Teknologier for ladere for elbiler

Ladeteknologiene for elbiler i Kina og USA er stort sett like. I begge landene er ledninger og plugger den overveldende dominerende teknologien for lading av elbiler. (Trådløs lading og batteribytte har maksimalt en liten tilstedeværelse.) Det er forskjeller mellom de to landene når det gjelder ladenivåer, ladestandarder og kommunikasjonsprotokoller. Disse likhetene og forskjellene diskuteres nedenfor.

A. Ladenivåer

I USA foregår mye lading av elbiler på 120 volt ved hjelp av umodifiserte stikkontakter i hjemmet. Dette er vanligvis kjent som nivå 1- eller «vedlikeholdslading». Med nivå 1-lading tar det omtrent 12 timer for et typisk 30 kWh-batteri å gå fra 20 % til nesten full lading. (Det finnes ingen 120-volts stikkontakter i Kina.)

I både Kina og USA foregår mye lading av elbiler på 220 volt (Kina) eller 240 volt (USA). I ​​USA er dette kjent som nivå 2-lading.

Slik lading kan foregå med umodifiserte stikkontakter eller spesialisert ladeutstyr for elbiler, og bruker vanligvis omtrent 6–7 kW strøm. Ved lading med 220–240 volt tar det omtrent 6 timer for et typisk 30 kWh-batteri å gå fra 20 % til nesten full lading.

Til slutt har både Kina og USA voksende nettverk av DC-hurtigladere, som vanligvis bruker 24 kW, 50 kW, 100 kW eller 120 kW strøm. Noen stasjoner kan tilby 350 kW eller til og med 400 kW strøm. Disse DC-hurtigladerne kan lade et bilbatteri fra 20 % til nesten full lading på tider fra omtrent én time til så lite som 10 minutter.

Tabell 6:De vanligste ladenivåene i USA

Kilde: Det amerikanske energidepartementet

B. Ladestandarder

i. Kina

Kina har én landsdekkende standard for hurtiglading av elbiler. USA har tre standarder for hurtiglading av elbiler.

Den kinesiske standarden er kjent som China GB/T. (InitialeneGBstår for nasjonal standard.)

China GB/T ble lansert i 2015 etter flere år med utvikling.124 Det er nå obligatorisk for alle nye elbiler som selges i Kina. Internasjonale bilprodusenter, inkludert Tesla, Nissan og BMW, har tatt i bruk GB/T-standarden for sine elbiler som selges i Kina. GB/T tillater for tiden hurtiglading med maksimalt 237,5 kW effekt (ved 950 V og 250 ampere), selv om mange

Kinesiske DC-hurtigladere tilbyr 50 kW lading. En ny GB/T vil bli lansert i 2019 eller 2020, som angivelig vil oppgradere standarden til å inkludere lading opptil 900 kW for større nyttekjøretøy. GB/T er en standard kun for Kina: de få Kina-produserte elbilene som eksporteres til utlandet bruker andre standarder.125

I august 2018 annonserte China Electricity Council (CEC) en intensjonsavtale med CHAdeMO-nettverket, basert i Japan, om å i fellesskap utvikle ultrahurtiglading. Målet er kompatibilitet mellom GB/T og CHAdeMO for hurtiglading. De to organisasjonene vil samarbeide for å utvide standarden til land utenfor Kina og Japan.126

ii. De forente stater

I USA finnes det tre standarder for hurtiglading av elbiler med likestrøm: CHAdeMO, CCS SAE Combo og Tesla.

