Ev Charger Technologies

Technológie nabíjania EV v Číne a Spojených štátoch sú vo všeobecnosti podobné. V oboch krajinách sú káble a zástrčky prevažne dominantnou technológiou nabíjania elektrických vozidiel. (Bezdrôtové nabíjanie a výmena batérií majú nanajvýš malú prítomnosť.) 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 nabíjania

V Spojených štátoch sa veľká časť nabíjania EV uskutočňuje pri 120 voltoch pomocou neupravených domácich zásuviek. Toto je všeobecne známe ako úroveň 1 alebo „udržiavacie“ nabíjanie. Pri nabíjaní úrovne 1 trvá typickej 30 kWh batérii približne 12 hodín, kým sa nabije z 20 % na takmer úplné nabitie. (V Číne nie sú žiadne 120 voltové zásuvky.)

V Číne aj v Spojených štátoch sa veľká časť nabíjania EV uskutočňuje pri 220 voltoch (Čína) alebo 240 voltoch (Spojené štáty). V Spojených štátoch je to známe ako nabíjanie úrovne 2.

Takéto nabíjanie sa môže uskutočňovať pomocou neupravených zásuviek alebo špecializovaného nabíjacieho zariadenia EV a zvyčajne používa približne 6–7 kW energie. Pri nabíjaní pri 220 – 240 voltoch trvá typickej 30 kWh batérii približne 6 hodín, kým prejde z 20 % na takmer úplné nabitie.

Napokon, Čína aj Spojené štáty majú rastúce siete jednosmerných rýchlonabíjačiek, 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 jednosmerným prúdom dokážu vybiť batériu vozidla z 20 % na takmer úplné nabitie v čase od približne jednej hodiny do 10 minút.

Tabuľka 6:Najbežnejšie úrovne nabíjania v USA

Zdroj: Ministerstvo energetiky USA

B. Normy nabíjania

i. Čína

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

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

China GB/T bol vydaný v roku 2015 po niekoľkých rokoch vývoja.124 Teraz je povinný pre všetky nové elektrické vozidlá predávané v Číne. Medzinárodné automobilky, vrátane spoločností Tesla, Nissan a BMW, prijali štandard 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), aj keď mnohé

Čínske rýchlonabíjačky DC ponúkajú nabíjanie s výkonom 50 kW. V roku 2019 alebo 2020 bude vydaný nový GB/T, ktorý údajne aktualizuje štandard tak, aby zahŕňal nabíjanie až 900 kW pre väčšie úžitkové vozidlá. GB/T je štandardom iba v Číne: niekoľko elektromobilov vyrobených v Číne vyvážaných do zahraničia používa iné štandardy.125

V auguste 2018 Čínska rada pre elektrickú energiu (CEC) oznámila memorandum o porozumení so sieťou CHAdeMO so sídlom v Japonsku s cieľom spoločne vyvinúť ultrarýchle nabíjanie. Cieľom je kompatibilita medzi GB/T a CHAdeMO pre rýchle nabíjanie. Obe organizácie sa spoja s cieľom rozšíriť štandard do krajín mimo Číny a Japonska.126

ii. Spojené štáty americké

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

CHAdeMO bol prvý štandard rýchleho nabíjania EV z roku 2011. Bol vyvinutý v Tokiu

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

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUÁR 2019 |

čiastočne vďaka skorému záväzku spoločnosti Nissan zaviesť rýchlonabíjaciu infraštruktúru CHAdeMO v predajniach a iných mestských lokalitách.128 K januáru 2019 bolo v Spojených štátoch viac ako 2 900 rýchlonabíjačiek CHAdeMO (rovnako ako viac ako 7 400 v Japonsku a 7 900 v Európe).129

V roku 2016 spoločnosť CHAdeMO oznámila, že aktualizuje svoj štandard z pôvodnej sadzby nabíjania 70

kW ponúkne 150 kW.130 V júni 2018 spoločnosť CHAdeMO oznámila uvedenie kapacity nabíjania 400 kW pomocou 1 000 V, 400 A kvapalinou chladených káblov. Vyššie spoplatnenie bude k dispozícii pre potreby veľkých úžitkových vozidiel, ako sú nákladné autá a autobusy.131

Druhý štandard nabíjania v Spojených štátoch je známy ako CCS alebo SAE Combo. Bol vydaný v roku 2011 skupinou európskych a amerických výrobcov automobilov. Slovokombooznačuje, že zástrčka obsahuje AC nabíjanie (do 43 kW) aj jednosmerné nabíjanie.132 In

V Nemecku vznikla koalícia Charging Interface Initiative (CharIN), aby sa zasadzovala za široké prijatie CCS. Na rozdiel od CHAdeMO zástrčka CCS umožňuje nabíjanie jednosmerným a striedavým prúdom pomocou jediného portu, čím sa zmenšuje priestor a potrebné otvory na karosérii vozidla. jaguár,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA a Hyundai podporujú CCS. Tesla sa tiež pripojila ku koalícii a v novembri 2018 oznámila, že jej vozidlá v Európe budú vybavené nabíjacími portami CCS.133 Chevrolet Bolt a BMW i3 patria medzi obľúbené elektrické vozidlá v Spojených štátoch, ktoré používajú nabíjanie CCS. 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 svoju vlastnú sieť Supercharger v Spojených štátoch.134 Tesla

