Teknologier for opladning af elbiler

Teknologier til opladning af elbiler i Kina og USA er stort set ens. I begge lande er ledninger og stik den altoverskyggende teknologi til opladning af elbiler. (Trådløs opladning og batteribytte har højst en mindre tilstedeværelse.) Der er forskelle mellem de to lande med hensyn til opladningsniveauer, opladningsstandarder og kommunikationsprotokoller. Disse ligheder og forskelle diskuteres nedenfor.

A. Opladningsniveauer

I USA foregår en stor del af opladningen af ​​elbiler ved 120 volt via uændrede stikkontakter i hjemmet. Dette kaldes generelt niveau 1 eller "vedligeholdelsesopladning". Med niveau 1-opladning tager det cirka 12 timer for et typisk 30 kWh-batteri at gå fra 20 % til næsten fuld opladning. (Der er ingen 120 volt-stikkontakter i Kina.)

I både Kina og USA foregår en stor del af opladningen af ​​elbiler ved 220 volt (Kina) eller 240 volt (USA). I ​​USA kaldes dette niveau 2-opladning.

Sådan opladning kan finde sted med umodificerede stikkontakter eller specialiseret elbilopladningsudstyr og bruger typisk omkring 6-7 kW strøm. Ved opladning ved 220-240 volt tager det cirka 6 timer for et typisk 30 kWh batteri at gå fra 20% til en næsten fuld opladning.

Endelig har både Kina og USA voksende netværk af DC-hurtigladere, der typisk bruger 24 kW, 50 kW, 100 kW eller 120 kW strøm. Nogle stationer kan tilbyde 350 kW eller endda 400 kW strøm. Disse DC-hurtigladere kan oplade et bilbatteri fra 20 % til næsten fuld opladning på tider fra cirka en time til så lidt som 10 minutter.

Tabel 6:De mest almindelige opladningsniveauer i USA

Kilde: Det amerikanske energiministerium

B. Opladningsstandarder

i. Kina

Kina har én landsdækkende standard for hurtigopladning af elbiler. USA har tre standarder for hurtigopladning af elbiler.

Den kinesiske standard er kendt som China GB/T. (InitialerneGBstår for national standard.)

China GB/T blev udgivet i 2015 efter flere års udvikling.124 Det er nu obligatorisk for alle nye elbiler, der sælges i Kina. Internationale bilproducenter, herunder Tesla, Nissan og BMW, har indført GB/T-standarden for deres elbiler, der sælges i Kina. GB/T tillader i øjeblikket hurtigopladning med en maksimal effekt på 237,5 kW (ved 950 V og 250 ampere), selvom mange

Kinesiske DC-hurtigopladere tilbyder 50 kW opladning. En ny GB/T vil blive udgivet i 2019 eller 2020, som angiveligt vil opgradere standarden til at omfatte opladning af op til 900 kW til større erhvervskøretøjer. GB/T er en standard, der kun gælder i Kina: de få kinesiskproducerede elbiler, der eksporteres til udlandet, bruger andre standarder.125

I august 2018 annoncerede China Electricity Council (CEC) en hensigtserklæring med CHAdeMO-netværket, der er baseret i Japan, om i fællesskab at udvikle ultrahurtig opladning. Målet er kompatibilitet mellem GB/T og CHAdeMO til hurtig opladning. De to organisationer vil samarbejde om at udvide standarden til lande uden for Kina og Japan.126

ii. De Forenede Stater

I USA er der tre standarder for hurtigopladning af elbiler med DC-opladning: CHAdeMO, CCS SAE Combo og Tesla.