CHAdeMO var den første standarden for hurtiglading av elbiler, fra 2011. Den ble utviklet av Tokyo

Electric Power Company står for «Charge to Move» (ordspill på japansk).127 CHAdeMO brukes for tiden i USA i Nissan Leaf og Mitsubishi Outlander PHEV, som er blant de mest solgte elbilene. Leafs suksess i USA kan væreLADING AV ELBILIEN I KINA OG USA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUAR 2019 |

delvis på grunn av Nissans tidlige forpliktelse til å rulle ut CHAdeMO-hurtigladeinfrastruktur hos forhandlere og andre urbane steder.128 Per januar 2019 var det over 2900 CHAdeMO-hurtigladere i USA (samt mer enn 7400 i Japan og 7900 i Europa).129

I 2016 annonserte CHAdeMO at de ville oppgradere standarden fra den opprinnelige ladehastigheten på 70

kW for å tilby 150 kW.130 I juni 2018 annonserte CHAdeMO introduksjonen av ladekapasitet på 400 kW, ved bruk av 1000 V, 400 ampere væskekjølte kabler. Den høyere ladekapasiteten vil være tilgjengelig for å dekke behovene til store nyttekjøretøy som lastebiler og busser.131

En annen ladestandard i USA er kjent som CCS eller SAE Combo. Den ble lansert i 2011 av en gruppe europeiske og amerikanske bilprodusenter. Ordetkombinasjonindikerer at støpselet har både AC-lading (opptil 43 kW) og DC-lading.132 In

I Tyskland ble koalisjonen Charging Interface Initiative (CharIN) dannet for å fremme utbredt bruk av CCS. I motsetning til CHAdeMO muliggjør en CCS-plugg DC- og AC-lading med én port, noe som reduserer plassen og åpningene som kreves på bilkarosseriet. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA og Hyundai støtter CCS. Tesla har også sluttet seg til koalisjonen, og i november 2018 annonserte de at kjøretøyene deres i Europa ville bli utstyrt med CCS-ladeporter.133 Chevrolet Bolt og BMW i3 er blant de populære elbilene i USA som bruker CCS-lading. Mens nåværende CCS-hurtigladere tilbyr lading på rundt 50 kW, inkluderer Electrify America-programmet hurtiglading på 350 kW, noe som kan muliggjøre en nesten fullstendig lading på så lite som 10 minutter.

Den tredje ladestandarden i USA drives av Tesla, som lanserte sitt eget proprietære Supercharger-nettverk i USA i september 2012.134 Tesla

Kompressorer opererer vanligvis på 480 volt og tilbyr lading på maksimalt 120 kW.

I januar 2019 listet Teslas nettsted opp 595 Supercharger-lokasjoner i USA, med ytterligere 420 lokasjoner «kommer snart».135 I mai 2018 antydet Tesla at Superchargers i fremtiden kunne nå effektnivåer så høye som 350 kW.136

I vår forskning for denne rapporten spurte vi amerikanske intervjuobjekter om de anså mangelen på én nasjonal standard for DC-hurtiglading som en hindring for adopsjon av elbiler. Få svarte bekreftende. Årsakene til at flere DC-hurtigladingsstandarder ikke anses som et problem, inkluderer:

● Mesteparten av ladingen av elbiler foregår hjemme og på jobb, med nivå 1- og 2-ladere.

● Mye av den offentlige ladeinfrastrukturen og ladeinfrastrukturen på arbeidsplasser har til dags dato brukt nivå 2-ladere.

● Adaptere er tilgjengelige som lar elbileiere bruke de fleste likestrømshurtigladere, selv om elbilen og laderen bruker forskjellige ladestandarder. (Hovedunntaket, Teslas superladenettverk, er kun åpent for Tesla-biler.) Det er verdt å merke seg at det er noen bekymringer om sikkerheten til hurtigladeadaptere.

● Siden pluggen og kontakten representerer en liten prosentandel av kostnaden for en hurtigladestasjon, byr dette på liten teknisk eller økonomisk utfordring for stasjonseiere og kan sammenlignes med slangene for bensin med ulik oktan på en bensinstasjon. Mange offentlige ladestasjoner har flere plugger koblet til én ladestolpe, slik at alle typer elbiler kan lades der. Faktisk krever eller gir mange jurisdiksjoner dette insentiver.LADING AV ELBILIEN I KINA OG USA