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

z januára 2019 webová stránka Tesly uviedla 595 umiestnení Superchargerov v Spojených štátoch, pričom ďalších 420 lokalít „už čoskoro“.135 V máji 2018 Tesla navrhla, že v budúcnosti by jej Superchargery mohli dosiahnuť výkon až 350 kW.136

V našom výskume pre túto správu sme sa opýtali respondentov z USA, či považujú absenciu jedného národného štandardu pre rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom za prekážku prijatia EV. Málokto odpovedal kladne. Dôvody, prečo sa viaceré štandardy rýchleho nabíjania jednosmerným prúdom nepovažujú za problém, zahŕňajú:

● Väčšina nabíjania EV prebieha doma a v práci s nabíjačkami úrovne 1 a 2.

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

● Dostupné sú adaptéry, ktoré umožňujú majiteľom elektromobilov používať väčšinu jednosmerných rýchlonabíjačiek, aj keď elektromobil a nabíjačka používajú odlišné štandardy nabíjania. (Hlavná výnimka, sieť preplňovania Tesla, je otvorená len pre vozidlá Tesla.) Existujú určité obavy týkajúce sa bezpečnosti rýchlonabíjacích adaptérov.

● Keďže zástrčka a konektor predstavujú malé percento nákladov na rýchlonabíjaciu stanicu, predstavuje to pre vlastníkov staníc malú technickú alebo finančnú výzvu a dalo by sa to porovnať s hadicami pre rôzne oktánové benzíny na čerpacej stanici. Mnoho verejných nabíjacích staníc má viacero zástrčiek pripojených k jednému nabíjaciemu stojanu, čo umožňuje nabíjanie akéhokoľvek typu EV. Mnohé jurisdikcie to skutočne vyžadujú alebo stimulujú.NABÍJANIE ELEKTRICKÝCH VOZIDIEL V ČÍNE A SPOJENÝCH ŠTÁTOCH

38 | CENTRUM GLOBÁLNEJ ENERGETICKEJ POLITIKY | COLUMBIA SIPA

Niektorí výrobcovia automobilov uviedli, že exkluzívna nabíjacia sieť predstavuje konkurenčnú stratégiu. Claas Bracklo, šéf elektromobility v BMW a predseda CharIN, v roku 2018 uviedol: „Založili sme CharIN, aby sme si vybudovali mocenskú pozíciu.“137 Mnohí vlastníci a investori Tesly považujú jej sieť supernabíjačiek za predajný bod, hoci Tesla naďalej vyjadruje ochota umožniť iným modelom áut využívať svoju sieť za predpokladu, že prispejú financiami úmerne využívaniu.138 Tesla je tiež súčasťou CharIN propagujúceho CCS. V novembri 2018 oznámila, že automobily Model 3 predávané v Európe budú vybavené portami CCS. Majitelia Tesly si tiež môžu zakúpiť adaptéry pre prístup k rýchlonabíjačkám CHAdeMO.139

C. Komunikačné protokoly nabíjania Komunikačné protokoly nabíjania sú potrebné na optimalizáciu nabíjania pre potreby užívateľa (na zistenie stavu nabitia, napätia batérie a bezpečnosti) a pre sieť (vrátane

kapacita distribučnej siete, cenotvorba podľa času používania a opatrenia reakcie 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 protokol OCPP (Open Charge Point Protocol) vyvinutý organizáciou Open Charging Alliance, sú v Spojených štátoch a Európe čoraz populárnejšie.

V našom výskume pre túto správu viacerí opýtaní v USA uviedli ako prioritu politiky prechod k otvoreným komunikačným protokolom a softvéru. Najmä niektoré projekty verejného spoplatňovania, ktoré získali financovanie podľa amerického zákona o obnove a reinvestícii (ARRA), boli citované tak, že si vybrali predajcov s proprietárnymi platformami, ktorí následne mali finančné ťažkosti, po ktorých zostalo pokazené zariadenie, ktoré si vyžadovalo výmenu.141 Väčšina miest, verejných služieb a poplatkov siete kontaktované pre túto štúdiu vyjadrili podporu otvoreným komunikačným protokolom a stimulom, ktoré umožnia hostiteľom spoplatňujúcej siete 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 1 200 až 1 800,143 RMB Inštalácia si vyžaduje dodatočné náklady. (Väčšina súkromných nákupov EV sa dodáva s nabíjačkou a inštaláciou.) V Spojených štátoch stoja domáce nabíjačky úrovne 2 v rozmedzí 450 – 600 USD plus v priemere približne 500 USD za inštaláciu.144 Zariadenie na rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom je výrazne drahšie v obe krajiny. Náklady sa značne líšia. Jeden čínsky expert, s ktorým sa robil rozhovor pre túto správu, odhadol, že inštalácia 50 kW rýchlonabíjacej stanice v Číne zvyčajne stojí medzi 45 000 a 60 000 RMB, pričom samotná nabíjacia stanica predstavuje približne 25 000 – 35 000 RMB a kabeláž, podzemná infraštruktúra a práca. pre zvyšok.145 V Spojených štátoch môže rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom stáť desiatky tisíc dolárov za príspevok. Medzi hlavné premenné ovplyvňujúce náklady na inštaláciu zariadenia na rýchle nabíjanie jednosmerným prúdom patrí potreba výkopu, modernizácie transformátora, nových alebo modernizovaných obvodov a elektrických panelov a estetických vylepšení. Značenie, povolenie a prístup pre osoby so zdravotným postihnutím sú ďalšie aspekty.146

