таксуване, които са получили финансиране съгласно Американския закон за възстановяване и реинвестиране (ARRA), бяха цитирани като избрани доставчици със собствени платформи, които впоследствие са изпитали финансови затруднения, оставяйки повредено оборудване, което изисква подмяна.141 Повечето градове, комунални услуги и зареждане мрежите, с които се свързахме за това проучване, изразиха подкрепа за отворени комуникационни протоколи и стимули, за да се даде възможност на таксуващите мрежови хостове да превключват безпроблемно доставчици.142

Г. Разноски

Домашните зарядни са по-евтини в Китай, отколкото в Съединените щати. В Китай типично 7 kW монтирано на стена домашно зарядно устройство се продава онлайн на цена между 1200 и 1800 RMB.143 Инсталирането изисква допълнителни разходи. (Повечето частни покупки на EV идват с включени зарядно устройство и инсталация.) В Съединените щати домашните зарядни устройства от ниво 2 струват от порядъка на $450-$600 плюс средно около $500 за инсталация.144 Оборудването за бързо зареждане с постоянен ток е значително по-скъпо в двете държави. Разходите варират в широки граници. Един китайски експерт, интервюиран за този доклад, изчисли, че инсталирането на 50 kW пост за бързо зареждане с постоянен ток в Китай обикновено струва между 45 000 и 60 000 RMB, като самият заряден пост представлява приблизително 25 000 – 35 000 RMB и отчитане на кабелите, подземната инфраструктура и труда за остатъка.145 В Съединените щати бързото зареждане с постоянен ток може да струва десетки хиляди долари на публикация. Основните променливи, влияещи върху разходите за инсталиране на оборудване за бързо зареждане с постоянен ток, включват необходимостта от изкопаване, надстройки на трансформатори, нови или надстроени вериги и електрически табла и естетически подобрения. Знаци, разрешителни и достъп за хора с увреждания са допълнителни съображения.146

E. Безжично зареждане

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

Беше наличен през 90-те години на миналия век за EV1 (ранна електрическа кола), но днес е рядкост.147 Системите за безжично EV зареждане, предлагани онлайн, варират на цена от $1260 до около $3000.148 Безжичното EV зареждане носи наказание за 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; безжични зарядни устройства, налични за няколко модела EV от Plugless зареждане с мощност 3,6 kW или 7,2 kW, еквивалентно на зареждане от ниво 2.150 Въпреки че много потребители на EV смятат, че безжичното зареждане не си струва допълнителните разходи,151 някои анализатори прогнозират, че технологията скоро ще бъде широко разпространена, и няколко автомобилни производители обявиха, че ще предложат безжично зареждане като опция за бъдещи електромобили. Безжичното зареждане може да бъде привлекателно за определени превозни средства с определени маршрути, като например обществени автобуси, и също така е предложено за бъдещи електрически магистрали, 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 могат да заменят своите изтощени батерии с други, които са напълно заредени. Това драстично би съкратило времето, необходимо за презареждане на EV, със значителни потенциални ползи за водачите.

Няколко китайски града и компании в момента експериментират със смяна на батерии, като се фокусират върху електромобилите с висока степен на използване на автомобилния парк, като например таксита. Град Ханджоу внедри смяна на батерии за своя таксиметров парк, който използва местно произведени електромобили Zotye.155 Пекин изгради няколко станции за смяна на батерии в опит, подкрепен 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 електромобили NIO планира да приеме технология за смяна на батерии за някои от своите превозни средства и обяви, че ще изгради 1100 станции за смяна в Китай.157 Няколко града в Китай— включително Hangzhou и Qingdao—също са използвали смяна на батерии за автобуси.158

В Съединените щати дискусията за смяна на батерии изчезна след фалита през 2013 г. на израелската стартираща компания за смяна на батерии Project Better Place, която планираше мрежа от станции за смяна на леки автомобили.153 През 2015 г. Tesla се отказа от плановете си за смяна на батерии, след като построи само една демонстрационно съоръжение, обвинявайки липсата на потребителски интерес. Има малко, ако изобщо се провеждат експерименти по отношение на смяната на батерии в Съединените щати днес.154 Спадът в разходите за батерии и може би в по-малка степен внедряването на DC инфраструктура за бързо зареждане вероятно са намалили привлекателността на смяната на батерии в САЩ.

Докато смяната на батерията предлага няколко предимства, тя има и забележителни недостатъци. EV батерията е тежка и обикновено се намира в долната част на превозното средство, образувайки интегрален структурен компонент с минимални инженерни толеранси за подравняване и електрически връзки. Днешните батерии обикновено се нуждаят от охлаждане и свързването и разкачването на охладителните системи е трудно.159 Предвид техния размер и тегло, акумулаторните системи трябва да пасват идеално, за да се избегне тракане, да се намали износването и да се поддържа централно превозно средство. Архитектурата на батериите за скейтборд, често срещана в днешните електромобили, подобрява безопасността чрез понижаване на центъра на тежестта на автомобила и подобряване на защитата при сблъсък отпред и отзад. Сменяемите батерии, разположени в багажника или на друго място, нямат това предимство. Тъй като повечето собственици на превозни средства зареждат основно у дома илиЗАРЯДВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ АВТОМОБИЛИ В КИТАЙ И САЩпо време на работа смяната на батерията не би разрешила непременно проблемите с инфраструктурата за зареждане — това само би помогнало за справяне с публичното зареждане и обхват. И тъй като повечето производители на автомобили не желаят да стандартизират батерии или дизайни – автомобилите са проектирани около своите батерии и двигатели, което прави това ключова собствена стойност160 – 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 на превозните средства. Въпреки че са предложени мобилни камиони за смяна на батерии161, този бизнес модел все още не е внедрен.