Technológie nabíjačiek elektromobilov

Technológie nabíjania elektromobilov v Číne a Spojených štátoch sú si vo všeobecnosti podobné. V oboch krajinách sú káble a zástrčky prevažne dominantnou technológiou na nabíjanie elektromobilov. (Bezdrôtové nabíjanie a výmena batérií sú zastúpené nanajvýš zanedbateľne.) Medzi týmito dvoma krajinami existujú rozdiely, pokiaľ ide o úrovne nabíjania, štandardy nabíjania a komunikačné protokoly. Tieto podobnosti a rozdiely sú uvedené nižšie.

A. Úrovne nabitia

V Spojených štátoch sa veľká časť nabíjania elektromobilov vykonáva pri 120 voltoch pomocou neupravených domácich zásuviek. Toto sa všeobecne nazýva nabíjanie úrovne 1 alebo „udržiavacie“ nabíjanie. Pri nabíjaní úrovne 1 trvá typickej batérii s kapacitou 30 kWh približne 12 hodín, kým sa z 20 % nabije takmer na plné nabitie. (V Číne nie sú žiadne 120-voltové zásuvky.)

V Číne aj v Spojených štátoch sa veľká časť nabíjania elektromobilov vykonáva pri napätí 220 voltov (Čína) alebo 240 voltov (Spojené štáty). V Spojených štátoch sa to nazýva nabíjanie úrovne 2.

Takéto nabíjanie sa môže vykonávať pomocou neupravených zásuviek alebo špecializovaného nabíjacieho zariadenia pre elektromobily a zvyčajne spotrebuje približne 6 – 7 kW energie. Pri nabíjaní pri napätí 220 – 240 voltov trvá typickej 30 kWh batérii približne 6 hodín, kým sa z 20 % nabije takmer na plné nabitie.

Čína aj Spojené štáty majú rastúce siete rýchlonabíjačiek s jednosmerným prúdom, ktoré bežne využívajú výkon 24 kW, 50 kW, 100 kW alebo 120 kW. Niektoré stanice môžu ponúkať výkon 350 kW alebo dokonca 400 kW. Tieto rýchlonabíjačky s jednosmerným prúdom dokážu nabiť batériu vozidla z 20 % na takmer plné nabitie za približne jednu hodinu až 10 minút.

Tabuľka 6:Najbežnejšie úrovne nabitia v USA

Zdroj: Ministerstvo energetiky USA

B. Normy spoplatňovania

i. Čína

Čína má jeden celoštátny štandard rýchleho nabíjania elektromobilov. USA majú tri štandardy rýchleho nabíjania elektromobilov.

Čínsky štandard je známy ako China GB/T. (IniciályGBznamená národný štandard.)

Čínska norma GB/T bola vydaná v roku 2015 po niekoľkých rokoch vývoja.124 Teraz je povinná pre všetky nové elektrické vozidlá predávané v Číne. Medzinárodní výrobcovia automobilov vrátane spoločností Tesla, Nissan a BMW prijali normu GB/T pre svoje elektromobily predávané v Číne. GB/T v súčasnosti umožňuje rýchle nabíjanie s maximálnym výkonom 237,5 kW (pri 950 V a 250 ampéroch), hoci mnohé

Čínske rýchlonabíjačky s jednosmerným prúdom ponúkajú nabíjanie s výkonom 50 kW. Nová GB/T bude uvedená na trh v roku 2019 alebo 2020 a údajne rozšíri štandard o nabíjanie väčších úžitkových vozidiel s výkonom až 900 kW. GB/T je štandard určený len pre Čínu: niekoľko elektromobilov vyrobených v Číne vyvážaných do zahraničia používa iné štandardy.125

V auguste 2018 Čínska rada pre elektrinu (CEC) oznámila memorandum o porozumení so sieťou CHAdeMO so sídlom v Japonsku o spoločnom vývoji ultrarýchleho nabíjania. Cieľom je kompatibilita medzi GB/T a CHAdeMO pre rýchle nabíjanie. Obe organizácie budú spolupracovať na rozšírení štandardu do krajín mimo Číny a Japonska.126

ii. Spojené štáty

V Spojených štátoch existujú tri štandardy nabíjania elektromobilov pre rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom: CHAdeMO, CCS SAE Combo a Tesla.