E. Bezdrôtové nabíjanie

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

Bolo k dispozícii v 90. rokoch pre EV1 (prvý elektrický automobil), ale dnes je zriedkavé.147 Bezdrôtové nabíjacie systémy EV ponúkané online v cene od 1 260 USD do približne 3 000 USD. okolo 85 %.149 Súčasné produkty bezdrôtového nabíjania ponúkajú prenos energie 3–22 kW; bezdrôtové nabíjačky dostupné pre niekoľko modelov EV od Plugless nabíjanie buď s výkonom 3,6 kW alebo 7,2 kW, čo zodpovedá nabíjaniu úrovne 2.150 Zatiaľ čo mnohí používatelia elektrických vozidiel nepovažujú bezdrôtové nabíjanie za hodné dodatočných nákladov,151 niektorí analytici predpovedali, že táto technológia bude čoskoro rozšírená, a niekoľko výrobcov automobilov oznámilo, že budú ponúkať bezdrôtové nabíjanie 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, aj keď vysoké náklady, nízka účinnosť nabíjania a pomalé rýchlosti nabíjania by boli nevýhodami.152

F. Výmena batérie

Vďaka technológii výmeny batérií by elektrické vozidlá mohli vymeniť svoje vybité batérie za iné, ktoré sú plne nabité. To by dramaticky skrátilo čas potrebný na dobitie EV, čo by vodičom mohlo priniesť značné potenciálne výhody.

Niekoľko čínskych miest a spoločností v súčasnosti experimentuje s výmenou batérií so zameraním na vysokovýkonné vozové vozidlá, ako sú taxíky. Mesto Hangzhou zaviedlo výmenu batérií pre svoju flotilu taxíkov, ktorá používa miestne vyrobené vozidlá Zotye EV.155 Peking vybudoval niekoľko staníc na výmenu batérií v úsilí podporovanom miestnou automobilkou BAIC. Koncom roka 2017 BAIC oznámil plán vybudovať do roku 2021 celoštátne 3 000 výmenných staníc.156 Čínsky startup NIO plánuje prijať technológiu výmeny batérií pre niektoré zo svojich vozidiel a oznámil, že v Číne postaví 1 100 výmenných staníc.157 Niekoľko miest v Číne— vrátane Hangzhou a Qingdao — tiež použili výmenu batérií pre autobusy.158

V Spojených štátoch sa diskusia o výmene batérií vytratila po bankrote izraelského startupu Project Better Place v roku 2013, ktorý plánoval sieť staníc na výmenu batérií pre osobné autá. demonštračné zariadenie, obviňujúc nedostatok záujmu spotrebiteľov. V súčasnosti v Spojených štátoch prebieha len málo experimentov, ak vôbec nejaké, pokiaľ ide o výmenu batérií.154 Pokles nákladov na batérie a možno v menšej miere aj nasadenie infraštruktúry rýchleho nabíjania jednosmerným prúdom pravdepodobne znížili príťažlivosť výmeny batérií v Spojené štáty americké.

Aj keď výmena batérií ponúka niekoľko výhod, má aj značné nevýhody. Batéria EV je ťažká a zvyčajne sa nachádza v spodnej časti vozidla a tvorí integrálnu 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 ich veľkosť a hmotnosť musia batériové systémy dokonale sedieť, aby nedochádzalo k drnčeniu, znižovali opotrebenie a udržiavali vozidlo v strede. Architektúra batérie skateboardu, ktorá je bežná v dnešných EV, zvyšuje bezpečnosť znížením ťažiska vozidla a zlepšením ochrany pri náraze v prednej a zadnej časti. Odnímateľné batérie umiestnené v kufri alebo inde by túto výhodu postrádali. Keďže väčšina majiteľov vozidiel nabíja hlavne doma respNABÍJANIE ELEKTRICKÝCH VOZIDIEL V ČÍNE A SPOJENÝCH ŠTÁTOCHv práci 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 súpravy batérií alebo dizajn – autá sú navrhnuté podľa ich batérií a motorov, čo z toho robí kľúčovú vlastnícku hodnotu160 – výmena batérií môže vyžadovať samostatnú sieť výmenných staníc pre každú automobilku alebo samostatné výmenné zariadenia pre rôzne modely a veľkosti vozidiel. Hoci boli navrhnuté mobilné vozíky na výmenu batérií161, tento obchodný model sa ešte musí implementovať.