Технологии за полнење електрични возила

Технологиите за полнење електрични возила во Кина и САД се во голема мера слични. Во обете земји, каблите и приклучоците се претежно доминантна технологија за полнење електрични возила. (Безжичното полнење и замената на батериите се најмногу незначително присутни.) Постојат разлики меѓу двете земји во однос на нивоата на полнење, стандардите за полнење и комуникациските протоколи. Овие сличности и разлики се дискутирани подолу.

A. Нивоа на полнење

Во Соединетите Американски Држави, голем дел од полнењето на електричните возила се одвива на 120 волти со помош на немодифицирани домашни ѕидни штекери. Ова е генерално познато како Ниво 1 или „полека“ полнење. Со полнење од Ниво 1, на типична батерија од 30 kWh ѝ се потребни приближно 12 часа за да се наполни од 20% до речиси целосно полнење. (Во Кина нема штекери од 120 волти.)

И во Кина и во Соединетите Американски Држави, голем дел од полнењето на електричните возила се одвива на 220 волти (Кина) или 240 волти (САД). Во Соединетите Американски Држави, ова е познато како полнење од ниво 2.

Таквото полнење може да се одвива со немодифицирани приклучоци или специјализирана опрема за полнење електрични возила и обично користи околу 6–7 kW енергија. При полнење на 220–240 волти, на типична батерија од 30 kWh ѝ се потребни приближно 6 часа за да се наполни од 20% до речиси целосно.

Конечно, и Кина и Соединетите Американски Држави имаат растечки мрежи на брзи полначи на еднонасочна струја, кои најчесто користат 24 kW, 50 kW, 100 kW или 120 kW моќност. Некои станици може да понудат 350 kW или дури 400 kW моќност. Овие брзи полначи на еднонасочна струја можат да ја наполнат батеријата на возилото од 20% до речиси целосно полнење во време од приближно еден час до само 10 минути.

Табела 6:Најчести нивоа на полнење во САД

Извор: Министерство за енергетика на САД

Б. Стандарди за полнење

i. Кина

Кина има еден национален стандард за брзо полнење електрични возила. САД имаат три стандарди за брзо полнење електрични возила.

Кинескиот стандард е познат како China GB/T. (ИницијалитеGBпретставува национален стандард.)

Кинескиот GB/T беше издаден во 2015 година по неколку години развој.124 Сега е задолжителен за сите нови електрични возила што се продаваат во Кина. Меѓународните производители на автомобили, вклучувајќи ги Tesla, Nissan и BMW, го усвоија стандардот GB/T за нивните електрични возила што се продаваат во Кина. GB/T моментално овозможува брзо полнење со максимална излезна моќност од 237,5 kW (на 950 V и 250 ампери), иако многумина

Кинеските брзи полначи за еднонасочна струја нудат полнење од 50 kW. Нов GB/T ќе биде објавен во 2019 или 2020 година, кој наводно ќе го надгради стандардот за да вклучи полнење до 900 kW за поголеми комерцијални возила. GB/T е стандард само за Кина: малкуте електрични возила произведени во Кина што се извезуваат во странство користат други стандарди.125

Во август 2018 година, Кинескиот совет за електрична енергија (CEC) објави меморандум за разбирање со мрежата CHAdeMO, со седиште во Јапонија, за заеднички развој на ултра брзо полнење. Целта е компатибилност помеѓу GB/T и CHAdeMO за брзо полнење. Двете организации ќе соработуваат за проширување на стандардот во земји надвор од Кина и Јапонија.126

ii. Соединетите Американски Држави

Во Соединетите Американски Држави, постојат три стандарди за полнење електрични возила за брзо полнење со еднонасочна струја: CHAdeMO, CCS SAE Combo и Tesla.

CHAdeMO беше првиот стандард за брзо полнење електрични возила, кој датира од 2011 година. Развиен е од Токио.