38 | SENTER FOR GLOBAL ENERGIPOLITIKK | COLUMBIA SIPA

Noen bilprodusenter har sagt at et eksklusivt ladenettverk representerer en konkurransedyktig strategi. Claas Bracklo, leder for elektromobilitet hos BMW og styreleder i CharIN, uttalte i 2018: «Vi har grunnlagt CharIN for å bygge en maktposisjon.»137 Mange Tesla-eiere og investorer anser det proprietære supercharger-nettverket som et salgsargument, selv om Tesla fortsetter å uttrykke vilje til å la andre bilmodeller bruke nettverket deres, forutsatt at de bidrar med finansiering proporsjonalt med bruken.138 Tesla er også en del av CharIN som promoterer CCS. I november 2018 kunngjorde de at Model 3-biler som selges i Europa ville bli utstyrt med CCS-porter. Tesla-eiere kan også kjøpe adaptere for å få tilgang til CHAdeMO-hurtigladere.139

C. Kommunikasjonsprotokoller for ladekommunikasjon Kommunikasjonsprotokoller for ladekommunikasjon er nødvendige for å optimalisere lading for brukerens behov (for å oppdage ladetilstand, batterispenning og sikkerhet) og for strømnettet (inkludert

distribusjonsnettkapasitet, prissetting basert på brukstid og målinger av etterspørselsrespons).140 Kina GB/T og CHAdeMO bruker en kommunikasjonsprotokoll kjent som CAN, mens CCS fungerer med PLC-protokollen. Åpne kommunikasjonsprotokoller, som Open Charge Point Protocol (OCPP) utviklet av Open Charging Alliance, blir stadig mer populære i USA og Europa.

I vår forskning for denne rapporten nevnte flere amerikanske intervjuobjekter overgangen mot åpne kommunikasjonsprotokoller og programvare som en politisk prioritet. Spesielt ble noen offentlige ladeprosjekter som mottok finansiering under American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) nevnt som leverandører med proprietære plattformer som senere opplevde økonomiske vanskeligheter, noe som førte til ødelagt utstyr som måtte utskiftes.141 De fleste byer, forsyningsselskaper og ladenettverk som ble kontaktet for denne studien uttrykte støtte til åpne kommunikasjonsprotokoller og insentiver for å gjøre det mulig for ladenettverksverter å bytte leverandører sømløst.142

D. Kostnader

Hjemmeladere er billigere i Kina enn i USA. I Kina selges en typisk veggmontert hjemmelader på 7 kW på nett for mellom 1 200 og 1 800 RMB.143 Installasjon krever ekstra kostnad. (De fleste private kjøp av elbiler inkluderer lader og installasjon.) I USA koster nivå 2-hjemmeladere i området $450–$600, pluss et gjennomsnitt på omtrent $500 for installasjon.144 DC-hurtigladeutstyr er betydelig dyrere i begge land. Kostnadene varierer mye. En kinesisk ekspert som ble intervjuet for denne rapporten anslo at installasjon av en 50 kW DC-hurtigladestolpe i Kina vanligvis koster mellom RMB 45 000 og RMB 60 000, hvor selve ladestolpen står for omtrent RMB 25 000–35 000 og kabling, underjordisk infrastruktur og arbeidskraft står for resten.145 I USA kan DC-hurtiglading koste titusenvis av dollar per stolpe. Viktige variabler som påvirker kostnadene ved å installere DC-hurtigladeutstyr inkluderer behovet for grøfting, oppgradering av transformatorer, nye eller oppgraderte kretser og elektriske paneler og estetiske oppgraderinger. Skilting, tillatelser og tilgang for funksjonshemmede er ytterligere hensyn.146

E. Trådløs lading

Trådløs lading tilbyr flere fordeler, inkludert estetikk, tidsbesparelse og brukervennlighet.

