Технологије пуњача за електрична возила

Технологије пуњења електричних возила у Кини и Сједињеним Државама су углавном сличне. У обе земље, каблови и утикачи су убедљиво доминантна технологија за пуњење електричних возила. (Бежично пуњење и замена батерија имају највише мало присуство.) Постоје разлике између две земље у погледу нивоа пуњења, стандарда пуњења и комуникационих протокола. Ове сличности и разлике су размотрене у наставку.

A. Нивои пуњења

У Сједињеним Државама, велики део пуњења електричних возила одвија се на 120 волти користећи немодификоване кућне зидне утичнице. Ово је генерално познато као пуњење нивоа 1 или „малократско“ пуњење. Са пуњењем нивоа 1, типичној батерији од 30 kWh потребно је приближно 12 сати да се напуни од 20% до скоро потпуног пуњења. (У Кини нема утичница од 120 волти.)

И у Кини и у Сједињеним Државама, велики део пуњења електричних возила се одвија на 220 волти (Кина) или 240 волти (Сједињене Државе). У Сједињеним Државама, ово је познато као пуњење нивоа 2.

Такво пуњење може се обавити помоћу немодификованих утичница или специјализоване опреме за пуњење електричних возила и обично користи око 6–7 kW снаге. Приликом пуњења на 220–240 волти, типичној батерији од 30 kWh потребно је приближно 6 сати да се напуни од 20% до скоро потпуног пуњења.

Коначно, и Кина и Сједињене Државе имају растуће мреже брзих пуњача једносмерном струјом, који обично користе снагу од 24 kW, 50 kW, 100 kW или 120 kW. Неке станице могу понудити снагу од 350 kW или чак 400 kW. Ови брзи пуњачи једносмерном струјом могу напунити батерију возила од 20% до скоро потпуног пуњења за време од отприлике једног сата до само 10 минута.

Табела 6:Најчешћи нивои пуњења у САД

Извор: Министарство енергетике САД

Б. Стандарди наплаћивања

i. Кина

Кина има један национални стандард за брзо пуњење електричних возила. САД имају три стандарда за брзо пуњење електричних возила.

Кинески стандард је познат као China GB/T. (ИницијалиGBпредставља национални стандард.)

Кинески GB/T је објављен 2015. године након неколико година развоја.124 Сада је обавезан за сва нова електрична возила која се продају у Кини. Међународни произвођачи аутомобила, укључујући Теслу, Нисан и BMW, усвојили су стандард GB/T за своја електрична возила која се продају у Кини. GB/T тренутно омогућава брзо пуњење са максималном снагом од 237,5 kW (на 950 V и 250 ампера), иако многи

Кинески брзи пуњачи са једносмерном струјом нуде пуњење од 50 kW. Нови GB/T биће објављен 2019. или 2020. године, који ће наводно надоградити стандард тако да укључује пуњење до 900 kW за већа комерцијална возила. GB/T је стандард који важи само за Кину: неколико електричних возила произведених у Кини која се извозе у иностранство користе друге стандарде.125

У августу 2018. године, Кинески савет за електричну енергију (CEC) објавио је меморандум о разумевању са мрежом CHAdeMO, са седиштем у Јапану, о заједничком развоју ултрабрзог пуњења. Циљ је компатибилност између GB/T и CHAdeMO за брзо пуњење. Две организације ће се удружити како би прошириле стандард на земље изван Кине и Јапана.126

ii. Сједињене Америчке Државе

У Сједињеним Државама постоје три стандарда пуњења електричних возила за брзо пуњење једносмерном струјом: CHAdeMO, CCS SAE Combo и Tesla.

CHAdeMO је био први стандард за брзо пуњење електричних возила, који датира из 2011. године. Развио га је Токио.