Компанија за електрична енергија и е кратенка за „Полни за движење“ (каламбур на јапонски).127 CHAdeMO моментално се користи во Соединетите Американски Држави во Nissan Leaf и Mitsubishi Outlander PHEV, кои се меѓу најпродаваните електрични возила. Успехот на Leaf во Соединетите Американски Држави може да бидеПОЛНЕЊЕ НА ЕЛЕКТРИЧНИ ВОЗИЛА ВО КИНА И СОЕДИНЕТИТЕ АМЕРИКАНСКИ ДРЖАВИ

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ФЕВРУАРИ 2019 |

делумно поради раната посветеност на Nissan да воведе инфраструктура за брзо полнење CHAdeMO во продажните салони и други урбани локации.128 Од јануари 2019 година, во Соединетите Американски Држави имало над 2.900 брзи полначи CHAdeMO (како и повеќе од 7.400 во Јапонија и 7.900 во Европа).129

Во 2016 година, CHAdeMO објави дека ќе го надгради својот стандард од првичната стапка на наплата од 70

kW ќе понуди 150 kW.130 Во јуни 2018 година, CHAdeMO објави воведување на капацитет за полнење од 400 kW, користејќи кабли со течно ладење од 1.000 V, 400 ампери. Повисокото полнење ќе биде достапно за да се задоволат потребите на големи комерцијални возила како што се камиони и автобуси.131

Втор стандард за полнење во Соединетите Американски Држави е познат како CCS или SAE Combo. Беше издаден во 2011 година од група европски и американски производители на автомобили. Збороткомбоозначува дека приклучокот може да се полни и со наизменична струја (до 43 kW) и со еднонасочна струја. 132 инчи

Германија, коалицијата „Иницијатива за интерфејс за полнење“ (CharIN) беше формирана за да се залага за широко распространето усвојување на CCS. За разлика од CHAdeMO, приклучокот CCS овозможува полнење на еднонасочна и наизменична струја со еден порт, намалувајќи го просторот и отворите потребни на каросеријата на возилото. Јагуар,

Фолксваген, Џенерал Моторс, БМВ, Дајмлер, Форд, ФЦА и Хјундаи го поддржуваат CCS. Тесла, исто така, се приклучи на коалицијата и во ноември 2018 година објави дека неговите возила во Европа ќе бидат опремени со CCS порти за полнење.133 Chevrolet Bolt и BMW i3 се меѓу популарните електрични возила во Соединетите Американски Држави кои користат CCS полнење. Додека сегашните CCS брзи полначи нудат полнење од околу 50 kW, програмата Electrify America вклучува брзо полнење од 350 kW, што би можело да овозможи речиси целосно полнење за само 10 минути.

Третиот стандард за полнење во Соединетите Американски Држави го управува Тесла, која ја лансираше својата сопствена мрежа Supercharger во Соединетите Американски Држави во септември 2012 година.134 Тесла

Суперполначите обично работат на 480 волти и нудат полнење со максимум 120 kW.

Од јануари 2019 година, веб-страницата на Тесла наведе 595 локации за суперполначи во Соединетите Американски Држави, а дополнителни 420 локации „наскоро“.135 Во мај 2018 година, Тесла посочи дека во иднина неговите суперполначи би можеле да достигнат нивоа на моќност и до 350 kW.136

Во нашето истражување за овој извештај, ги прашавме испитаниците од САД дали сметаат дека недостатокот на единствен национален стандард за брзо полнење со еднонасочна струја е пречка за усвојување на електрични возила. Малкумина одговорија потврдно. Причините зошто повеќекратните стандарди за брзо полнење со еднонасочна струја не се сметаат за проблем вклучуваат:

● Поголемиот дел од полнењето на електричните возила се одвива дома и на работа, со полначи од ниво 1 и 2.

● Голем дел од јавната и работната инфраструктура за полнење досега користела полначи од второ ниво.

● Достапни се адаптери кои им овозможуваат на сопствениците на електрични возила да ги користат повеќето брзи полначи со еднонасочна струја, дури и ако електричниот мотор и полначот користат различни стандарди за полнење. (Главниот исклучок, мрежата за суперполнење на Tesla, е достапна само за возила на Tesla.) Имено, постојат одредени загрижености во врска со безбедноста на адаптерите за брзо полнење.

● Бидејќи приклучокот и конекторот претставуваат мал процент од цената на станица за брзо полнење, ова претставува мал технички или финансиски предизвик за сопствениците на станиците и може да се спореди со цревата за бензини со различен октански број на гориво на станица за полнење. Многу јавни станици за полнење имаат повеќе приклучоци прикачени на еден столб за полнење, овозможувајќи секаков вид електрично возило да се полни таму. Всушност, многу јурисдикции го бараат или го стимулираат ова.ПОЛНЕЊЕ НА ЕЛЕКТРИЧНИ ВОЗИЛА ВО КИНА И СОЕДИНЕТИТЕ АМЕРИКАНСКИ ДРЖАВИ

