Ev Charger Technologies

Sähköautojen lataustekniikat Kiinassa ja Yhdysvalloissa ovat pitkälti samanlaisia. Molemmissa maissa johdot ja pistokkeet ovat ylivoimaisesti hallitseva tekniikka sähköajoneuvojen lataamisessa. (Langaton lataus ja akun vaihto ovat korkeintaan vähäisiä.) Maiden välillä on eroja lataustasoissa, latausstandardeissa ja tietoliikenneprotokollien suhteen. Näitä yhtäläisyyksiä ja eroja käsitellään alla.

A. Lataustasot

Yhdysvalloissa suuri osa sähköajoneuvojen latauksesta tapahtuu 120 voltilla käyttämällä muuntamattomia kodin seinäpistorasioita. Tämä tunnetaan yleisesti Level 1 -latauksena tai "tihkulatauksena". Tason 1 latauksella tyypillisen 30 kWh:n akun latautuminen 20 %:sta lähes täyteen kestää noin 12 tuntia. (Kiinassa ei ole 120 voltin pistorasioita.)

Sekä Kiinassa että Yhdysvalloissa suuri osa sähköautojen latauksesta tapahtuu 220 voltilla (Kiina) tai 240 voltilla (Yhdysvallat). Yhdysvalloissa tätä kutsutaan Level 2 -lataukseksi.

Tällainen lataus voi tapahtua muuntamattomilla pistorasioilla tai erikoistuneilla sähköautojen latauslaitteilla, ja se käyttää tyypillisesti noin 6–7 kW tehoa. Ladattaessa 220–240 voltilla tyypillisen 30 kWh:n akun latautuminen 20 %:sta lähes täyteen kestää noin 6 tuntia.

Lopuksi, sekä Kiinassa että Yhdysvalloissa on kasvava DC-pikalaturiverkosto, joka käyttää yleensä 24 kW, 50 kW, 100 kW tai 120 kW tehoa. Jotkut asemat voivat tarjota 350 kW tai jopa 400 kW tehoa. Nämä DC-pikalaturit voivat ladata ajoneuvon akun 20 prosentista lähes täyteen lataukseen ajassa, joka vaihtelee noin yhdestä tunnista 10 minuuttiin.

Taulukko 6:Yleisimmät lataustasot Yhdysvalloissa

Lähde: Yhdysvaltain energiaministeriö

B. Latausstandardit

i. Kiina

Kiinassa on yksi valtakunnallinen sähköauton pikalatausstandardi. Yhdysvalloissa on kolme sähköauton pikalatausstandardia.

Kiinalainen standardi tunnetaan nimellä China GB/T. (AlkukirjaimetGBtarkoittaa kansallista standardia.)

Kiina GB/T julkaistiin vuonna 2015 useiden vuosien kehitystyön jälkeen.124 Se on nyt pakollinen kaikille Kiinassa myytäville uusille sähköautoille. Kansainväliset autonvalmistajat, kuten Tesla, Nissan ja BMW, ovat ottaneet käyttöön GB/T-standardin Kiinassa myytäville sähköautoilleen. GB/T mahdollistaa tällä hetkellä nopean latauksen enintään 237,5 kW teholla (950 V ja 250 ampeerilla), vaikka monet

Kiinalaiset DC-pikalaturit tarjoavat 50 kW latauksen. Uusi GB/T julkaistaan ​​vuonna 2019 tai 2020, jonka kerrotaan päivittävän standardin sisältämään latauksen jopa 900 kW:iin asti suurempien hyötyajoneuvojen osalta. GB/T on vain Kiinassa käytettävä standardi: muutamat ulkomaille viedyt Kiinassa valmistetut sähköautot käyttävät muita standardeja.125

Elokuussa 2018 Kiinan sähköneuvosto (CEC) ilmoitti yhteisymmärryspöytäkirjan Japanissa sijaitsevan CHAdeMO-verkon kanssa kehittääkseen yhdessä huippunopeaa latausta. Tavoitteena on yhteensopivuus GB/T:n ja CHAdeMO:n välillä nopeaa latausta varten. Molemmat organisaatiot tekevät yhteistyötä laajentaakseen standardin Kiinan ja Japanin ulkopuolisiin maihin.126

ii. Yhdysvallat

Yhdysvalloissa on kolme sähköauton latausstandardia tasavirta-pikalataukselle: CHAdeMO, CCS SAE Combo ja Tesla.