Компанија за електричну енергију и скраћеница је од „Charge to Move“ (игра речи на јапанском).127 CHAdeMO се тренутно користи у Сједињеним Државама у Nissan Leaf-у и Mitsubishi Outlander PHEV-у, који су међу најпродаванијим електричним возилима. Успех Leaf-а у Сједињеним Државама може битиПУЊЕЊЕ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВОЗИЛА У КИНИ И СЈЕДИЊЕНИМ ДРЖАВАМА

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ФЕБРУАР 2019 |

делимично због ране посвећености компаније Nissan да уведе CHAdeMO инфраструктуру за брзо пуњење у продајним објектима и другим градским локацијама.128 Од јануара 2019. године, у Сједињеним Државама је било преко 2.900 CHAdeMO брзих пуњача (као и више од 7.400 у Јапану и 7.900 у Европи).129

Године 2016, CHAdeMO је најавио да ће надоградити свој стандард са почетне стопе наплате од 70

kW ће понудити 150 kW.130 У јуну 2018. године, CHAdeMO је најавио увођење могућности пуњења од 400 kW, користећи каблове са течним хлађењем од 1.000 V и 400 ампера. Пуњење веће снаге биће доступно како би се задовољиле потребе великих комерцијалних возила као што су камиони и аутобуси.131

Други стандард пуњења у Сједињеним Државама познат је као CCS или SAE Combo. Објавила га је 2011. године група европских и америчких произвођача аутомобила. Реч...комбоозначава да утикач садржи и АЦ пуњење (до 43 kW) и једносмерно пуњење.132 In

У Немачкој је формирана коалиција Иницијатива за интерфејс за пуњење (CharIN) како би се залагала за широко усвајање CCS-а. За разлику од CHAdeMO-а, CCS утикач омогућава једносмерно и наизменично пуњење са једним портом, смањујући простор и отворе потребне на каросерији возила. Јагуар,

Фолксваген, Џенерал моторс, БМВ, Дајмлер, Форд, ФЦА и Хјундаи подржавају CCS. Тесла се такође придружила коалицији и у новембру 2018. године најавила да ће њена возила у Европи бити опремљена CCS портовима за пуњење.133 Шевролет Болт и БМВ i3 су међу популарним електричним возилима у Сједињеним Државама која користе CCS пуњење. Док тренутни CCS брзи пуњачи нуде пуњење снаге око 50 kW, програм Електрифај Америка укључује брзо пуњење од 350 kW, што би могло омогућити скоро потпуно пуњење за само 10 минута.

Трећи стандард пуњења у Сједињеним Државама користи компанија Тесла, која је покренула сопствену мрежу суперпуњача у Сједињеним Државама у септембру 2012. године.134 Тесла

Суперпуњачи обично раде на 480 волти и нуде пуњење максималном снагом од 120 kW.

У јануару 2019. године, веб-сајт компаније Тесла навео је 595 локација са суперпуњачима у Сједињеним Државама, а додатних 420 локација „ускоро“.135 У мају 2018. године, Тесла је наговестила да би у будућности њени суперпуњачи могли достићи ниво снаге и до 350 kW.136

У нашем истраживању за овај извештај, питали смо испитанике из САД да ли сматрају да је недостатак јединственог националног стандарда за брзо пуњење једносмерном струјом препрека усвајању електричних возила. Мало ко је одговорио потврдно. Разлози зашто се вишеструки стандарди за брзо пуњење једносмерном струјом не сматрају проблемом укључују:

● Већина пуњења електричних возила се обавља код куће и на послу, помоћу пуњача нивоа 1 и 2.

● Велики део јавне и радне инфраструктуре за пуњење до сада је користио пуњаче нивоа 2.

● Доступни су адаптери који омогућавају власницима електричних возила да користе већину брзих пуњача са једносмерном струјом, чак и ако електрично возило и пуњач користе различите стандарде пуњења. (Главни изузетак, Теслина мрежа за пуњење пуњењем, отворена је само за Теслина возила.) Приметно је да постоје извесне забринутости у вези са безбедношћу адаптера за брзо пуњење.