38 | ЦЕНТАР ЗА ГЛОБАЛНА ЕНЕРГЕТСКА ПОЛИТИКА | КОЛУМБИЈА СИПА

Некои производители на автомобили изјавија дека ексклузивната мрежа за полнење претставува конкурентна стратегија. Клаас Бракло, раководител на електромобилност во BMW и претседател на CharIN, во 2018 година изјави: „Го основавме CharIN за да изградиме позиција на моќ“.137 Многу сопственици и инвеститори на Tesla ја сметаат нејзината сопствена мрежа на суперполначи за продажна точка, иако Tesla продолжува да изразува подготвеност да им дозволи на другите модели на автомобили да ја користат нејзината мрежа под услов да придонесат со финансирање пропорционално на употребата.138 Tesla е исто така дел од CharIN кој го промовира CCS. Во ноември 2018 година, објави дека автомобилите Модел 3 што се продаваат во Европа ќе бидат опремени со CCS порти. Сопствениците на Tesla можат да купат и адаптери за пристап до брзите полначи CHAdeMO.139

C. Протоколи за комуникација при полнење Протоколите за комуникација при полнење се неопходни за оптимизирање на полнењето за потребите на корисникот (за откривање на состојбата на полнење, напонот на батеријата и безбедноста) и за мрежата (вклучувајќи

капацитет на дистрибутивната мрежа, цени според времето на користење и мерки за одговор на побарувачката).140 Кина GB/T и CHAdeMO користат комуникациски протокол познат како CAN, додека CCS работи со протоколот PLC. Протоколите за отворена комуникација, како што е протоколот за точки на отворено полнење (OCPP) развиен од Алијансата за отворено полнење, стануваат сè попопуларни во Соединетите Американски Држави и Европа.

Во нашето истражување за овој извештај, неколку испитаници од САД го наведоа преминот кон протоколи и софтвер за отворена комуникација како приоритет на политиката. Особено, некои проекти за јавно полнење кои добија финансирање според Американскиот закон за обнова и реинвестирање (ARRA) беа наведени како проекти кои избрале добавувачи со сопствени платформи кои последователно се соочиле со финансиски тешкотии, оставајќи расипана опрема која барала замена.141 Повеќето градови, комунални претпријатија и мрежи за полнење контактирани за оваа студија изразија поддршка за протоколи за отворена комуникација и стимулации за да им се овозможи на домаќините на мрежите за полнење непречено да ги менуваат добавувачите.142

Г. Трошоци

Домашните полначи се поевтини во Кина отколку во Соединетите Американски Држави. Во Кина, типичен домашен полнач за ѕид од 7 kW се продава онлајн за цена помеѓу 1.200 и 1.800 RMB.143 Инсталацијата бара дополнителни трошоци. (Повеќето приватни купувања на електрични возила доаѓаат со вклучени полначи и инсталација.) Во Соединетите Американски Држави, домашните полначи од ниво 2 чинат во опсег од 450 до 600 долари, плус просек од околу 500 долари за инсталација.144 Опремата за брзо полнење со еднонасочна струја е значително поскапа во обете земји. Цените варираат многу. Еден кинески експерт интервјуиран за овој извештај процени дека инсталирањето на столб за брзо полнење со еднонасочна струја од 50 kW во Кина обично чини помеѓу 45.000 и 60.000 RMB, при што самиот столб за полнење чини околу 25.000 - 35.000 RMB, а каблирањето, подземната инфраструктура и работната сила го сочинуваат остатокот.145 Во Соединетите Американски Држави, брзото полнење со еднонасочна струја може да чини десетици илјади долари по столб. Главните варијабли што влијаат на трошоците за инсталирање на опрема за брзо полнење со еднонасочна струја вклучуваат потреба од ископ на ровови, надградби на трансформатори, нови или надградени кола и електрични панели и естетски надградби. Ознаките, дозволите и пристапот за лицата со попреченост се дополнителни фактори што треба да се земат предвид.146

E. Безжично полнење

Безжичното полнење нуди неколку предности, вклучувајќи естетика, заштеда на време и леснотија на користење.