CHAdeMO oli ensimmäinen sähköajoneuvojen pikalatausstandardi, vuodelta 2011. Sen on kehittänyt Tokio

Electric Power Company ja tarkoittaa "Charge to Move" (japaniksi sanapeli).127 CHAdeMO:ta käytetään tällä hetkellä Yhdysvalloissa Nissan Leaf- ja Mitsubishi Outlander PHEV -malleissa, jotka ovat myydyimpiä sähköajoneuvoja. Leafin menestys Yhdysvalloissa voi ollaSÄHKÖAJONEUVOJEN LATAUS KIINASSA JA YHDYSVALLOISSA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | HELMIKUU 2019 |

johtuu osittain Nissanin varhaisesta sitoumuksesta ottaa CHAdeMO-pikalatausinfrastruktuuri käyttöön jälleenmyyjissä ja muissa kaupunkipaikoissa.128 Tammikuussa 2019 Yhdysvalloissa oli yli 2 900 CHAdeMO-pikalaturia (sekä yli 7 400 Japanissa ja 7 900 Euroopassa).129

Vuonna 2016 CHAdeMO ilmoitti päivittävänsä standardinsa alkuperäisestä 70 latausnopeudesta

kW tarjoaa 150 kW.130 Kesäkuussa 2018 CHAdeMO julkisti 400 kW:n latauskapasiteetin, jossa käytetään 1 000 V:n 400 ampeerin nestejäähdytteisiä kaapeleita. Korkeampi lataus on saatavilla suurten hyötyajoneuvojen, kuten kuorma-autojen ja linja-autojen, tarpeisiin.131

Toinen latausstandardi Yhdysvalloissa tunnetaan nimellä CCS tai SAE Combo. Sen julkaisi vuonna 2011 joukko eurooppalaisia ​​ja yhdysvaltalaisia ​​autonvalmistajia. sanayhdistelmäosoittaa, että pistoke sisältää sekä AC-latauksen (jopa 43 kW) että tasavirtalatauksen.132 tuumaa

Saksa, Charging Interface Initiative (CharIN) -koalitio perustettiin puolustamaan CCS:n laajaa käyttöönottoa. Toisin kuin CHAdeMO, CCS-pistoke mahdollistaa tasa- ja vaihtovirtalatauksen yhdellä portilla, mikä vähentää ajoneuvon koriin tarvittavaa tilaa ja aukkoja. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA ja Hyundai tukevat CCS:ää. Tesla on myös liittynyt koalitioon ja ilmoitti marraskuussa 2018, että sen ajoneuvot Euroopassa varustettaisiin CCS-latausporteilla.133 Chevrolet Bolt ja BMW i3 ovat Yhdysvalloissa suosittuja sähköautoja, jotka käyttävät CCS-latausta. Nykyiset CCS-pikalaturit tarjoavat latauksen noin 50 kW:lla, kun taas Electrify America -ohjelma sisältää 350 kW:n pikalatauksen, joka mahdollistaa lähes täydellisen latauksen jopa 10 minuutissa.

