Ev Charger Technologies

Tehnologije punjenja električnih vozila u Kini i Sjedinjenim Državama su uglavnom slične. U obje zemlje, kablovi i utikači su dominantna tehnologija za punjenje električnih vozila. (Bežično punjenje i zamjena baterija su uglavnom manje prisutni.) Postoje razlike između dvije zemlje u pogledu nivoa punjenja, standarda punjenja i komunikacijskih protokola. Ove sličnosti i razlike razmatraju se u nastavku.

A. Nivoi punjenja

U Sjedinjenim Državama, veliki dio EV punjenja se odvija na 120 volti pomoću nemodificiranih kućnih zidnih utičnica. Ovo je općenito poznato kao Nivo 1 ili punjenje “kapanjem”. Sa nivoom 1 punjenja, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je oko 12 sati da pređe sa 20% na skoro potpuno punjenje. (U Kini ne postoje utičnice od 120 volti.)

I u Kini i u Sjedinjenim Državama, veliki dio EV punjenja odvija se na 220 volti (Kina) ili 240 volti (SAD). U Sjedinjenim Državama ovo je poznato kao punjenje nivoa 2.

Takvo punjenje se može odvijati s nemodificiranim utičnicama ili specijaliziranom opremom za punjenje EV i obično koristi oko 6-7 kW snage. Kada se puni na 220–240 volti, tipičnoj bateriji od 30 kWh potrebno je oko 6 sati da pređe sa 20% na skoro potpuno punjenje.

Konačno, i Kina i Sjedinjene Države imaju rastuću mrežu DC brzih 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 skoro potpunog punjenja u vremenima u rasponu od otprilike jednog sata do samo 10 minuta.

Tabela 6:Najčešći nivoi punjenja u SAD-u

Izvor: Ministarstvo energetike SAD

B. Standardi naplate

i. Kina

Kina ima jedan nacionalni standard za brzo punjenje EV. SAD imaju tri standarda brzog punjenja EV.

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

China GB/T objavljen je 2015. 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 pri maksimalno 237,5 kW izlazne snage (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 uključio punjenje do 900 kW za veća komercijalna vozila. GB/T je standard samo za Kinu: nekoliko električnih vozila kineske proizvodnje koji se izvoze u inostranstvo koriste druge standarde.125

U avgustu 2018. godine, Kinesko vijeće za električnu energiju (CEC) objavilo je memorandum o razumijevanju sa mrežom CHAdeMO, sa sjedištem u Japanu, kako bi zajednički razvili ultra-brzo punjenje. Cilj je kompatibilnost između GB/T i CHAdeMO za brzo punjenje. Dvije organizacije će se udružiti kako bi proširili standard na zemlje izvan Kine i Japana.126

ii. Sjedinjene Države

U Sjedinjenim Državama postoje tri standarda EV punjenja za brzo punjenje DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo i Tesla.

CHAdeMO je bio prvi standard za brzo punjenje EV, koji datira iz 2011. godine. Razvio ga je Tokio

Electric Power Company i skraćenica je za “Charge to Move” (kazna na japanskom).127 CHAdeMO se trenutno koristi u Sjedinjenim Državama u Nissan Leaf i Mitsubishi Outlander PHEV, koji su među najprodavanijim električnim vozilima. Uspeh Leafa u Sjedinjenim Državama može bitiPUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUAR 2019 |

dijelom zbog Nissanove rane posvećenosti uvođenju infrastrukture za brzo punjenje CHAdeMO u zastupnicima i drugim urbanim lokacijama.128 Od januara 2019. bilo je preko 2.900 brzih punjača CHAdeMO u Sjedinjenim Državama (kao i više od 7.400 u Japanu i 7.900 u Evropi).129

CHAdeMO je 2016. godine najavio da će nadograditi svoj standard sa početne stope punjenja od 70

kW ponuditi 150 kW.130 U junu 2018. CHAdeMO je najavio uvođenje mogućnosti punjenja od 400 kW, koristeći 1.000 V, 400 amp tečno hlađene kablove. Veće punjenje će biti dostupno kako bi se zadovoljile potrebe velikih komercijalnih vozila kao što su kamioni i autobusi.131

Drugi standard punjenja u Sjedinjenim Državama poznat je kao CCS ili SAE Combo. Izdala ga je 2011. godine grupa evropskih i američkih proizvođača automobila. Riječcombooznačava 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, CCS utikač omogućava DC i AC punjenje sa jednim portom, smanjujući prostor i otvore potrebne na karoseriji vozila. jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA i Hyundai podržavaju CCS. Tesla se takođe pridružio koaliciji i u novembru 2018. najavio je da će njena vozila u Evropi biti opremljena CCS portovima za punjenje.133 Chevrolet Bolt i BMW i3 su među popularnim električnim vozilima u Sjedinjenim Državama koji koriste CCS punjenje. Dok sadašnji CCS brzi punjači nude punjenje od oko 50 kW, program Electrify America uključuje brzo punjenje od 350 kW, što može omogućiti skoro potpuno punjenje za samo 10 minuta.