● Пошто утикач и конектор представљају мали проценат цене станице за брзо пуњење, ово представља мали технички или финансијски изазов за власнике станица и могло би се упоредити са цревима за бензине различитих октана на бензинској станици. Многе јавне станице за пуњење имају више утикача прикључених на једно место за пуњење, што омогућава пуњење било које врсте електричног возила тамо. Заиста, многе јурисдикције захтевају или подстичу ово.ПУЊЕЊЕ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВОЗИЛА У КИНИ И СЈЕДИЊЕНИМ ДРЖАВАМА

38 | ЦЕНТАР ЗА ГЛОБАЛНУ ЕНЕРГЕТСКУ ПОЛИТИКУ | КОЛУМБИЈА СИПА

Неки произвођачи аутомобила су рекли да ексклузивна мрежа за пуњење представља конкурентску стратегију. Клаас Бракло, шеф електромобилности у BMW-у и председник CharIN-а, изјавио је 2018. године: „Основали смо CharIN да бисмо изградили позицију моћи.“137 Многи власници и инвеститори Тесле сматрају њену власничку мрежу суперпуњача продајном предношћу, иако Тесла и даље изражава спремност да дозволи другим моделима аутомобила да користе њену мрежу под условом да допринесу финансирањем пропорционално коришћењу.138 Тесла је такође део CharIN-а који промовише CCS. У новембру 2018. године, објавила је да ће аутомобили Модел 3 који се продају у Европи бити опремљени CCS портовима. Власници Тесле такође могу купити адаптере за приступ CHAdeMO брзим пуњачима.139

C. Протоколи за комуникацију пуњења Протоколи за комуникацију пуњења су неопходни за оптимизацију пуњења за потребе корисника (за детекцију стања напуњености, напона батерије и безбедности) и за мрежу (укључујући

капацитет дистрибутивне мреже, одређивање цена на основу времена коришћења и мере одговора на потражњу).140 Кина GB/T и CHAdeMO користе комуникациони протокол познат као CAN, док CCS ради са PLC протоколом. Отворени комуникациони протоколи, као што је Open Charge Point Protocol (OCPP) који је развила Open Charging Alliance, постају све популарнији у Сједињеним Државама и Европи.

У нашем истраживању за овај извештај, неколико испитаника из САД навело је прелазак на отворене комуникационе протоколе и софтвер као политички приоритет. Конкретно, за неке пројекте јавних пуњача који су добили финансирање у оквиру Закона о америчком опоравку и реинвестирању (ARRA) наведено је да су изабрали добављаче са власничким платформама који су потом доживели финансијске потешкоће, остављајући покварену опрему која је захтевала замену.141 Већина градова, комуналних услуга и мрежа за пуњење контактираних за ову студију изразила је подршку отвореним комуникационим протоколима и подстицајима како би се омогућило домаћинима мрежа за пуњење да беспрекорно промене добављача.142

Д. Трошкови

Кућни пуњачи су јефтинији у Кини него у Сједињеним Државама. У Кини, типичан зидни кућни пуњач од 7 kW продаје се онлајн за цену између 1.200 и 1.800 RMB.143 Инсталација захтева додатне трошкове. (Већина приватних куповина електричних возила долази са пуњачем и инсталацијом.) У Сједињеним Државама, кућни пуњачи нивоа 2 коштају у распону од 450 до 600 долара, плус просечно око 500 долара за инсталацију.144 Опрема за брзо једносмерно пуњење је знатно скупља у обе земље. Трошкови се значајно разликују. Један кинески стручњак интервјуисан за овај извештај проценио је да инсталирање станице за брзо једносмерно пуњење од 50 kW у Кини обично кошта између 45.000 и 60.000 RMB, при чему сама станица за пуњење кошта отприлике 25.000 – 35.000 RMB, а каблови, подземна инфраструктура и радна снага чине остатак.145 У Сједињеним Државама, брзо једносмерно пуњење може коштати десетине хиљада долара по станици. Главне варијабле које утичу на трошкове инсталирања опреме за брзо пуњење једносмерном струјом укључују потребу за ископавањем ровова, надоградњом трансформатора, новим или надограђеним колима и електричним панелима и естетским надоградњама. Сигнализација, дозволе и приступ за инвалиде су додатна разматрања која треба узети у обзир.146

E. Бежично пуњење

Бежично пуњење нуди неколико предности, укључујући естетику, уштеду времена и једноставност коришћења.