Kolmannesta latausstandardista Yhdysvalloissa vastaa Tesla, joka lanseerasi oman Supercharger-verkkonsa Yhdysvalloissa syyskuussa 2012.134 Tesla

Ahtaat toimivat tyypillisesti 480 voltilla ja tarjoavat latauksen enintään 120 kW:lla. Kuten

tammikuussa 2019 Teslan verkkosivuilla lueteltiin 595 Supercharger-paikkaa Yhdysvalloissa, ja 420 lisäpaikkaa "tulossa pian".135 Toukokuussa 2018 Tesla ehdotti, että sen Superchargers voisi tulevaisuudessa saavuttaa jopa 350 kW:n tehon.136

Tätä raporttia varten tehdyssä tutkimuksessamme kysyimme yhdysvaltalaisilta haastateltajilta, pitivätkö he yhden kansallisen standardin puuttumista tasavirtapikalatauksen esteenä sähköautojen käyttöönotolle. Harva vastasi myöntävästi. Syitä siihen, miksi useita tasavirta-pikalatausstandardeja ei pidetä ongelmana, ovat:

● Suurin osa sähköautojen latauksesta tapahtuu kotona ja töissä tason 1 ja 2 latureilla.

● Suuri osa julkisista ja työpaikkojen latausinfrastruktuureista on tähän mennessä käyttänyt tason 2 latureita.

● Saatavilla on sovittimia, joiden avulla sähköajoneuvojen omistajat voivat käyttää useimpia tasavirta-pikalatureita, vaikka sähköauto ja laturi käyttävät eri latausstandardeja. (Pääasiallinen poikkeus, Teslan akkuverkko, on avoin vain Teslan ajoneuvoille.) Erityisesti pikalataussovittimien turvallisuudesta on huolestuttavaa.

● Koska pistoke ja liitin edustavat pientä prosenttiosuutta pikalatausaseman kustannuksista, tämä ei ole juurikaan tekninen tai taloudellinen haaste aseman omistajille, ja sitä voitaisiin verrata tankkausaseman eri oktaanilukuisten bensiinien letkuihin. Monilla julkisilla latausasemilla on useita pistokkeita kiinnitettynä yhteen latauspisteeseen, mikä mahdollistaa kaikentyyppisten sähköautojen lataamisen siellä. Itse asiassa monet lainkäyttöalueet vaativat tai kannustavat tätä.SÄHKÖAJONEUVOJEN LATAUS KIINASSA JA YHDYSVALLOISSA

38 | GLOBAALI ENERGIAPOLITIIKAN KESKUS | COLUMBIA SIPA

Jotkut autonvalmistajat ovat sanoneet, että yksinomainen latausverkosto edustaa kilpailukykyistä strategiaa. Claas Bracklo, BMW:n sähköliikenteestä vastaava johtaja ja CharINin puheenjohtaja, totesi vuonna 2018: "Olemme perustaneet CharINin rakentaaksemme valta-asemaa." 137 Monet Teslan omistajat ja sijoittajat pitävät sen omaa ahdinverkostoaan myyntivalttina, vaikka Tesla ilmaisee edelleen halukkuus sallia muiden automallien käyttää verkostoaan edellyttäen, että ne rahoittavat käyttöä suhteessa.138 Tesla on myös osa CharINia, joka edistää CCS:ää. Marraskuussa 2018 se ilmoitti, että Euroopassa myytävät Model 3 -autot varustetaan CCS-porteilla. Teslan omistajat voivat myös ostaa sovittimia CHAdeMO-pikalaturien käyttöä varten.139

C. Latausviestintäprotokollat ​​Latausviestintäprotokollat ​​ovat tarpeen latauksen optimoimiseksi käyttäjän tarpeiden (lataustilan, akun jännitteen ja turvallisuuden havaitsemiseksi) ja verkon (mukaan lukien

jakeluverkon kapasiteetti, käyttöaikahinnoittelu ja kysyntään reagointitoimenpiteet).140 Kiina GB/T ja CHAdeMO käyttävät CAN-tiedonsiirtoprotokollaa, kun taas CCS toimii PLC-protokollan kanssa. Avoimet tietoliikenneprotokollat, kuten Open Charging Alliancen kehittämä Open Charge Point Protocol (OCPP), ovat tulossa yhä suositummiksi Yhdysvalloissa ja Euroopassa.