Treći standard punjenja u Sjedinjenim Državama vodi Tesla, koja je u septembru 2012. pokrenula sopstvenu mrežu Supercharger u Sjedinjenim Državama.134 Tesla

Superpunjači obično rade na 480 volti i nude punjenje na maksimalno 120 kW. As

januara 2019. godine, na Teslinoj web stranici navedeno je 595 lokacija Superchargera u Sjedinjenim Državama, s dodatnih 420 lokacija „uskoro“.135 U maju 2018. Tesla je predložila da bi u budućnosti njeni Superchargeri mogli dostići nivoe snage do 350 kW.136

U našem istraživanju za ovaj izvještaj, pitali smo ispitanike u SAD-u da li smatraju da je nedostatak jedinstvenog nacionalnog standarda za brzo punjenje jednosmjernom strujom prepreka za usvajanje EV. Malo je onih koji su odgovorili potvrdno. Razlozi zbog kojih se višestruki standardi brzog punjenja DC ne smatraju problemom uključuju:

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

● Većina javne infrastrukture i infrastrukture za punjenje na radnom mjestu do danas je koristila punjače nivoa 2.

● Dostupni su adapteri koji omogućavaju vlasnicima EV da koriste većinu brzih punjača DC, čak i ako EV i punjač koriste različite standarde punjenja. (Glavni izuzetak, Tesla mreža supercharginga, otvorena je samo za Teslina vozila.) Naročito, postoje određene zabrinutosti oko sigurnosti adaptera za brzo punjenje.

● Pošto utikač i konektor predstavljaju mali procenat troškova stanice za brzo punjenje, ovo predstavlja mali tehnički ili finansijski izazov za vlasnike stanica i može se uporediti sa crevima za različite oktanske benzine na pumpi. Mnoge javne stanice za punjenje imaju više utikača spojenih na jedan stub za punjenje, što omogućava punjenje bilo koje vrste EV. 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 rekli su da ekskluzivna mreža za punjenje predstavlja konkurentsku strategiju. Claas Bracklo, šef elektromobilnosti u BMW-u i predsjednik CharIN-a, izjavio je 2018. godine: „Osnovali smo CharIN kako bismo izgradili poziciju moći.“137 Mnogi vlasnici Tesle i investitori smatraju njenu vlasničku mrežu superpunjača prodajnom tačkom, iako Tesla i dalje izražava spremnost da se dozvoli drugim modelima automobila da koriste svoju mrežu pod uslovom da doprinose finansiranju proporcionalno upotrebi.138 Tesla je takođe deo CharIN-a koji promoviše CCS. U novembru 2018. objavila je da će automobili modela 3 koji se prodaju u Evropi biti opremljeni CCS priključcima. Vlasnici Tesle također mogu kupiti adaptere za pristup CHAdeMO brzim punjačima.139

C. Komunikacijski protokoli punjenja Komunikacijski protokoli punjenja neophodni su za optimizaciju punjenja za potrebe korisnika (za otkrivanje stanja napunjenosti, napona baterije i sigurnosti) i za mrežu (uključujući

Kapacitet distributivne mreže, cene vremena korišćenja i mere odgovora na potražnju).140 Kina GB/T i CHAdeMO koriste komunikacioni protokol poznat kao CAN, dok CCS radi sa PLC protokolom. Otvoreni komunikacijski protokoli, kao što je Open Charge Point Protocol (OCPP) koji je razvila Open Charging Alliance, postaju sve popularniji u Sjedinjenim Državama i Evropi.

U našem istraživanju za ovaj izvještaj, nekoliko američkih intervjuisanih navelo je prelazak na otvorene komunikacijske protokole i softver kao prioritet politike. Konkretno, navodi se da su neki projekti javnog punjenja koji su dobili sredstva u skladu sa Američkim zakonom o oporavku i ponovnom ulaganju (ARRA) odabrali dobavljače sa vlasničkim platformama koje su kasnije doživjele finansijske poteškoće, ostavljajući pokvarenu opremu koja je zahtijevala zamjenu.141 Većina gradova, komunalnih preduzeća i punjenja mreže koje su kontaktirane za ovu studiju izrazile su podršku otvorenim komunikacijskim protokolima i poticaje kako bi omogućili naplatu mrežnih hostova za neprimetnu promjenu provajdera.142