CHAdeMO bol prvý štandard rýchleho nabíjania elektromobilov z roku 2011. Vyvinula ho spoločnosť Tokio.

Electric Power Company a je skratkou pre „Charge to Move“ (slovná hračka v japončine).127 CHAdeMO sa v súčasnosti používa v Spojených štátoch v modeloch Nissan Leaf a Mitsubishi Outlander PHEV, ktoré patria medzi najpredávanejšie elektrické vozidlá. Úspech modelu Leaf v Spojených štátoch môže byťNABÍJANIE ELEKTROMOBILOV V ČÍNE A SPOJENÝCH ŠTÁTOCH

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUÁR 2019 |

čiastočne kvôli skorému záväzku spoločnosti Nissan zaviesť infraštruktúru rýchlonabíjacích staníc CHAdeMO v predajniach a iných mestských lokalitách.128 V januári 2019 bolo v Spojených štátoch viac ako 2 900 rýchlonabíjačiek CHAdeMO (ako aj viac ako 7 400 v Japonsku a 7 900 v Európe).129

V roku 2016 spoločnosť CHAdeMO oznámila, že zvýši svoj štandard spoplatnenia z pôvodnej sadzby 70.

kW ponúkne 150 kW.130 V júni 2018 spoločnosť CHAdeMO oznámila zavedenie nabíjacej kapacity 400 kW s použitím kvapalinou chladených káblov s napätím 1 000 V a prúdom 400 ampérov. Vyšší nabíjací výkon bude k dispozícii na uspokojenie potrieb veľkých úžitkových vozidiel, ako sú nákladné vozidlá a autobusy.131

Druhý štandard nabíjania v Spojených štátoch je známy ako CCS alebo SAE Combo. Bol uvedený na trh v roku 2011 skupinou európskych a amerických výrobcov automobilov. SlovokombináciaZnamená to, že zástrčka obsahuje nabíjanie striedavým prúdom (do 43 kW) aj jednosmerným prúdom.132 V

V Nemecku bola vytvorená koalícia Charging Interface Initiative (CharIN) s cieľom presadzovať široké prijatie CCS. Na rozdiel od CHAdeMO umožňuje zástrčka CCS nabíjanie jednosmerným aj striedavým prúdom pomocou jedného portu, čím sa znižuje priestor a otvory potrebné na karosérii vozidla. Jaguar,

Spoločnosti Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA a Hyundai podporujú CCS. Tesla sa tiež pridala ku koalícii a v novembri 2018 oznámila, že jej vozidlá v Európe budú vybavené nabíjacími portami CCS.133 Medzi populárne elektromobily v Spojených štátoch, ktoré využívajú nabíjanie CCS, patria Chevrolet Bolt a BMW i3. Zatiaľ čo súčasné rýchlonabíjačky CCS ponúkajú nabíjanie s výkonom okolo 50 kW, program Electrify America zahŕňa rýchle nabíjanie s výkonom 350 kW, ktoré by umožnilo takmer úplné nabitie už za 10 minút.

Tretí štandard nabíjania v Spojených štátoch prevádzkuje spoločnosť Tesla, ktorá v septembri 2012 spustila vlastnú sieť supernabíjacích staníc v Spojených štátoch.134 Tesla

Kompresory zvyčajne pracujú na 480 voltoch a ponúkajú nabíjanie s maximálnym výkonom 120 kW.