Tätä raporttia varten tehdyssä tutkimuksessamme useat yhdysvaltalaiset haastateltavat mainitsivat siirtymisen kohti avoimia viestintäprotokollia ja ohjelmistoja politiikan prioriteettina. Erityisesti joidenkin julkisten veloitusprojektien, jotka saivat rahoitusta American Recovery and Reinvestment Actin (ARRA) nojalla, mainittiin valinneen toimittajia, joilla oli omat alustat ja jotka kokivat myöhemmin taloudellisia vaikeuksia ja jotka jättivät rikkinäiset laitteet, jotka vaativat vaihtoa.141 Useimmat kaupungit, laitokset ja maksut verkot, joihin tätä tutkimusta varten otettiin yhteyttä, ilmaisivat tukensa avoimille viestintäprotokollille ja kannustimille, jotta latausverkkoisännät voivat vaihtaa saumattomasti palveluntarjoajaa.142

D. Kustannukset

Kotilaturit ovat halvempia Kiinassa kuin Yhdysvalloissa. Kiinassa tyypillinen 7 kW:n seinään asennettava kotilaturi myydään verkossa 1 200 - 1 800,143 RMB Asennus vaatii lisäkustannuksia. (Useimmat yksityiset sähköautot sisältävät laturin ja asennuksen.) Yhdysvalloissa tason 2 kotilaturit maksavat 450–600 dollaria, ja lisäksi niiden asennus maksaa keskimäärin 500 dollaria.144 DC-pikalatauslaitteet ovat huomattavasti kalliimpia molemmat maat. Kustannukset vaihtelevat suuresti. Eräs tätä raporttia varten haastateltu kiinalainen asiantuntija arvioi, että 50 kW:n tasavirtapikalatauspisteen asentaminen Kiinaan maksaa tyypillisesti 45 000 - 60 000 RMB, ja itse latauspisteen osuus on noin 25 000 - 35 000 RMB ja kaapelointi, maanalainen infrastruktuuri ja työvoimalaskenta. loput.145 Yhdysvalloissa DC-pikalataus voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita postia kohden. Tärkeimmät muuttujat, jotka vaikuttavat DC-pikalatauslaitteiden asennuskustannuksiin, sisältävät kaivauksen, muuntajien päivitykset, uudet tai päivitetyt piirit ja sähköpaneelit sekä esteettiset päivitykset. Kyltit, luvat ja vammaisten pääsy ovat lisänäkökohtia.146

E. Langaton lataus

Langaton lataus tarjoaa useita etuja, mukaan lukien esteettisyys, ajansäästö ja helppokäyttöisyys.

Se oli saatavilla 1990-luvulla EV1:lle (varhainen sähköauto), mutta nykyään se on harvinainen.147 Verkossa tarjottujen langattomien sähköajoneuvojen latausjärjestelmien hinta vaihtelee 1 260 dollarista noin 3 000 dollariin.148 Langattomasta sähköauton latauksesta seuraa tehokkuussakko, ja nykyiset järjestelmät tarjoavat lataustehokkuutta. noin 85 %.149 Nykyiset langattomat lataustuotteet tarjoavat 3–22 kW tehonsiirtoa; langattomat laturit saatavilla useisiin sähköautomalleihin pistokkeesta joko 3,6 kW:n tai 7,2 kW:n teholla, mikä vastaa tason 2 latausta.150 Vaikka monet sähköajoneuvojen käyttäjät katsovat, että langaton lataus ei ole lisäkustannusten arvoinen,151 jotkut analyytikot ovat ennustaneet tekniikan leviävän pian laajalle. ja useat autonvalmistajat ovat ilmoittaneet tarjoavansa langattoman latauksen lisävarusteena tuleviin sähköautoihin. Langaton lataus voisi olla houkutteleva tietyille ajoneuvoille, joilla on määrätyt reitit, kuten julkisissa linja-autoissa, ja sitä on ehdotettu myös tuleville sähköisille valtatiekaistoille, vaikka korkeat kustannukset, alhainen lataustehokkuus ja hitaat latausnopeudet olisivat haittoja.152

F. Akun vaihto

Akunvaihtotekniikan avulla sähköautot voivat vaihtaa tyhjentyneet akut muihin täyteen ladattuihin akkuihin. Tämä lyhentäisi dramaattisesti sähköauton lataamiseen tarvittavaa aikaa, mistä olisi merkittäviä hyötyjä kuljettajille.

