Ev Charger Technologies

EV hleðslutækni í Kína og Bandaríkjunum er í stórum dráttum svipuð. Í báðum löndum eru snúrur og innstungur yfirgnæfandi ríkjandi tækni til að hlaða rafbíla. (Þráðlaus hleðsla og rafhlöðuskipti hafa í mesta lagi minni háttar tilvist.) Það er munur á milli landanna tveggja með tilliti til hleðslustiga, hleðslustaðla og samskiptareglur. Fjallað er um þessi líkindi og mismun hér að neðan.

A. Hleðslustig

Í Bandaríkjunum fer mikil rafhleðsla fram við 120 volt með óbreyttum innstungum fyrir heimili. Þetta er almennt þekkt sem Level 1 eða „trickle“ hleðsla. Með stigi 1 hleðslu tekur dæmigerð 30 kWh rafhlaða um það bil 12 klukkustundir að fara úr 20% í næstum fulla hleðslu. (Það eru engar 120 volta innstungur í Kína.)

Bæði í Kína og Bandaríkjunum fer mikil rafhleðsla fram við 220 volt (Kína) eða 240 volt (Bandaríkin). Í Bandaríkjunum er þetta þekkt sem Level 2 hleðsla.

Slík hleðsla getur farið fram með óbreyttum innstungum eða sérhæfðum rafhleðslubúnaði og notar venjulega um 6–7 kW af afli. Þegar hleðsla er 220–240 volt tekur dæmigerð 30 kWh rafhlaða um það bil 6 klukkustundir að fara úr 20% í næstum fulla hleðslu.

Að lokum hafa bæði Kína og Bandaríkin vaxandi net af DC hraðhleðslutæki, sem nota venjulega 24 kW, 50 kW, 100 kW eða 120 kW af afli. Sumar stöðvar geta boðið 350 kW eða jafnvel 400 kW afl. Þessar DC hraðhleðslutæki geta tekið rafhlöðu ökutækis frá 20% í næstum fulla hleðslu á tímum sem eru allt frá u.þ.b. einni klukkustund upp í allt að 10 mínútur.

Tafla 6:Algengustu hleðslustig í Bandaríkjunum

Heimild: US Department of Energy

B. Hleðslustaðlar

i. Kína

Kína er með einn landsvísan EV hraðhleðslustaðal. Bandaríkin hafa þrjá EV hraðhleðslustaðla.

Kínverski staðallinn er þekktur sem Kína GB/T. (UpphafsstafirnirGBstanda fyrir landsstaðal.)

China GB/T kom út árið 2015 eftir nokkurra ára þróun.124 Það er nú skylda fyrir öll ný rafknúin farartæki sem seld eru í Kína. Alþjóðlegir bílaframleiðendur, þar á meðal Tesla, Nissan og BMW, hafa tekið upp GB/T staðalinn fyrir rafbíla sína sem seldir eru í Kína. GB/T leyfir nú hraðhleðslu að hámarki 237,5 kW af afköstum (við 950 V og 250 amper), þó að margir

Kínversk DC hraðhleðslutæki bjóða upp á 50 kW hleðslu. Nýtt GB/T mun koma út árið 2019 eða 2020, sem mun að sögn uppfæra staðalinn til að fela í sér hleðslu allt að 900 kW fyrir stærri atvinnubíla. GB/T er staðall eingöngu fyrir Kína: fáir rafbílar sem eru framleiddir í Kína sem fluttir eru út til útlanda nota aðra staðla.125

Í ágúst 2018 tilkynnti rafmagnsráð Kína (CEC) viljayfirlýsingu við CHAdeMO netið, með aðsetur í Japan, um að þróa sameiginlega ofurhraðhleðslu. Markmiðið er samhæfni milli GB/T og CHAdeMO fyrir hraðhleðslu. Samtökin tvö munu eiga í samstarfi um að útvíkka staðalinn til landa utan Kína og Japan.126

ii. Bandaríkin

Í Bandaríkjunum eru þrír rafhleðslustaðlar fyrir DC hraðhleðslu: CHAdeMO, CCS SAE Combo og Tesla.