Det var tilgjengelig på 1990-tallet for EV1 (en tidlig elbil), men er sjeldent i dag.147 Trådløse ladesystemer for elbiler som tilbys på nett varierer i pris fra $1260 til rundt $3000.148 Trådløs lading av elbiler har en effektivitetsstraff, med nåværende systemer som tilbyr ladeeffektivitet på rundt 85 %.149 Nåværende trådløse ladeprodukter tilbyr kraftoverføring på 3–22 kW; trådløse ladere er tilgjengelige for flere elbilmodeller fra Plugless-lading på enten 3,6 kW eller 7,2 kW, tilsvarende nivå 2-lading.150 Selv om mange elbilbrukere anser trådløs lading som ikke verdt merkostnaden,151 har noen analytikere spådd at teknologien snart vil bli utbredt, og flere bilprodusenter har kunngjort at de vil tilby trådløs lading som et alternativ på fremtidige elbiler. Trådløs lading kan være attraktivt for visse kjøretøy med definerte ruter, for eksempel offentlige busser, og det har også blitt foreslått for fremtidige elektriske motorveifelt, selv om høye kostnader, lav ladeeffektivitet og lave ladehastigheter ville være ulemper.152

F. Batteribytte

Med batteribytteteknologi kan elbiler bytte ut sine utladede batterier med andre som er fulladet. Dette vil dramatisk forkorte tiden det tar å lade en elbil, med betydelige potensielle fordeler for sjåførene.

Flere kinesiske byer og selskaper eksperimenterer for tiden med batteribytte, med fokus på elbiler med høy utnyttelsesgrad, som drosjer. Byen Hangzhou har tatt i bruk batteribytte for drosjeflåten sin, som bruker lokalt produserte Zotye elbiler.155 Beijing har bygget flere batteribyttestasjoner i et initiativ støttet av den lokale bilprodusenten BAIC. Sent i 2017 annonserte BAIC en plan om å bygge 3000 byttestasjoner over hele landet innen 2021.156 Den kinesiske elbiloppstartsbedriften NIO planlegger å ta i bruk batteribytteteknologi for noen av kjøretøyene sine og annonserte at de ville bygge 1100 byttestasjoner i Kina.157 Flere byer i Kina – inkludert Hangzhou og Qingdao – har også brukt batteribytte for busser.158

I USA falmet diskusjonen om batteribytte etter konkursen til den israelske batteribytteoppstartsbedriften Project Better Place i 2013, som hadde planlagt et nettverk av byttestasjoner for personbiler.153 I 2015 forlot Tesla planene sine om byttestasjoner etter å ha bygget bare ett demonstrasjonsanlegg, og skyldte på manglende forbrukerinteresse. Det er få, om noen, eksperimenter i gang med batteribytte i USA i dag.154 Nedgangen i batterikostnader, og kanskje i mindre grad utplasseringen av DC-hurtigladeinfrastruktur, har sannsynligvis redusert attraktiviteten til batteribytte i USA.

Selv om batteribytte gir flere fordeler, har det også bemerkelsesverdige ulemper. Et elbilbatteri er tungt og vanligvis plassert nederst på kjøretøyet, og danner en integrert strukturell komponent med minimale tekniske toleranser for justering og elektriske tilkoblinger. Dagens batterier krever vanligvis kjøling, og det er vanskelig å koble til og fra kjølesystemer.159 Gitt størrelsen og vekten må batterisystemer passe perfekt for å unngå skrangling, redusere slitasje og holde kjøretøyet sentrert. Skateboardbatteriarkitektur som er vanlig i dagens elbiler forbedrer sikkerheten ved å senke kjøretøyets vektsenter og forbedre kollisjonsbeskyttelsen foran og bak. Avtakbare batterier plassert i bagasjerommet eller andre steder ville mangle denne fordelen. Siden de fleste bileiere hovedsakelig lader hjemme ellerLADING AV ELBILIEN I KINA OG USAPå jobben ville ikke batteribytte nødvendigvis løse problemene med ladeinfrastrukturen – det ville bare bidra til å håndtere offentlig lading og rekkevidde. Og fordi de fleste bilprodusenter ikke er villige til å standardisere batteripakker eller design – biler er designet rundt batteriene og motorene sine, noe som gjør dette til en viktig proprietær verdi160 – kan batteribytte kreve et separat nettverk av byttestasjoner for hvert bilselskap eller separat bytteutstyr for forskjellige modeller og størrelser på kjøretøy. Selv om mobile batteribyttebiler har blitt foreslått,161 har denne forretningsmodellen ennå ikke blitt implementert.