Useat kiinalaiset kaupungit ja yritykset kokeilevat parhaillaan akun vaihtoa keskittyen korkean käytön sähköautoihin, kuten takseihin. Hangzhoun kaupunki on ottanut käyttöön akun vaihtoa taksilaivastossaan, joka käyttää paikallisesti valmistettuja Zotye-sähköautoja.155 Peking on rakentanut useita akunvaihtoasemia paikallisen autovalmistajan BAIC:n tukemana. Vuoden 2017 lopulla BAIC ilmoitti suunnitelmastaan ​​rakentaa 3 000 vaihtoasemaa valtakunnallisesti vuoteen 2021 mennessä.156 Kiinalainen sähköajoneuvojen startup NIO aikoo ottaa käyttöön akunvaihtoteknologian joihinkin ajoneuvoihinsa ja ilmoitti rakentavansa 1 100 vaihtoasemaa Kiinaan.157 Useat kaupungit Kiinassa – mukaan lukien Hangzhou ja Qingdao - ovat myös käyttäneet akun vaihtoa linja-autoihin.158

Yhdysvalloissa keskustelu akun vaihdosta hiipui, kun Israelin akunvaihtoyritys Project Better Place meni konkurssiin vuonna 2013. Projekti oli suunnitellut henkilöautojen vaihtoasemaverkoston.153 Vuonna 2015 Tesla luopui vaihtoasemasuunnitelmistaan ​​rakennettuaan vain yhden esittelylaitos syyttää kuluttajien kiinnostuksen puutetta. Akun vaihtoa koskevia kokeita on meneillään Yhdysvalloissa nykyään vain vähän, jos ollenkaan.154 Akkukustannusten lasku ja ehkä vähäisemmässä määrin tasavirtapikalatausinfrastruktuurin käyttöönotto ovat todennäköisesti vähentäneet akkujen vaihtamisen houkuttelevuutta. Yhdysvallat.

Vaikka akun vaihtaminen tarjoaa useita etuja, sillä on myös huomattavia haittoja. EV-akku on raskas ja sijaitsee tyypillisesti ajoneuvon pohjassa, muodostaen kiinteän rakenneosan, jolla on minimaaliset suuntaus- ja sähköliitännät. Nykypäivän akut vaativat yleensä jäähdytystä, ja jäähdytysjärjestelmien kytkeminen ja irrottaminen on vaikeaa.159 Akkujärjestelmien on koon ja painonsa vuoksi sopia täydellisesti, jotta vältytään kolisemasta, vähennetään kulumista ja pidetään ajoneuvo keskitettynä. Tämän päivän sähköautoissa yleinen rullalaudan akkuarkkitehtuuri parantaa turvallisuutta alentamalla ajoneuvon painopistettä ja parantamalla törmäyssuojaa edessä ja takana. Tavaratilassa tai muualla sijaitsevista irrotettavista akuista puuttuisi tämä etu. Koska useimmat ajoneuvojen omistajat veloittaa pääasiassa kotona taiSÄHKÖAJONEUVOJEN LATAUS KIINASSA JA YHDYSVALLOISSAtyössä akun vaihtaminen ei välttämättä ratkaise latausinfrastruktuuri-ongelmia – se auttaisi vain käsittelemään julkista latausta ja kantamaa. Ja koska useimmat autonvalmistajat eivät ole halukkaita standardoimaan akkupakkauksia tai malleja – autot on suunniteltu niiden akkujen ja moottoreiden ympärille, mikä tekee tästä tärkeän omistusarvon160 – akun vaihto saattaa vaatia erillisen vaihtopisteverkoston jokaiselle autoyhtiölle tai erillisen vaihtolaitteiston eri malleille ja ajoneuvojen koot. Vaikka liikkuvia akunvaihtoautoja on ehdotettu161, tätä liiketoimintamallia ei ole vielä otettu käyttöön.