CHAdeMO var fyrsti EV hraðhleðslustaðallinn, frá 2011. Hann var þróaður af Tokyo

Electric Power Company og stendur fyrir „Charge to Move“ (orðaleikur á japönsku).127 CHAdeMO er nú notað í Bandaríkjunum í Nissan Leaf og Mitsubishi Outlander PHEV, sem eru meðal söluhæstu rafbílanna. Árangur Leaf í Bandaríkjunum kann að veraRAFBÍKARHLÆÐI Í KÍNA OG BANDARÍKIN

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRÚAR 2019 |

að hluta til vegna snemma skuldbindingar Nissan um að koma CHAdeMO hraðhleðslumannvirkjum í notkun hjá umboðum og öðrum þéttbýlisstöðum.128 Í janúar 2019 voru yfir 2.900 CHAdeMO hraðhleðslutæki í Bandaríkjunum (ásamt meira en 7.400 í Japan og 7.900 í Evrópu).129

Árið 2016 tilkynnti CHAdeMO að það myndi uppfæra staðalinn sinn frá upphaflegu hleðsluhraða sínum upp á 70

kW að bjóða 150 kW.130 Í júní 2018 tilkynnti CHAdeMO kynningu á 400 kW hleðslugetu, með 1.000 V, 400 amp vökvakældum snúrum. Hærri gjaldtaka verður í boði til að mæta þörfum stórra atvinnubíla eins og vörubíla og rútur.131

Annar hleðslustaðall í Bandaríkjunum er þekktur sem CCS eða SAE Combo. Það var gefið út árið 2011 af hópi evrópskra og bandarískra bílaframleiðenda. Orðiðcombogefur til kynna að innstungan inniheldur bæði AC hleðslu (við allt að 43 kW) og DC hleðslu.132 In

Þýskaland, Charging Interface Initiative (CharIN) bandalagið var stofnað til að tala fyrir víðtækri upptöku CCS. Ólíkt CHAdeMO gerir CCS stinga DC og AC hleðslu með einni tengi, sem dregur úr plássi og opnum sem þarf á yfirbyggingu ökutækisins. Jagúar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA og Hyundai styðja CCS. Tesla hefur einnig gengið til liðs við bandalagið og tilkynnti í nóvember 2018 að ökutæki þeirra í Evrópu yrðu búin CCS hleðslutengi.133 Chevrolet Bolt og BMW i3 eru meðal vinsælustu rafbíla í Bandaríkjunum sem nota CCS hleðslu. Þó núverandi CCS hraðhleðslutæki bjóða upp á hleðslu á um það bil 50 kW, inniheldur Electrify America forritið hraðhleðslu upp á 350 kW, sem gæti gert næstum fullkomna hleðslu á allt að 10 mínútum.

Þriðji hleðslustaðallinn í Bandaríkjunum er rekinn af Tesla, sem hleypti af stokkunum eigin Supercharger neti í Bandaríkjunum í september 2012.134 Tesla

Ofurhleðslutæki ganga venjulega á 480 volt og bjóða upp á hleðslu að hámarki 120 kW. Sem

janúar 2019, Tesla-vefsíðan skráði 595 forþjöppustöðvar í Bandaríkjunum, og 420 viðbótarstaðir „væntanlegir.“135 Í maí 2018 lagði Tesla til að í framtíðinni gætu ofþjöppurnar náð aflstigi allt að 350 kW.136

Í rannsókn okkar fyrir þessa skýrslu spurðum við bandaríska viðmælendur hvort þeir teldu skortur á einum landsstaðli fyrir DC hraðhleðslu vera hindrun fyrir upptöku rafbíla. Fáir svöruðu því játandi. Ástæðurnar fyrir því að margir DC hraðhleðslustaðlar eru ekki taldir vera vandamál eru:

● Flestar rafhleðslur fara fram heima og á vinnustaðnum, með hleðslutæki af stigi 1 og 2.

● Stór hluti hleðsluinnviða almennings og vinnustaða hefur hingað til notað hleðslutæki af stigi 2.

● Millistykki eru fáanleg sem gera EV eigendum kleift að nota flest DC hraðhleðslutæki, jafnvel þótt EV og hleðslutækið noti mismunandi hleðslustaðla. (Helsta undantekningin, Tesla ofurhleðslukerfið, er aðeins opið fyrir Tesla ökutæki.) Sérstaklega eru nokkrar áhyggjur af öryggi hraðhleðslu millistykki.

● Þar sem klóið og tengið eru lítið hlutfall af kostnaði við hraðhleðslustöð, er þetta litla tæknilega eða fjárhagslega áskorun fyrir eigendur stöðvarinnar og gæti verið líkt við slöngur fyrir mismunandi oktan bensín á eldsneytisstöð. Margar almennar hleðslustöðvar eru með margar innstungur tengdar við eina hleðslustöð, sem gerir hvers kyns rafbílum kleift að hlaða þar. Reyndar krefjast eða hvetja mörg lögsagnarumdæmi þetta.RAFBÍKARHLÆÐI Í KÍNA OG BANDARÍKIN

