Tehnologije za punjenje električnih vozila

Tehnologije punjenja električnih vozila u Kini i Sjedinjenim Američkim Državama su uglavnom slične. U obje zemlje, kablovi i utikači su pretežno dominantna tehnologija za punjenje električnih vozila. (Bežično punjenje i zamjena baterija imaju najviše manju zastupljenost.) Postoje razlike između dvije zemlje u pogledu nivoa punjenja, standarda punjenja i komunikacijskih protokola. Ove sličnosti i razlike su razmotrene u nastavku.

A. Nivoi punjenja

U Sjedinjenim Američkim Državama, veliki dio punjenja električnih vozila odvija se na 120 volti korištenjem nemodificiranih kućnih zidnih utičnica. Ovo je općenito poznato kao punjenje nivoa 1 ili "trošenje". Kod punjenja nivoa 1, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je otprilike 12 sati da se od 20% napuni do gotovo potpunog punjenja. (U Kini nema utičnica od 120 volti.)

I u Kini i u Sjedinjenim Američkim Državama, veliki dio punjenja električnih vozila odvija se na 220 volti (Kina) ili 240 volti (Sjedinjene Američke Države). U Sjedinjenim Američkim Državama, ovo je poznato kao punjenje nivoa 2.

Takvo punjenje može se odvijati pomoću nemodificiranih utičnica ili specijalizirane opreme za punjenje električnih vozila i obično koristi oko 6-7 kW snage. Prilikom punjenja na 220-240 volti, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je otprilike 6 sati da se napuni od 20% do gotovo potpunog punjenja.

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

Tabela 6:Najčešći nivoi punjenja u SAD-u

Izvor: Ministarstvo energetike SAD-a

B. Standardi naplate

i. Kina

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

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

Kineski GB/T standard je objavljen 2015. godine 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 GB/T standard za svoja električna vozila koja se prodaju u Kini. GB/T trenutno omogućava brzo punjenje s maksimalnom snagom od 237,5 kW (na 950 V i 250 ampera), iako mnogi

Kineski DC brzi punjači nude punjenje od 50 kW. Novi GB/T će biti objavljen 2019. ili 2020. godine, koji će navodno nadograditi standard kako bi uključivao punjenje do 900 kW za veća komercijalna vozila. GB/T je standard samo za Kinu: nekoliko električnih vozila proizvedenih u Kini koja se izvoze u inostranstvo koriste druge standarde.125

U augustu 2018. godine, Kinesko vijeće za električnu energiju (CEC) objavilo je memorandum o razumijevanju s mrežom CHAdeMO, sa sjedištem u Japanu, o zajedničkom razvoju ultrabrzog 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. Sjedinjene Američke Države

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

CHAdeMO je bio prvi standard brzog punjenja električnih vozila, koji datira iz 2011. godine. Razvio ga je Tokio.

Electric Power Company i skraćenica je za „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 | FEBRUAR 2019. |

dijelom zbog Nissanove rane obaveze da uvede CHAdeMO infrastrukturu za brzo punjenje u prodajnim salonima i drugim urbanim lokacijama.128 Od januara 2019. godine, u Sjedinjenim Američkim Državama bilo je preko 2.900 CHAdeMO brzih punjača (kao i više od 7.400 u Japanu i 7.900 u Evropi).129

CHAdeMO je 2016. godine najavio da će unaprijediti svoj standard sa početne stope naplate od 70.

kW će ponuditi 150 kW.130 U junu 2018. godine, CHAdeMO je najavio uvođenje kapaciteta punjenja od 400 kW, koristeći kablove sa tečnim hlađenjem od 1.000 V i 400 ampera. Jače punjenje će biti dostupno kako bi se zadovoljile potrebe velikih komercijalnih vozila poput kamiona i autobusa.131

Drugi standard punjenja u Sjedinjenim Američkim Državama poznat je kao CCS ili SAE Combo. Objavila ga je 2011. godine grupa evropskih i američkih proizvođača automobila. Riječ...kombinacijaoznačava da utikač sadrži i AC punjenje (do 43 kW) i DC punjenje.132 In

U Njemačkoj je formirana koalicija Charging Interface Initiative (CharIN) kako bi se zalagala za široko usvajanje CCS-a. Za razliku od CHAdeMO-a, CCS utikač omogućava DC i AC punjenje 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 pridružila koaliciji i u novembru 2018. godine objavila je da će njena vozila u Evropi 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 trenutni 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.

Treći standard punjenja u Sjedinjenim Državama koristi Tesla, koja je pokrenula vlastitu mrežu Supercharger u Sjedinjenim Državama u septembru 2012.134 Tesla

Superpunjači obično rade na 480 volti i nude punjenje maksimalnom snagom od 120 kW.