V januári 2019 webová stránka spoločnosti Tesla uvádzala 595 nabíjacích staníc Supercharger v Spojených štátoch a ďalších 420 staníc „bude čoskoro k dispozícii“.135 V máji 2018 spoločnosť Tesla naznačila, že jej nabíjacie stanice Supercharger by v budúcnosti mohli dosiahnuť výkon až 350 kW.136

V našom výskume pre túto správu sme sa respondentov z USA pýtali, či považujú absenciu jednotného národného štandardu pre rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom za prekážku prijatia elektromobilov. Len málo z nich odpovedalo kladne. Medzi dôvody, prečo sa viacero štandardov pre rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom nepovažuje za problém, patria:

● Väčšina nabíjania elektromobilov sa uskutočňuje doma a v práci pomocou nabíjačiek úrovne 1 a 2.

● Veľká časť verejnej a pracovnej nabíjacej infraštruktúry doteraz používala nabíjačky úrovne 2.

● K dispozícii sú adaptéry, ktoré umožňujú majiteľom elektromobilov používať väčšinu rýchlonabíjačiek s jednosmerným prúdom, a to aj v prípade, že elektromobil a nabíjačka používajú odlišné štandardy nabíjania. (Hlavnou výnimkou je sieť supernabíjacích staníc Tesla, ktorá je otvorená iba pre vozidlá Tesla.) Predovšetkým existujú určité obavy týkajúce sa bezpečnosti rýchlonabíjacích adaptérov.

● Keďže zástrčka a konektor predstavujú malé percento nákladov na rýchlonabíjaciu stanicu, nepredstavujú pre majiteľov staníc žiadnu technickú ani finančnú výzvu a možno ich porovnať s hadicami pre benzíny s rôznym oktánovým číslom na čerpacej stanici. Mnohé verejné nabíjacie stanice majú viacero zástrčiek pripojených k jednému nabíjaciemu miestu, čo umožňuje nabíjanie akéhokoľvek typu elektromobilu. V skutočnosti to mnohé jurisdikcie vyžadujú alebo podporujú.NABÍJANIE ELEKTROMOBILOV V ČÍNE A SPOJENÝCH ŠTÁTOCH

38 | CENTRUM PRE GLOBÁLNU ENERGETICKÚ POLITIKU | COLUMBIA SIPA

Niektorí výrobcovia automobilov uviedli, že exkluzívna nabíjacia sieť predstavuje konkurenčnú stratégiu. Claas Bracklo, vedúci oddelenia elektromobility v spoločnosti BMW a predseda predstavenstva spoločnosti CharIN, v roku 2018 uviedol: „Založili sme CharIN, aby sme si vybudovali mocenskú pozíciu.“137 Mnohí majitelia a investori spoločnosti Tesla považujú jej vlastnú sieť kompresorových nabíjačiek za predajný argument, hoci Tesla naďalej vyjadruje ochotu umožniť iným modelom automobilov využívať jej sieť za predpokladu, že prispejú finančnými prostriedkami úmerne k spotrebe.138 Tesla je tiež súčasťou CharIN, ktorá propaguje CCS. V novembri 2018 oznámila, že automobily Model 3 predávané v Európe budú vybavené portami CCS. Majitelia vozidiel Tesla si tiež môžu zakúpiť adaptéry pre prístup k rýchlonabíjačkám CHAdeMO.139

C. Protokoly komunikácie pri nabíjaní Protokoly komunikácie pri nabíjaní sú potrebné na optimalizáciu nabíjania pre potreby používateľa (na detekciu stavu nabitia, napätia batérie a bezpečnosti) a pre sieť (vrátane

kapacita distribučnej siete, ceny podľa času používania a opatrenia v reakcii na dopyt).140 Čína GB/T a CHAdeMO používajú komunikačný protokol známy ako CAN, zatiaľ čo CCS pracuje s protokolom PLC. Otvorené komunikačné protokoly, ako napríklad Open Charge Point Protocol (OCPP) vyvinutý organizáciou Open Charging Alliance, sa stávajú čoraz populárnejšími v Spojených štátoch a Európe.