38 | MIÐSTÖÐ UM ALÞJÓÐLEGA ORKUSTEFNU | KÓLUMBÍA SIPA

Sumir bílaframleiðendur hafa sagt að einstakt hleðslukerfi tákni samkeppnisstefnu. Claas Bracklo, yfirmaður rafhreyfanleika hjá BMW og stjórnarformaður CharIN, sagði árið 2018: "Við höfum stofnað CharIN til að byggja upp valdastöðu." vilji til að leyfa öðrum bílgerðum að nota net sitt að því tilskildu að þær leggi fram fjármagn í réttu hlutfalli við notkun.138 Tesla er einnig hluti af CharIN sem stuðlar að CCS. Í nóvember 2018 tilkynnti það að Model 3 bílar seldir í Evrópu yrðu búnir CCS höfnum. Tesla eigendur geta einnig keypt millistykki til að fá aðgang að CHAdeMO hraðhleðslutæki.139

C. Hleðslusamskiptareglur Hleðslusamskiptareglur eru nauðsynlegar til að hámarka hleðsluna fyrir þarfir notandans (til að greina hleðsluástand, rafhlöðuspennu og öryggi) og fyrir netið (þ.m.t.

getu dreifikerfis, verðlagningu á notkunartíma og ráðstafanir til að bregðast við eftirspurn).140 Kína GB/T og CHAdeMO nota samskiptareglur sem kallast CAN, en CCS vinnur með PLC samskiptareglunum. Opnar samskiptareglur, eins og Open Charge Point Protocol (OCPP), þróað af Open Charging Alliance, verða sífellt vinsælli í Bandaríkjunum og Evrópu.

Í rannsóknum okkar fyrir þessa skýrslu, nefndu nokkrir bandarískir viðmælendur stefnumótunina í átt að opnum samskiptareglum og hugbúnaði. Sérstaklega var vitnað í sum opinber hleðsluverkefni sem fengu fjármögnun samkvæmt American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) fyrir að hafa valið seljendur með einkarekna vettvang sem síðan lentu í fjárhagserfiðleikum og skildu eftir bilaðan búnað sem þurfti að skipta um.141 Flestar borgir, veitur og hleðsla. tengslanet sem haft var samband við vegna þessarar rannsóknar lýstu yfir stuðningi við opnar samskiptareglur og hvatningu til að gera hleðslutækjum kleift að skipta um þjónustuaðila óaðfinnanlega.142

D. Kostnaður

Hleðslutæki fyrir heimili eru ódýrari í Kína en í Bandaríkjunum. Í Kína er dæmigert 7 kW vegghengt heimilishleðslutæki í smásölu á netinu fyrir á milli RMB 1.200 og RMB 1.800.143 RMB. Uppsetning krefst aukakostnaðar. (Flestum einkakaupum á rafbílum fylgir hleðslutæki og uppsetning innifalin.) Í Bandaríkjunum kosta 2. stig heimahleðslutæki á bilinu $450-$600, auk að meðaltali um $500 fyrir uppsetningu.144 DC hraðhleðslubúnaður er umtalsvert dýrari í bæði löndin. Kostnaður er mjög mismunandi. Einn kínverskur sérfræðingur sem rætt var við vegna þessarar skýrslu taldi að uppsetning á 50 kW DC hraðhleðslustöð í Kína kosti venjulega á milli RMB 45.000 og RMB 60.000, þar sem hleðslustöðin sjálf nemur u.þ.b. RMB 25,000 – RMB 35,000 og kaðall, neðanjarðarinnviði og vinnubókhald það sem eftir er.145 Í Bandaríkjunum getur DC hraðhleðsla kostað tugi þúsunda dollara á hverja færslu. Helstu breytur sem hafa áhrif á kostnað við uppsetningu DC hraðhleðslubúnaðar eru meðal annars þörf fyrir skurðgröft, uppfærslu spenni, nýjar eða uppfærðar rafrásir og rafmagnstöflur og fagurfræðilegar uppfærslur. Merkingar, leyfisveitingar og aðgengi fyrir fatlaða eru aukaatriði.146

E. Þráðlaus hleðsla

Þráðlaus hleðsla býður upp á nokkra kosti, þar á meðal fagurfræði, tímasparnað og auðvelda notkun.

Hann var fáanlegur á tíunda áratugnum fyrir EV1 (snemma rafmagnsbíl) en er sjaldgæfur í dag.147 Þráðlaus rafbílahleðslukerfi sem boðið er upp á á netinu kostar allt frá $1.260 til um $3.000.148 Þráðlaus rafbílahleðsla fylgir skilvirknisekt, með núverandi kerfi sem bjóða upp á hleðslunýtni sem nemur u.þ.b. um 85%.149 Núverandi þráðlausa hleðsluvörur bjóða upp á aflflutning upp á 3–22 kW; þráðlaus hleðslutæki í boði fyrir nokkrar rafbílagerðir frá Plugless hleðslu á annaðhvort 3,6 kW eða 7,2 kW, sem jafngildir hleðslu á stigi 2.150 Þó að margir notendur rafbíla telji þráðlausa hleðslu ekki þess virði að auka kostnaðinn,151 hafa sumir sérfræðingar spáð því að tæknin muni brátt verða útbreidd, og nokkrir bílaframleiðendur hafa tilkynnt að þeir myndu bjóða upp á þráðlausa hleðslu sem valkost á rafbílum í framtíðinni. Þráðlaus hleðsla gæti verið aðlaðandi fyrir ákveðin farartæki með skilgreindum leiðum, svo sem almenningsvagna, og það hefur einnig verið lagt til fyrir framtíðar rafknúnar hraðbrautir, þó mikill kostnaður, lítil hleðslunýting og hægur hleðsluhraði væru gallar.152