D. Troškovi

Kućni punjači su jeftiniji u Kini nego u Sjedinjenim Državama. U Kini, tipičan zidni kućni punjač od 7 kW se prodaje na mreži za između 1.200 i 1.800.143 RMB. Instalacija zahteva dodatne troškove. (Većina privatnih EV kupovina dolazi sa uključenim punjačem i instalacijom.) U Sjedinjenim Državama, kućni punjači nivoa 2 koštaju u rasponu od 450 do 600 dolara, plus u prosjeku oko 500 dolara za instalaciju. 144 DC oprema za brzo punjenje znatno je skuplja u obe zemlje. Troškovi se veoma razlikuju. Jedan kineski stručnjak intervjuiran za ovaj izvještaj procijenio je da instaliranje 50 kW DC posta za brzo punjenje u Kini obično košta između 45.000 RMB i 60.000 RMB, pri čemu sama stanica za punjenje iznosi otprilike 25.000 RMB – 35.000 RMB i kabliranje, podzemna infrastruktura i radni račun za ostatak.145 U Sjedinjenim Državama, DC brzo punjenje može koštati desetine hiljada dolara po postu. Glavne varijable koje utječu na cijenu instaliranja opreme za brzo punjenje jednosmjernom strujom uključuju potrebu za rovovima, nadogradnjom transformatora, novim ili nadograđenim krugovima i električnim pločama i estetskim nadogradnjama. Oznake, dozvole i pristup za osobe sa 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 EV sistemi za punjenje koji se nude na mreži kreću se u rasponu cijena od 1.260 do oko 3.000 dolara. oko 85%.149 Trenutni proizvodi za bežično punjenje nude prijenos snage od 3–22 kW; bežični punjači dostupni za nekoliko modela EV od Plugless punjenja od 3,6 kW ili 7,2 kW, što je ekvivalentno punjenju nivoa 2.150 Iako 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 najavilo je da će ponuditi bežično punjenje kao opciju na budućim električnim vozilima. Bežično punjenje bi moglo biti atraktivno za određena vozila sa definisanim rutama, kao što su javni autobusi, a predloženo je i za buduće trake na električnim autoputevima, iako bi visoki troškovi, niska efikasnost punjenja i spore brzine punjenja bili nedostaci.152

F. Zamjena baterija

Uz tehnologiju zamjene baterija, električna vozila mogu zamijeniti svoje istrošene baterije za druge koje su potpuno napunjene. Ovo bi dramatično skratilo vrijeme potrebno za punjenje električnog vozila, sa značajnim potencijalnim prednostima za vozače.

Nekoliko kineskih gradova i kompanija trenutno eksperimentira sa zamjenom baterija, s fokusom na vozila flote visoke iskoristivosti, poput taksija. Grad Hangzhou je postavio zamjenu baterija za svoju taksi flotu, koja koristi lokalno proizvedena Zotye EV.155 Peking je izgradio nekoliko stanica za zamjenu baterija u nastojanju koje je podržao lokalni proizvođač automobila BAIC. Krajem 2017. godine, BAIC je najavio plan za izgradnju 3.000 stanica za zamjenu u cijeloj zemlji do 2021.156 Kineski EV startup 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—takođe su koristili zamjenu baterija za autobuse.158

U Sjedinjenim Državama, rasprava o zamjeni baterija izblijedila je nakon bankrota izraelskog pokretača za zamjenu baterija Project Better Place 2013., koji je planirao mrežu stanica za zamjenu za putničke automobile.153 Tesla je 2015. odustao od svojih planova za zamjenu baterija nakon što je izgradio samo jednu demonstracioni objekat, okrivljujući nedostatak interesa potrošača. U Sjedinjenim Državama danas je u toku nekoliko eksperimenata u vezi sa zamjenom baterija.154 Pad troškova baterija, a možda i u manjoj mjeri uvođenje infrastrukture za brzo punjenje jednosmjernom strujom, vjerovatno su smanjili privlačnost zamjene baterija u Sjedinjene Države.

Iako zamjena baterija nudi nekoliko prednosti, ima i značajne nedostatke. EV baterija je teška i obično se nalazi na dnu vozila, čineći integralnu strukturnu komponentu sa minimalnim inženjerskim tolerancijama za poravnanje i električne veze. Današnje baterije obično zahtevaju hlađenje, a povezivanje i odvajanje sistema za hlađenje je teško.159 S obzirom na njihovu veličinu i težinu, sistemi baterija moraju savršeno da se uklapaju kako bi se izbeglo zveckanje, smanjilo habanje i držalo vozilo u centru. Arhitektura baterija za skejtbord uobičajena u današnjim električnim vozilima poboljšava sigurnost spuštanjem centra težine vozila i poboljšanjem zaštite od sudara sprijeda i pozadi. Uklonjivim baterijama koje se nalaze u prtljažniku ili drugdje ne bi nedostajala ova prednost. Budući da većina vlasnika vozila naplaćuje uglavnom kod kuće iliPUNJENJE ELEKTRIČNIH VOZILA U KINI I SJEDINJENIM DRŽAVAMAna poslu, zamjena baterija ne bi nužno riješila probleme infrastrukture punjenja – samo bi pomogla u rješavanju javnog punjenja i dometa. A budući da većina proizvođača automobila ne želi standardizirati pakete baterija ili dizajn – automobili su dizajnirani oko njihovih baterija i motora, što ovo čini ključnom vlasničkom vrijednošću160 – zamjena baterija može zahtijevati zasebnu mrežu stanica za zamjenu za svaku automobilsku kompaniju ili zasebnu opremu za zamjenu za različite modele i veličine vozila. Iako su predloženi kamioni za zamjenu mobilnih baterija,161 ovaj poslovni model tek treba da se implementira.