V našom výskume pre túto správu niekoľko respondentov z USA uviedlo prechod na otvorené komunikačné protokoly a softvér ako politickú prioritu. Najmä niektoré projekty verejných nabíjacích staníc, ktoré získali finančné prostriedky v rámci zákona o obnove a reinvestíciách v Amerike (ARRA), boli označené za projekty, pri ktorých si boli vybratí dodávatelia s proprietárnymi platformami, ktorí následne mali finančné ťažkosti, čo malo za následok pokazené zariadenia, ktoré si vyžadovali výmenu.141 Väčšina miest, verejnoprospešných podnikov a nabíjacích sietí oslovených v rámci tejto štúdie vyjadrila podporu otvoreným komunikačným protokolom a stimulom, ktoré umožnia hostiteľom nabíjacích sietí bezproblémovo meniť poskytovateľov.142

D. Náklady

Domáce nabíjačky sú v Číne lacnejšie ako v Spojených štátoch. V Číne sa typická 7 kW nástenná domáca nabíjačka predáva online za cenu od 1 200 do 1 800 RMB.143 Inštalácia si vyžaduje dodatočné náklady. (Väčšina súkromných nákupov elektromobilov je dodávaná s nabíjačkou a inštaláciou.) V Spojených štátoch stoja domáce nabíjačky úrovne 2 v rozmedzí 450 až 600 dolárov plus priemerná cena za inštaláciu približne 500 dolárov.144 Zariadenia na rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom sú v oboch krajinách výrazne drahšie. Náklady sa značne líšia. Jeden čínsky expert, s ktorým sme viedli rozhovory pre túto správu, odhadol, že inštalácia 50 kW rýchlonabíjacej stanice jednosmerným prúdom v Číne zvyčajne stojí 45 000 až 60 000 RMB, pričom samotná nabíjacia stanica stojí približne 25 000 až 35 000 RMB a zvyšok tvorí káblová doprava, podzemná infraštruktúra a práca.145 V Spojených štátoch môže rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom stáť desiatky tisíc dolárov za stanicu. Medzi hlavné premenné ovplyvňujúce náklady na inštaláciu zariadení na rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom patrí potreba výkopov, modernizácia transformátorov, nové alebo modernizované obvody a elektrické rozvádzače a estetické vylepšenia. Ďalšie faktory, ktoré treba zvážiť, sú označenie, povolenia a prístup pre osoby so zdravotným postihnutím.146

E. Bezdrôtové nabíjanie

Bezdrôtové nabíjanie ponúka niekoľko výhod vrátane estetiky, úspory času a jednoduchého používania.

V 90. rokoch 20. storočia bola dostupná pre EV1 (skorý elektromobil), ale dnes je už zriedkavá.147 Bezdrôtové nabíjacie systémy pre elektromobily ponúkané online sa pohybujú v cenovom rozpätí od 1 260 do približne 3 000 dolárov.148 Bezdrôtové nabíjanie elektromobilov so sebou prináša stratu účinnosti, pričom súčasné systémy ponúkajú účinnosť nabíjania okolo 85 %.149 Súčasné bezdrôtové nabíjacie produkty ponúkajú prenos energie 3 – 22 kW; bezdrôtové nabíjačky dostupné pre niekoľko modelov elektromobilov od Plugless charge s výkonom 3,6 kW alebo 7,2 kW, čo zodpovedá nabíjaniu úrovne 2.150 Zatiaľ čo mnohí používatelia elektromobilov považujú bezdrôtové nabíjanie za nestojí za dodatočné náklady,151 niektorí analytici predpovedajú, že táto technológia sa čoskoro rozšíri a niekoľko výrobcov automobilov oznámilo, že bezdrôtové nabíjanie ponúkne ako voliteľnú možnosť pre budúce elektromobily. Bezdrôtové nabíjanie by mohlo byť atraktívne pre určité vozidlá s definovanými trasami, ako sú verejné autobusy, a bolo navrhnuté aj pre budúce elektrické diaľničné pruhy, hoci vysoké náklady, nízka účinnosť nabíjania a pomalé rýchlosti nabíjania by boli nevýhodou.152

F. Výmena batérie

Vďaka technológii výmeny batérií by elektromobily mohli vymeniť svoje vybité batérie za plne nabité. To by dramaticky skrátilo čas potrebný na nabitie elektromobilu, čo by malo pre vodičov značné potenciálne výhody.