Беше достапно во 1990-тите за EV1 (ран електричен автомобил), но денес е ретко.147 Безжичните системи за полнење на електрични возила што се нудат онлајн се движат по цена од 1.260 до околу 3.000 долари.148 Безжичното полнење на електрични возила носи казна во однос на ефикасноста, при што сегашните системи нудат ефикасност на полнење од околу 85%.149 Сегашните производи за безжично полнење нудат пренос на енергија од 3–22 kW; безжични полначи се достапни за неколку модели на електрични возила од Plugless charge со 3,6 kW или 7,2 kW, што е еквивалентно на полнење од Ниво 2.150 Додека многу корисници на електрични возила сметаат дека безжичното полнење не вреди за дополнителните трошоци,151 некои аналитичари предвидуваат дека технологијата наскоро ќе биде широко распространета, а неколку производители на автомобили објавија дека ќе понудат безжично полнење како опција за идните електрични возила. Безжичното полнење би можело да биде привлечно за одредени возила со дефинирани рути, како што се јавните автобуси, а исто така е предложено и за идните електрични автопатски ленти, иако високата цена, ниската ефикасност на полнење и бавните брзини на полнење би биле недостатоци.152

F. Замена на батерии

Со технологијата за замена на батерии, електричните возила би можеле да ги заменат своите испразнети батерии со други што се целосно наполнети. Ова драматично би го скратило времето потребно за полнење на електрично возило, со значителни потенцијални придобивки за возачите.

Неколку кинески градови и компании моментално експериментираат со замена на батерии, со фокус на електрични возила со висока потрошувачка, како што се таксињата. Градот Хангжу воведе замена на батерии за својата такси флота, која користи локално произведени електрични возила Zotye.155 Пекинг изгради неколку станици за замена на батерии во обид поддржан од локалниот производител на автомобили BAIC. Кон крајот на 2017 година, BAIC објави план за изградба на 3.000 станици за замена низ целата земја до 2021 година.156 Кинескиот стартап за електрични возила NIO планира да усвои технологија за замена на батерии за некои од своите возила и објави дека ќе изгради 1.100 станици за замена во Кина.157 Неколку градови во Кина - вклучувајќи ги Хангжу и Кингдао - исто така користеле замена на батерии за автобуси.158

Во Соединетите Американски Држави, дискусијата за замена на батерии исчезна по банкротот во 2013 година на израелскиот стартап за замена на батерии „Проект Бетер Плејс“, кој планираше мрежа на станици за замена на патнички автомобили.153 Во 2015 година, Тесла ги напушти своите планови за станици за замена откако изгради само еден демонстративен објект, обвинувајќи го недостатокот на интерес од потрошувачите. Денес во Соединетите Американски Држави се во тек малку, ако воопшто има, експерименти во врска со замена на батерии.154 Намалувањето на трошоците за батерии, а можеби и во помала мера распоредувањето на инфраструктура за брзо полнење со еднонасочна струја, веројатно ја намали привлечноста на замената на батерии во Соединетите Американски Држави.

Иако замената на батерии нуди неколку предности, таа има и значајни недостатоци. Батеријата за електрично возило е тешка и обично се наоѓа на дното од возилото, формирајќи интегрална структурна компонента со минимални инженерски толеранции за усогласување и електрични врски. Денешните батерии обично бараат ладење, а поврзувањето и исклучувањето на системите за ладење е тешко.159 Со оглед на нивната големина и тежина, системите на батерии мора совршено да се вклопат за да се избегне тресење, да се намали абењето и да се одржи возилото во центарот. Архитектурата на батериите на скејтборд, вообичаена кај денешните електрични возила, ја подобрува безбедноста со намалување на центарот на тежината на возилото и подобрување на заштитата од судир напред и назад. Отстранливите батерии што се наоѓаат во багажникот или на друго место би ја немале оваа предност. Бидејќи повеќето сопственици на возила полнат главно дома или...ПОЛНЕЊЕ НА ЕЛЕКТРИЧНИ ВОЗИЛА ВО КИНА И СОЕДИНЕТИТЕ АМЕРИКАНСКИ ДРЖАВИна работа, замената на батерии не мора нужно да ги реши проблемите со инфраструктурата за полнење - тоа само би помогнало во решавањето на јавното полнење и досегот. И бидејќи повеќето производители на автомобили не се подготвени да стандардизираат батерии или дизајни - автомобилите се дизајнирани околу нивните батерии и мотори, што го прави ова клучна сопственичка вредност160 - замената на батерии може да бара посебна мрежа на станици за замена за секоја автомобилска компанија или посебна опрема за замена за различни модели и големини на возила. Иако се предложени мобилни камиони за замена на батерии,161 овој бизнис модел сè уште не е имплементиран.