F. Rafhlöðuskipti

Með rafhlöðuskiptatækni gætu rafknúin farartæki skipt út tæmdu rafhlöðunum sínum fyrir aðra sem eru fullhlaðinir. Þetta myndi verulega stytta tímann sem þarf til að endurhlaða rafbíl, með verulegum hugsanlegum ávinningi fyrir ökumenn.

Nokkrar kínverskar borgir og fyrirtæki eru nú að gera tilraunir með rafhlöðuskipti, með áherslu á rafbílaflota með mikilli nýtingu, eins og leigubíla. Borgin Hangzhou hefur beitt rafhlöðuskiptum fyrir leigubílaflota sinn, sem notar staðbundið framleitt Zotye EVs.155 Peking hefur byggt nokkrar rafhlöðuskiptastöðvar í viðleitni studd af staðbundnum bílaframleiðanda BAIC. Síðla árs 2017 tilkynnti BAIC áætlun um að byggja 3.000 skiptistöðvar á landsvísu fyrir árið 2021.156 Kínverska rafbílafyrirtækið NIO ætlar að taka upp rafhlöðuskiptatækni fyrir sum farartæki sín og tilkynnti að það myndi byggja 1.100 skiptistöðvar í Kína.157 Nokkrar borgir í Kína— þar á meðal Hangzhou og Qingdao—hefur einnig notað rafhlöðuskipti fyrir rútur.158

Í Bandaríkjunum dofnaði umræður um rafhlöðuskipti í kjölfar gjaldþrots ísraelska rafhlöðuskiptafyrirtækisins Project Better Place árið 2013, sem hafði skipulagt net skiptistöðva fyrir fólksbíla.153 Árið 2015 hætti Tesla áformum sínum um skiptistöð eftir að hafa byggt aðeins eina sýningaraðstaða og kennir skorti á áhuga neytenda um. Það eru fáar ef einhverjar tilraunir í gangi með tilliti til rafhlöðuskipta í Bandaríkjunum í dag.154 Lækkun á rafhlöðukostnaði, og ef til vill í minna mæli uppsetning á DC hraðhleðslumannvirkjum, hafa líklega dregið úr aðdráttarafl rafhlöðuskipta í Bandaríkin.

Þó að rafhlöðuskipti hafi nokkra kosti, þá hefur það einnig athyglisverða galla. EV rafhlaða er þung og venjulega staðsett neðst á ökutækinu, myndar óaðskiljanlegur burðarhluti með lágmarks verkfræðilegum vikmörkum fyrir röðun og raftengingar. Rafhlöður nútímans þurfa venjulega kælingu og erfitt er að tengja og aftengja kælikerfi.159 Miðað við stærð þeirra og þyngd verða rafhlöðukerfin að passa fullkomlega til að forðast skrölt, draga úr sliti og halda ökutækinu í miðju. Hjólabretta rafhlöðuarkitektúr sem er algengur í rafbílum nútímans bætir öryggi með því að lækka þungamiðju ökutækisins og bæta árekstursvörn að framan og aftan. Færanlegar rafhlöður staðsettar í skottinu eða annars staðar myndu skorta þennan kost. Þar sem flestir ökutækjaeigendur rukka aðallega heima eðaRAFBÍKARHLÆÐI Í KÍNA OG BANDARÍKINí vinnunni myndi rafhlöðuskipti ekki endilega leysa hleðsluinnviðavandamálin - það myndi aðeins hjálpa til við að taka á almennri hleðslu og drægni. Og vegna þess að flestir bílaframleiðendur eru ekki fúsir til að staðla rafhlöðupakka eða hönnun - bílar eru hannaðir í kringum rafhlöður og mótora, sem gerir þetta að lykileignargildi160 - gæti skipt um rafhlöðu þurft sérstakt skiptistöðvakerfi fyrir hvert bílafyrirtæki eða sérstakan skiptibúnað fyrir mismunandi gerðir og stærðir ökutækja. Þótt búið sé að leggja til flutningabíla til að skipta um rafhlöður,161 hefur þetta viðskiptamódel enn ekki verið innleitt.