Niekoľko čínskych miest a spoločností v súčasnosti experimentuje s výmenou batérií so zameraním na vysokoúčelové elektromobily, ako sú taxíky. Mesto Chang-čou zaviedlo výmenu batérií pre svoju flotilu taxíkov, ktorá využíva lokálne vyrobené elektromobily Zotye.155 Peking postavil niekoľko staníc na výmenu batérií v rámci úsilia podporovaného miestnou automobilkou BAIC. Koncom roka 2017 spoločnosť BAIC oznámila plán na výstavbu 3 000 výmenných staníc v celej krajine do roku 2021.156 Čínsky startup pre elektromobily NIO plánuje zaviesť technológiu výmeny batérií pre niektoré zo svojich vozidiel a oznámil, že v Číne postaví 1 100 výmenných staníc.157 Niekoľko miest v Číne – vrátane Chang-čou a Čching-tao – tiež využilo výmenu batérií pre autobusy.158

V Spojených štátoch diskusia o výmene batérií utíchla po bankrote izraelského startupu zameraného na výmenu batérií Project Better Place v roku 2013, ktorý plánoval sieť výmenných staníc pre osobné automobily.153 V roku 2015 spoločnosť Tesla upustila od svojich plánov na výmenné stanice po vybudovaní iba jedného demonštračného zariadenia, pričom ako dôvod uviedla nedostatok záujmu spotrebiteľov. V súčasnosti v Spojených štátoch prebieha len málo alebo vôbec nejaké experimenty týkajúce sa výmeny batérií.154 Pokles nákladov na batérie a možno v menšej miere aj zavádzanie infraštruktúry rýchleho nabíjania jednosmerným prúdom pravdepodobne znížili atraktivitu výmeny batérií v Spojených štátoch.

Hoci výmena batérie ponúka niekoľko výhod, má aj značné nevýhody. Batéria elektromobilu je ťažká a zvyčajne sa nachádza v spodnej časti vozidla, čím tvorí neoddeliteľnú konštrukčnú súčasť s minimálnymi technickými toleranciami pre zarovnanie a elektrické pripojenia. Dnešné batérie zvyčajne vyžadujú chladenie a pripájanie a odpájanie chladiacich systémov je náročné.159 Vzhľadom na svoju veľkosť a hmotnosť musia batériové systémy dokonale pasovať, aby sa predišlo hrkaniu, znížilo sa opotrebovanie a vozidlo zostalo vycentrované. Architektúra skateboardových batérií, bežná v dnešných elektromobiloch, zvyšuje bezpečnosť znížením ťažiska vozidla a zlepšením ochrany pri náraze vpredu aj vzadu. Vyberateľné batérie umiestnené v kufri alebo inde by túto výhodu nemali. Keďže väčšina majiteľov vozidiel sa nabíja hlavne doma alebo...NABÍJANIE ELEKTROMOBILOV V ČÍNE A SPOJENÝCH ŠTÁTOCHV praxi by výmena batérií nemusela nevyhnutne vyriešiť problémy s nabíjacou infraštruktúrou – pomohla by len riešiť verejné nabíjanie a dojazd. A keďže väčšina výrobcov automobilov nie je ochotná štandardizovať batériové bloky alebo ich dizajn – autá sú navrhnuté podľa svojich batérií a motorov, čo z toho robí kľúčovú vlastnú hodnotu160 – výmena batérií by mohla vyžadovať samostatnú sieť výmenných staníc pre každú automobilku alebo samostatné výmenné zariadenie pre rôzne modely a veľkosti vozidiel. Hoci boli navrhnuté mobilné vozidlá na výmenu batérií,161 tento obchodný model ešte nebol implementovaný.