CHAdeMO var den første standard for hurtigopladning af elbiler, der dateres tilbage til 2011. Den blev udviklet af Tokyo

Electric Power Company står for "Charge to Move" (et ordspil på japansk).127 CHAdeMO bruges i øjeblikket i USA i Nissan Leaf og Mitsubishi Outlander PHEV, som er blandt de bedst sælgende elbiler. Leafs succes i USA kan væreOPLADNING AF ELKØRETØJER I KINA OG USA

ENERGIPOLITIK.COLUMBIA.EDU | FEBRUAR 2019 |

delvist på grund af Nissans tidlige forpligtelse til at udrulle CHAdeMO-hurtigopladningsinfrastruktur hos forhandlere og andre byområder.128 Pr. januar 2019 var der over 2.900 CHAdeMO-hurtigopladere i USA (samt mere end 7.400 i Japan og 7.900 i Europa).129

I 2016 annoncerede CHAdeMO, at de ville opgradere deres standard fra deres oprindelige opladningssats på 70

kW for at tilbyde 150 kW.130 I juni 2018 annoncerede CHAdeMO introduktionen af ​​en ladekapacitet på 400 kW ved hjælp af 1.000 V, 400 amp væskekølede kabler. Den højere opladningskapacitet vil være tilgængelig for at imødekomme behovene hos store erhvervskøretøjer såsom lastbiler og busser.131

En anden opladningsstandard i USA er kendt som CCS eller SAE Combo. Den blev udgivet i 2011 af en gruppe europæiske og amerikanske bilproducenter. Ordetkombinationangiver, at stikket indeholder både AC-opladning (op til 43 kW) og DC-opladning.132 In

I Tyskland blev Charging Interface Initiative (CharIN)-koalitionen dannet for at fremme udbredt anvendelse af CCS. I modsætning til CHAdeMO muliggør et CCS-stik DC- og AC-opladning med en enkelt port, hvilket reducerer den plads og de åbninger, der kræves på køretøjets karosseri. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA og Hyundai støtter CCS. Tesla har også tilsluttet sig koalitionen og annoncerede i november 2018, at deres køretøjer i Europa ville blive udstyret med CCS-ladeporte.133 Chevrolet Bolt og BMW i3 er blandt de populære elbiler i USA, der bruger CCS-opladning. Mens nuværende CCS-hurtigladere tilbyder opladning på omkring 50 kW, inkluderer Electrify America-programmet hurtigopladning på 350 kW, hvilket kan muliggøre en næsten fuldstændig opladning på så lidt som 10 minutter.

Den tredje opladningsstandard i USA drives af Tesla, som lancerede sit eget proprietære Supercharger-netværk i USA i september 2012.134 Tesla

Superladere fungerer typisk ved 480 volt og tilbyder opladning med maksimalt 120 kW.

I januar 2019 opførte Teslas hjemmeside 595 Supercharger-lokationer i USA, med yderligere 420 lokationer "kommer snart".135 I maj 2018 foreslog Tesla, at deres Superchargers i fremtiden kunne nå op på effektniveauer på helt op til 350 kW.136

I vores research til denne rapport spurgte vi amerikanske interviewpersoner, om de anså manglen på en enkelt national standard for DC-hurtigopladning for at være en hindring for udbredelsen af ​​elbiler. Få svarede bekræftende. Årsagerne til, at flere standarder for DC-hurtigopladning ikke anses for at være et problem, omfatter:

● Det meste opladning af elbiler foregår hjemme og på arbejdet med niveau 1- og 2-opladere.

● Meget af den offentlige og arbejdspladsmæssige ladeinfrastruktur har hidtil brugt niveau 2-opladere.

● Der findes adaptere, der giver elbilsejere mulighed for at bruge de fleste DC-hurtigopladere, selvom elbilen og opladeren bruger forskellige opladningsstandarder. (Den primære undtagelse, Teslas supercharging-netværk, er kun tilgængeligt for Tesla-køretøjer.) Det er værd at bemærke, at der er visse bekymringer om sikkerheden ved hurtigopladeadaptere.

● Da stikket og konnektoren repræsenterer en lille procentdel af omkostningerne ved en hurtigladestation, udgør dette en lille teknisk eller økonomisk udfordring for stationsejere og kan sammenlignes med slangerne til benzin med forskellig oktantal på en tankstation. Mange offentlige ladestationer har flere stik tilsluttet en enkelt ladepæl, hvilket gør det muligt at oplade enhver type elbil der. Faktisk kræver eller incitamenterer mange jurisdiktioner dette.OPLADNING AF ELKØRETØJER I KINA OG USA