Od januara 2019. godine, na Teslinoj web stranici navedeno je 595 lokacija za punjenje kompresorima u Sjedinjenim Državama, a dodatnih 420 lokacija „uskoro“.135 U maju 2018. godine, Tesla je nagovijestila da bi u budućnosti njeni kompresori mogli dostići nivo snage i do 350 kW.136

U našem istraživanju za ovaj izvještaj, pitali smo ispitanike iz SAD-a da li smatraju da je nedostatak jedinstvenog nacionalnog standarda za brzo punjenje istosmjernom strujom prepreka usvajanju električnih vozila. Malo njih je potvrdno odgovorilo. Razlozi zašto se višestruki standardi za brzo punjenje istosmjernom strujom ne smatraju problemom uključuju:

● Većina punjenja električnih vozila odvija se kod kuće i na poslu, punjačima nivoa 1 i 2.

● Veliki dio javne i radne infrastrukture za punjenje do danas koristio je punjače nivoa 2.

● Dostupni su adapteri koji omogućavaju vlasnicima električnih vozila da koriste većinu DC brzih punjača, čak i ako električno vozilo i punjač koriste različite standarde punjenja. (Glavni izuzetak, Teslina mreža za superpunjenje, otvorena je samo za Tesla vozila.) Posebno je važno napomenuti da postoje određene zabrinutosti u vezi sa sigurnošću adaptera za brzo punjenje.

● Budući da utikač i konektor predstavljaju mali postotak cijene stanice za brzo punjenje, ovo predstavlja mali tehnički ili finansijski izazov za vlasnike stanica i moglo bi se uporediti s crijevima za benzine različitih oktana na benzinskoj pumpi. Mnoge javne stanice za punjenje imaju više utikača priključenih na jedno mjesto za punjenje, što omogućava punjenje bilo koje vrste električnog vozila tamo. Zaista, mnoge jurisdikcije to zahtijevaju ili podstiču.PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

38 | CENTAR ZA GLOBALNU ENERGETSKU POLITIKU | COLUMBIA SIPA

Neki proizvođači automobila su rekli da ekskluzivna mreža za punjenje predstavlja konkurentsku strategiju. Claas Bracklo, šef odjela za elektromobilnost u BMW-u i predsjednik CharIN-a, izjavio je 2018. godine: „Osnovali smo CharIN kako bismo izgradili poziciju moći.“137 Mnogi vlasnici i investitori Tesle smatraju njenu vlasničku mrežu superpunjača prodajnom prednosti, iako Tesla i dalje izražava spremnost da dozvoli drugim modelima automobila da koriste njenu mrežu pod uslovom da doprinesu finansiranjem proporcionalno korištenju.138 Tesla je također dio CharIN-a koji promoviše CCS. U novembru 2018. godine, objavila je da će automobili Model 3 koji se prodaju u Evropi biti opremljeni CCS priključcima. Vlasnici Tesle također mogu kupiti adaptere za pristup CHAdeMO brzim punjačima.139

C. Protokoli komunikacije pri punjenju Protokoli komunikacije pri punjenju su neophodni za optimizaciju punjenja za potrebe korisnika (za detekciju stanja napunjenosti, napona baterije i sigurnosti) i za mrežu (uključujući

kapacitet distributivne mreže, određivanje cijena na osnovu vremena korištenja i mjere odgovora na potražnju).140 Kineski 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 Evropi.

U našem istraživanju za ovaj izvještaj, nekoliko ispitanika iz SAD-a navelo je prelazak na otvorene komunikacijske protokole i softver kao politički prioritet. Konkretno, za neke projekte javnih naplatnih stanica koji su dobili finansiranje u okviru Zakona o američkom oporavku i reinvestiranju (ARRA) navedeno je da su odabrali dobavljače s vlasničkim platformama koji su potom imali finansijske poteškoće, ostavljajući pokvarenu opremu koja je zahtijevala zamjenu.141 Većina gradova, komunalnih preduzeća i mreža za punjenje kontaktiranih za ovu studiju izrazila je podršku otvorenim komunikacijskim protokolima i podsticajima kako bi se omogućilo domaćinima mreža za punjenje da nesmetano promijene dobavljače.142