Био је доступан 1990-их за EV1 (рани електрични аутомобил), али је данас редак.147 Бежични системи за пуњење електричних возила који се нуде онлајн крећу се по цени од 1.260 до око 3.000 долара.148 Бежично пуњење електричних возила носи са последицама по ефикасност, а тренутни системи нуде ефикасност пуњења од око 85%.149 Тренутни производи за бежично пуњење нуде пренос снаге од 3–22 kW; бежични пуњачи доступни за неколико модела електричних возила од Plugless charge са снагом од 3,6 kW или 7,2 kW, што је еквивалентно пуњењу нивоа 2.150 Док многи корисници електричних возила сматрају да бежично пуњење није вредно додатних трошкова,151 неки аналитичари су предвидели да ће технологија ускоро бити широко распрострањена, а неколико произвођача аутомобила је најавило да ће понудити бежично пуњење као опцију на будућим електричним возилима. Бежично пуњење би могло бити атрактивно за одређена возила са дефинисаним рутама, као што су јавни аутобуси, а предложено је и за будуће траке електричних аутопутева, иако би висока цена, ниска ефикасност пуњења и споре брзине пуњења били недостаци.152

F. Замена батерије

Са технологијом замене батерија, електрична возила би могла да замене своје испражњене батерије другима које су потпуно напуњене. Ово би драматично скратило време потребно за пуњење електричног возила, са значајним потенцијалним користима за возаче.

Неколико кинеских градова и компанија тренутно експериментише са заменом батерија, са фокусом на електрична возила са високом искоришћењем, као што су таксији. Град Хангџоу је применио замену батерија за своју такси флоту, која користи локално произведена електрична возила Zotye.155 Пекинг је изградио неколико станица за замену батерија у настојању које је подржао локални произвођач аутомобила BAIC. Крајем 2017. године, BAIC је најавио план за изградњу 3.000 станица за замену широм земље до 2021. године.156 Кинески стартап за електрична возила NIO планира да усвоји технологију замене батерија за нека од својих возила и најавио је да ће изградити 1.100 станица за замену у Кини.157 Неколико градова у Кини - укључујући Хангџоу и Ћингдао - такође је користило замену батерија за аутобусе.158

У Сједињеним Државама, дискусија о замени батерија је избледела након банкрота израелске стартапа за замену батерија „Project Better Place“ 2013. године, који је планирао мрежу станица за замену за путничке аутомобиле.153 Године 2015, Тесла је одустала од својих планова за станице за замену након што је изградила само један демонстрациони објекат, кривећи недостатак интересовања потрошача. Данас је у Сједињеним Државама у току мало или нимало експеримената у вези са заменом батерија.154 Пад трошкова батерија, а можда и у мањој мери распоређивање инфраструктуре за брзо пуњење једносмерном струјом, вероватно су смањили привлачност замене батерија у Сједињеним Државама.

Иако замена батерија нуди неколико предности, она има и значајне недостатке. Батерија електричног возила је тешка и обично се налази на дну возила, формирајући интегралну структурну компоненту са минималним инжењерским толеранцијама за поравнање и електричне везе. Данашње батерије обично захтевају хлађење, а повезивање и искључивање система за хлађење је тешко.159 С обзиром на њихову величину и тежину, системи батерија морају савршено да се уклапају како би се избегло звецкање, смањило хабање и одржало возило центрираним. Архитектура батерија за скејтборд, уобичајена у данашњим електричним возилима, побољшава безбедност спуштањем тежишта возила и побољшањем заштите од судара напред и позади. Уклоњиве батерије које се налазе у пртљажнику или негде другде не би имале ову предност. Пошто већина власника возила пуни углавном код куће или...ПУЊЕЊЕ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВОЗИЛА У КИНИ И СЈЕДИЊЕНИМ ДРЖАВАМАНа послу, замена батерија не би нужно решила проблеме инфраструктуре за пуњење — то би само помогло у решавању проблема јавног пуњења и домета. А пошто већина произвођача аутомобила није вољна да стандардизује батеријске пакете или дизајн — аутомобили су дизајнирани око својих батерија и мотора, што ово чини кључном власничком вредношћу160 — замена батерија би могла захтевати посебну мрежу станица за замену за сваку аутомобилску компанију или посебну опрему за замену за различите моделе и величине возила. Иако су предложени мобилни камиони за замену батерија,161 овај пословни модел још увек није имплементиран.