38 | CENTER FOR GLOBAL ENERGIPOLITIK | COLUMBIA SIPA

Nogle bilproducenter har sagt, at et eksklusivt ladenetværk repræsenterer en konkurrencedygtig strategi. Claas Bracklo, chef for elektromobilitet hos BMW og formand for CharIN, udtalte i 2018: "Vi har grundlagt CharIN for at opbygge en magtposition."137 Mange Tesla-ejere og investorer anser deres proprietære supercharger-netværk for et salgsargument, selvom Tesla fortsat udtrykker villighed til at tillade andre bilmodeller at bruge deres netværk, forudsat at de bidrager med finansiering proportionalt med forbruget.138 Tesla er også en del af CharIN, der promoverer CCS. I november 2018 annoncerede de, at Model 3-biler, der sælges i Europa, ville være udstyret med CCS-porte. Tesla-ejere kan også købe adaptere for at få adgang til CHAdeMO-hurtigladere.139

C. Opladningskommunikationsprotokoller Opladningskommunikationsprotokoller er nødvendige for at optimere opladningen i forhold til brugerens behov (for at registrere ladetilstand, batterispænding og sikkerhed) og for elnettet (herunder

distributionsnetværkskapacitet, prisfastsættelse efter brug og målinger af efterspørgselsrespons).140 China GB/T og CHAdeMO bruger en kommunikationsprotokol kendt som CAN, mens CCS fungerer med PLC-protokollen. Åbne kommunikationsprotokoller, såsom Open Charge Point Protocol (OCPP), der er udviklet af Open Charging Alliance, bliver stadig mere populære i USA og Europa.

I vores research til denne rapport nævnte flere amerikanske interviewpersoner overgangen til åbne kommunikationsprotokoller og -software som en politisk prioritet. Især blev nogle offentlige opladningsprojekter, der modtog finansiering under American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), nævnt som havende valgt leverandører med proprietære platforme, som efterfølgende oplevede økonomiske vanskeligheder, hvilket efterlod defekt udstyr, der krævede udskiftning.141 De fleste byer, forsyningsselskaber og opladningsnetværk, der blev kontaktet til denne undersøgelse, udtrykte støtte til åbne kommunikationsprotokoller og incitamenter, der gør det muligt for opladningsnetværksværter at skifte udbyder problemfrit.142

D. Omkostninger

Hjemmeopladere er billigere i Kina end i USA. I Kina sælges en typisk 7 kW vægmonteret hjemmeoplader online for mellem RMB 1.200 og RMB 1.800.143 Installation kræver ekstra omkostninger. (De fleste private køb af elbiler leveres med oplader og installation inkluderet.) I USA koster niveau 2-hjemmeopladere i intervallet $450-$600, plus et gennemsnit på cirka $500 for installation.144 DC-hurtigopladningsudstyr er betydeligt dyrere i begge lande. Omkostningerne varierer meget. En kinesisk ekspert, der blev interviewet til denne rapport, anslog, at installation af en 50 kW DC-hurtigopladningspæl i Kina typisk koster mellem RMB 45.000 og RMB 60.000, hvor selve ladepælen tegner sig for cirka RMB 25.000 - RMB 35.000, og kabler, underjordisk infrastruktur og arbejdskraft tegner sig for resten.145 I USA kan DC-hurtigopladning koste titusindvis af dollars pr. pæl. Væsentlige variabler, der påvirker omkostningerne ved installation af DC-hurtigopladningsudstyr, omfatter behovet for udgravning af grave, opgradering af transformere, nye eller opgraderede kredsløb og elpaneler samt æstetiske opgraderinger. Skiltning, tilladelser og adgang for handicappede er yderligere overvejelser.146

E. Trådløs opladning

Trådløs opladning tilbyder flere fordele, herunder æstetik, tidsbesparelse og brugervenlighed.