D. Troškovi

Kućni punjači su jeftiniji u Kini nego u Sjedinjenim Američkim Državama. U Kini, tipični zidni kućni punjač od 7 kW prodaje se online za cijenu između 1.200 i 1.800 RMB.143 Instalacija zahtijeva dodatne troškove. (Većina privatnih kupovina električnih vozila dolazi s uključenim punjačem i instalacijom.) U Sjedinjenim Američkim Državama, kućni punjači nivoa 2 koštaju u rasponu od 450 do 600 dolara, plus u prosjeku oko 500 dolara za instalaciju.144 Oprema za brzo DC punjenje je znatno skuplja u obje zemlje. Troškovi uveliko variraju. Jedan kineski stručnjak intervjuisan za ovaj izvještaj procijenio je da instaliranje DC brzog punjača od 50 kW u Kini obično košta između 45.000 i 60.000 RMB, pri čemu sam punjač košta otprilike 25.000 - 35.000 RMB, a kabliranje, podzemna infrastruktura i rad ostatak.145 U Sjedinjenim Američkim Državama, DC brzo punjenje može koštati desetine hiljada dolara po punjaču. Glavne varijable koje utiču na troškove instaliranja opreme za brzo punjenje istosmjernom strujom uključuju potrebu za iskopavanje rovova, nadogradnju transformatora, nova ili nadograđena kola i električne ploče te estetska poboljšanja. Oznake, dozvole i pristup za osobe s invaliditetom su dodatna 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 je danas rijedak.147 Bežični sistemi za punjenje električnih vozila koji se nude online kreću se po cijeni od 1.260 do oko 3.000 dolara.148 Bežično punjenje električnih vozila nosi kaznu u efikasnosti, pri čemu trenutni sistemi nude efikasnost punjenja od oko 85%.149 Trenutni proizvodi za bežično punjenje nude prijenos snage od 3-22 kW; bežični punjači dostupni za nekoliko modela električnih vozila od Plugless charge od 3,6 kW ili 7,2 kW, što je ekvivalentno punjenju nivoa 2.150 Dok mnogi korisnici električnih vozila smatraju da bežično punjenje nije vrijedno dodatnih troškova,151 neki analitičari predviđaju da će tehnologija uskoro biti široko rasprostranjena, a nekoliko proizvođača automobila je najavilo da će ponuditi bežično punjenje kao opciju na budućim električnim vozilima. Bežično punjenje moglo bi biti atraktivno za određena vozila s definiranim rutama, kao što su javni autobusi, a predloženo je i za buduće trake električnih autoputeva, iako bi visoka cijena, niska efikasnost punjenja i spore brzine punjenja bili nedostaci.152

F. Zamjena baterija

S tehnologijom zamjene baterija, električna vozila bi mogla zamijeniti svoje istrošene baterije drugima koje su potpuno napunjene. To bi dramatično skratilo vrijeme potrebno za punjenje električnog vozila, sa značajnim potencijalnim koristima za vozače.

Nekoliko kineskih gradova i kompanija trenutno eksperimentiše sa zamjenom baterija, s fokusom na električna vozila s visokom iskorištenošću, poput taksija. Grad Hangzhou je uveo zamjenu baterija za svoju flotu taksija, koja koristi lokalno proizvedena Zotye električna vozila.155 Peking je izgradio nekoliko stanica za zamjenu baterija u nastojanju koji podržava lokalni proizvođač automobila BAIC. Krajem 2017. godine, BAIC je najavio plan za izgradnju 3.000 stanica za zamjenu širom zemlje do 2021. godine.156 Kineski startup za električna vozila NIO planira usvojiti tehnologiju zamjene baterija za neka od svojih vozila i najavio je da će izgraditi 1.100 stanica za zamjenu u Kini.157 Nekoliko gradova u Kini, uključujući Hangzhou i Qingdao, također je koristilo zamjenu baterija za autobuse.158

U Sjedinjenim Američkim Državama, diskusija o zamjeni baterija je izblijedjela nakon bankrota izraelskog startupa za zamjenu baterija Project Better Place 2013. godine, koji je planirao mrežu stanica za zamjenu za putničke automobile.153 Tesla je 2015. godine odustala od svojih planova za stanice za zamjenu nakon što je izgradila samo jedan demonstracijski objekt, okrivljavajući nedostatak interesa potrošača. Danas u Sjedinjenim Američkim Državama postoji malo ili nimalo eksperimenata u vezi sa zamjenom baterija.154 Pad troškova baterija, a možda u manjoj mjeri i postavljanje infrastrukture za brzo punjenje istosmjernom strujom, vjerovatno su smanjili privlačnost zamjene baterija u Sjedinjenim Američkim Državama.

Iako zamjena baterija nudi nekoliko prednosti, ima i značajne nedostatke. Baterija električnog vozila je teška i obično se nalazi na dnu vozila, formirajući integralnu strukturnu komponentu s minimalnim inženjerskim tolerancijama za poravnanje i električne veze. Današnje baterije obično zahtijevaju hlađenje, a spajanje i odspajanje sistema za hlađenje je teško.159 S obzirom na njihovu veličinu i težinu, sistemi baterija moraju savršeno pristajati kako bi se izbjeglo zveckanje, smanjilo habanje i vozilo ostalo centrirano. Arhitektura baterija za skejtbord, uobičajena u današnjim električnim vozilima, poboljšava sigurnost snižavanjem težišta vozila i poboljšanjem zaštite od sudara sprijeda i pozadi. Izmjenjive baterije koje se nalaze u prtljažniku ili negdje drugdje ne bi imale ovu prednost. Budući da se većina vlasnika vozila puni uglavnom kod kuće ili...PUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMANa poslu, zamjena baterija ne bi nužno riješila probleme s infrastrukturom za punjenje - to bi samo pomoglo u rješavanju javnih punjača 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 bi mogla zahtijevati zasebnu mrežu stanica za zamjenu za svaku automobilsku kompaniju ili zasebnu opremu za zamjenu za različite modele i veličine vozila. Iako su predloženi mobilni kamioni za zamjenu baterija,161 ovaj poslovni model još nije implementiran.