Ev Charger Technologies

EV-ladeteknologier i Kina og USA er stort sett like. I begge land er ledninger og plugger den overveldende dominerende teknologien for lading av elektriske kjøretøy. (Trådløs lading og batteribytte har høyst en liten tilstedeværelse.) Det er forskjeller mellom de to landene med hensyn til ladenivåer, ladestandarder og kommunikasjonsprotokoller. Disse likhetene og forskjellene diskuteres nedenfor.

A. Ladenivåer

I USA foregår mye elbil-lading ved 120 volt ved bruk av umodifiserte vegguttak i hjemmet. Dette er generelt kjent som nivå 1 eller "drypplading". Med nivå 1-lading tar et typisk 30 kWh-batteri omtrent 12 timer å gå fra 20 % til nesten full lading. (Det er ingen 120 volts uttak i Kina.)

I både Kina og USA foregår mye elbil-lading ved 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 elbil-ladeutstyr og bruker vanligvis omtrent 6–7 kW strøm. Når du lader ved 220–240 volt, tar et typisk 30 kWh-batteri omtrent 6 timer 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 kraft. Noen stasjoner kan tilby 350 kW eller til og med 400 kW kraft. Disse DC-hurtigladerne kan ta et kjøretøys batteri fra 20 % til en nesten full lading i tider som varierer fra omtrent en time til så lite som 10 minutter.

Tabell 6:De vanligste ladenivåene i USA

Kilde: US Department of Energy

B. Ladestandarder

jeg. Kina

Kina har en 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 utgitt i 2015 etter flere års utvikling.124 Det er nå obligatorisk for alle nye elektriske kjøretøy 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 øyeblikket 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 utgitt i 2019 eller 2020, som angivelig vil oppgradere standarden til å inkludere lading opp til 900 kW for større nyttekjøretøy. GB/T er en standard kun for Kina: de få kinesiske elbilene som eksporteres til utlandet bruker andre standarder.125

I august 2018 kunngjorde China Electricity Council (CEC) et avtaleavtale med CHAdeMO-nettverket, basert i Japan, for i fellesskap å utvikle ultrarask lading. 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. USA

I USA er det tre EV-ladestandarder for DC hurtiglading: CHAdeMO, CCS SAE Combo og Tesla.

CHAdeMO var den første hurtigladestandarden for elbiler, datert til 2011. Den ble utviklet av Tokyo

Electric Power Company og står for «Charge to Move» (et ordspill på japansk).127 CHAdeMO brukes for tiden i USA i Nissan Leaf og Mitsubishi Outlander PHEV, som er blant de mest solgte elektriske kjøretøyene. The Leafs suksess i USA kan væreLADING AV ELEKTRISK KJØRETØY 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 kunngjorde CHAdeMO at de ville oppgradere standarden fra den opprinnelige ladehastigheten på 70

kW for å tilby 150 kW.130 I juni 2018 kunngjorde CHAdeMO introduksjonen av 400 kW ladekapasitet, ved bruk av 1000 V, 400 amp væskekjølte kabler. Den høyere ladingen vil være tilgjengelig for å møte behovene til store nyttekjøretøyer som lastebiler og busser.131

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

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

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA og Hyundai støtter CCS. Tesla har også sluttet seg til koalisjonen og kunngjorde i november 2018 at kjøretøyene i Europa ville komme utstyrt med CCS-ladeporter.133 Chevrolet Bolt og BMW i3 er blant de populære elbilene i USA som bruker CCS-lading. Mens dagens 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

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

januar 2019 listet Teslas nettsted 595 Supercharger-lokasjoner i USA, med ytterligere 420 lokasjoner "kommer snart."135 I mai 2018 foreslo Tesla at Superchargers i fremtiden kan nå effektnivåer så høyt som 350 kW.136

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

● Det meste av elbillading foregår hjemme og på jobb, med nivå 1 og 2 ladere.

● Mye av den offentlige og arbeidsplassens ladeinfrastruktur til dags dato har brukt nivå 2-ladere.

● Adaptere er tilgjengelige som lar elbileiere bruke de fleste DC hurtigladere, selv om elbilen og laderen bruker forskjellige ladestandarder. (Hovedunntaket, Tesla-superladingsnettverket, er kun åpent for Tesla-kjøretøyer.) Spesielt er det noen bekymringer om sikkerheten til hurtigladeadaptere.

● Siden pluggen og koblingen utgjør en liten prosentandel av kostnadene for en hurtigladestasjon, utgjør dette en liten teknisk eller økonomisk utfordring for stasjonseiere og kan sammenlignes med slangene for forskjellige oktanbensiner på en bensinstasjon. Mange offentlige ladestasjoner har flere plugger festet til en enkelt ladepost, slik at alle typer elbiler kan lades der. Mange jurisdiksjoner krever eller oppmuntrer til dette.LADING AV ELEKTRISK KJØRETØY I KINA OG USA

38 | SENTER FOR GLOBAL ENERGIPOLITIKK | COLUMBIA SIPA

Noen bilprodusenter har sagt at et eksklusivt ladenettverk representerer en konkurransestrategi. Claas Bracklo, leder for elektromobilitet i 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 superladernettverket som et salgsargument, selv om Tesla fortsetter å uttrykke vilje til å la andre bilmodeller bruke nettverket forutsatt at de bidrar med finansiering proporsjonalt med bruken.138 Tesla er også en del av CharIN som promoterer CCS. I november 2018 kunngjorde den at Model 3-biler som selges i Europa ville være utstyrt med CCS-porter. Tesla-eiere kan også kjøpe adaptere for å få tilgang til CHAdeMO hurtigladere.139