Det var tilgængeligt i 1990'erne til EV1 (en tidlig elbil), men er sjældent i dag.147 Trådløse elbilopladningssystemer, der tilbydes online, varierer i pris fra $1.260 til omkring $3.000.148 Trådløs elbilopladning har en effektivitetsfordel, hvor nuværende systemer tilbyder en opladningseffektivitet på omkring 85%.149 Nuværende trådløse opladningsprodukter tilbyder strømoverførsel på 3-22 kW; trådløse opladere er tilgængelige til flere elbilmodeller fra Plugless-opladning til enten 3,6 kW eller 7,2 kW, svarende til niveau 2-opladning.150 Mens mange elbilbrugere anser trådløs opladning for ikke at være den ekstra omkostning værd,151 har nogle analytikere forudsagt, at teknologien snart vil være udbredt, og flere bilproducenter har annonceret, at de vil tilbyde trådløs opladning som en mulighed på fremtidige elbiler. Trådløs opladning kan være attraktiv for visse køretøjer med definerede ruter, såsom offentlige busser, og det er også blevet foreslået til fremtidige elektriske motorvejsbaner, selvom høje omkostninger, lav opladningseffektivitet og langsomme opladningshastigheder ville være ulemper.152

F. Batteriskift

Med batteribytteteknologi kan elbiler udskifte deres afladede batterier med andre, der er fuldt opladede. Dette ville dramatisk forkorte den tid, det tager at genoplade en elbil, med betydelige potentielle fordele for bilisterne.

Flere kinesiske byer og virksomheder eksperimenterer i øjeblikket med batteribytte med fokus på elbiler med høj udnyttelsesgrad, såsom taxaer. Byen Hangzhou har implementeret batteribytte til sin taxaflåde, der bruger lokalt producerede Zotye elbiler.155 Beijing har bygget flere batteribyttestationer i et forsøg støttet af den lokale bilproducent BAIC. I slutningen af ​​2017 annoncerede BAIC en plan om at bygge 3.000 byttestationer landsdækkende inden 2021.156 Den kinesiske elbilstartup NIO planlægger at indføre batteribytteteknologi til nogle af sine køretøjer og annoncerede, at den ville bygge 1.100 byttestationer i Kina.157 Flere byer i Kina - herunder Hangzhou og Qingdao - har også brugt batteribytte til busser.158

I USA forsvandt diskussionen om batteribytte efter konkursen i 2013 for den israelske batteribyttestartup Project Better Place, der havde planlagt et netværk af byttestationer til personbiler.153 I 2015 opgav Tesla sine planer om byttestationer efter kun at have bygget ét demonstrationsanlæg og gav skylden for manglende forbrugerinteresse. Der er få, om nogen, eksperimenter i gang med batteribytte i USA i dag.154 Faldet i batteripriser, og måske i mindre grad udrulningen af ​​DC-hurtigopladningsinfrastruktur, har sandsynligvis reduceret tiltrækningskraften ved batteribytte i USA.

Selvom batteriskift tilbyder adskillige fordele, har det også bemærkelsesværdige ulemper. Et elbilsbatteri er tungt og typisk placeret i bunden af ​​køretøjet, hvor det danner en integreret strukturel komponent med minimale tekniske tolerancer for justering og elektriske forbindelser. Dagens batterier kræver normalt køling, og det er vanskeligt at til- og frakoble kølesystemer.159 I betragtning af deres størrelse og vægt skal batterisystemerne passe perfekt for at undgå raslen, reducere slid og holde køretøjet centreret. Skateboard-batteriarkitektur, der er almindelig i nutidens elbiler, forbedrer sikkerheden ved at sænke køretøjets vægttap og forbedre kollisionsbeskyttelsen foran og bagpå. Aftagelige batterier placeret i bagagerummet eller andre steder ville mangle denne fordel. Da de fleste bilejere primært oplader derhjemme eller ...OPLADNING AF ELKØRETØJER I KINA OG USAI praksis ville batteribytte ikke nødvendigvis løse problemerne med opladningsinfrastrukturen – det ville kun hjælpe med at håndtere offentlig opladning og rækkevidde. Og fordi de fleste bilproducenter ikke er villige til at standardisere batteripakker eller -design – biler er designet omkring deres batterier og motorer, hvilket gør dette til en central proprietær værdi160 – kan batteribytte kræve et separat netværk af byttestationer for hver bilproducent eller separat bytteudstyr til forskellige modeller og størrelser af køretøjer. Selvom mobile batteribyttelastbiler er blevet foreslået,161 er denne forretningsmodel endnu ikke implementeret.