C. Ladekommunikasjonsprotokoller Ladekommunikasjonsprotokoller er nødvendige for å optimalisere ladingen for brukerens behov (for å oppdage ladetilstand, batterispenning og sikkerhet) og for nettet (inkludert

distribusjonsnettverkskapasitet, prissetting av tid og etterspørselrespons).140 Kina GB/T og CHAdeMO bruker en kommunikasjonsprotokoll kjent som CAN, mens CCS arbeider med PLS-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, siterte flere amerikanske intervjuobjekter overgangen mot åpne kommunikasjonsprotokoller og programvare som en politisk prioritet. Spesielt ble noen offentlige ladeprosjekter som mottok finansiering i henhold til American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) sitert for å ha valgt leverandører med proprietære plattformer som senere opplevde økonomiske vanskeligheter, og etterlot ødelagt utstyr som krevde utskifting.141 De fleste byer, verktøy og lading nettverk kontaktet for denne studien uttrykte støtte for åpne kommunikasjonsprotokoller og insentiver for å gjøre det mulig for ladenettverksverter å sømløst bytte leverandør.142

D. Kostnader

Hjemmeladere er billigere i Kina enn i USA. I Kina selges en typisk 7 kW veggmontert hjemmelader på nettet for mellom RMB 1 200 og RMB 1 800 143 Installasjon krever ekstra kostnader. (De fleste kjøp av private elbiler kommer med lader og installasjon inkludert.) 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 estimerte at installasjon av en 50 kW DC hurtigladestolpe i Kina vanligvis koster mellom RMB 45 000 og RMB 60 000, og selve ladeposten står for omtrent RMB 25 000 – RMB 35 000 og kabling, underjordisk infrastruktur og arbeidsregnskap. for resten.145 I USA kan DC hurtiglading koste titusenvis av dollar per post. Viktige variabler som påvirker kostnadene ved å installere DC hurtigladeutstyr inkluderer behovet for grøfting, transformatoroppgraderinger, nye eller oppgraderte kretser og elektriske paneler og estetiske oppgraderinger. Skilting, tillatelse og tilgang for funksjonshemmede er tilleggshensyn.146

E. Trådløs lading

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

Den var tilgjengelig på 1990-tallet for EV1 (en tidlig elbil), men er sjelden i dag.147 Trådløse EV-ladesystemer som tilbys online varierer i pris fra $1260 til rundt $3000.148 Trådløs EV-lading har en effektivitetsstraff, med dagens systemer som tilbyr ladeeffektivitet på rundt 85%.149 Nåværende trådløse ladeprodukter tilbyr kraftoverføring på 3–22 kW; trådløse ladere tilgjengelig for flere EV-modeller fra Plugless charge på enten 3,6 kW eller 7,2 kW, tilsvarende nivå 2-lading.150 Mens mange EV-brukere anser trådløs lading som ikke verdt tilleggskostnaden,151 har noen analytikere spådd at teknologien snart vil bli utbredt, og flere bilprodusenter har annonsert at de vil tilby trådløs lading som et alternativ på fremtidige elbiler. Trådløs lading kan være attraktivt for visse kjøretøyer 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 vil være ulemper.152

F. Batteribytte

Med batteribytteteknologi kan elektriske kjøretøy bytte ut de tomme batteriene til 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 utnyttelse, for eksempel drosjer. Byen Hangzhou har utplassert batteribytte for sin taxiflåte, som bruker lokalt produserte Zotye EVs.155 Beijing har bygget flere batteribyttestasjoner i et forsøk støttet av den lokale bilprodusenten BAIC. På slutten av 2017 kunngjorde BAIC en plan om å bygge 3000 byttestasjoner over hele landet innen 2021.156 Den kinesiske EV-oppstarten NIO planlegger å ta i bruk batteribytteteknologi for noen av kjøretøyene sine og kunngjorde 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 ble diskusjonen om batteribytte falmet etter konkursen i 2013 til den israelske batteribytte-oppstarten Project Better Place, som hadde planlagt et nettverk av byttestasjoner for personbiler.153 I 2015 forlot Tesla sine byttestasjonsplaner etter å ha bygget bare én demonstrasjonsanlegg, skylde på manglende forbrukerinteresse. Det er få om noen eksperimenter på gang med hensyn til batteribytting i USA i dag.154 Nedgangen i batterikostnader, og kanskje i mindre grad utplasseringen av DC-hurtigladingsinfrastruktur, har sannsynligvis redusert tiltrekningen av batteribytte i USA.

Selv om batteribytte gir flere fordeler, har det også bemerkelsesverdige ulemper. Et EV-batteri er tungt og vanligvis plassert i bunnen av kjøretøyet, og danner en integrert strukturell komponent med minimale tekniske toleranser for justering og elektriske tilkoblinger. Dagens batterier krever vanligvis kjøling, og til- og frakobling av kjølesystemer er vanskelig.159 Gitt deres størrelse og vekt, må batterisystemer passe perfekt for å unngå rasling, 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 kjøretøyeiere lader hovedsakelig hjemme ellerLADING AV ELEKTRISK KJØRETØY I KINA OG USApå jobb vil batteribytte ikke nødvendigvis løse problemene med ladeinfrastrukturen – det vil bare bidra til å løse 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 deres, noe som gjør dette til en nøkkelrettighetsverdi160 – kan batteribytte kreve et eget byttestasjonsnettverk 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.