Ev Charger Technologies

EV-opladningsteknologier i Kina og USA er stort set ens. I begge lande er ledninger og stik den overvældende dominerende teknologi til opladning af elbiler. (Trådløs opladning og batteribytning 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 EV-opladning ved 120 volt ved hjælp af umodificerede vægudtag i hjemmet. Dette er almindeligvis kendt som niveau 1 eller "vedrørende" opladning. Med niveau 1-opladning tager et typisk 30 kWh-batteri cirka 12 timer 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 EV-opladning ved 220 volt (Kina) eller 240 volt (USA). I USA er dette kendt som niveau 2-opladning.

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

Endelig har både Kina og USA voksende netværk af DC-hurtigopladere, der almindeligvis bruger 24 kW, 50 kW, 100 kW eller 120 kW strøm. Nogle stationer kan tilbyde 350 kW eller endda 400 kW effekt. Disse DC-hurtige opladere kan tage et køretøjs batteri fra 20 % til en næsten fuld opladning i tider, der spænder fra omkring en time til så lidt som 10 minutter.

Tabel 6:Mest almindelige opladningsniveauer i USA

Kilde: US Department of Energy

B. Opladningsstandarder

jeg. 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 elektriske køretøjer, der sælges i Kina. Internationale bilproducenter, herunder Tesla, Nissan og BMW, har vedtaget GB/T-standarden for deres elbiler, der sælges i Kina. GB/T tillader i øjeblikket hurtig opladning ved maksimalt 237,5 kW output (ved 950 V og 250 ampere), selvom mange

Kinesiske DC-hurtigladere tilbyder 50 kW opladning. En ny GB/T vil blive frigivet i 2019 eller 2020, som angiveligt vil opgradere standarden til at omfatte opladning på op til 900 kW for større erhvervskøretøjer. GB/T er en standard kun for Kina: De få kinesiske elbiler, der eksporteres til udlandet, bruger andre standarder.125

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

ii. USA

I USA er der tre EV-opladningsstandarder for DC-hurtigopladning: CHAdeMO, CCS SAE Combo og Tesla.

CHAdeMO var den første hurtigopladningsstandard for elbiler, dateret til 2011. Den blev udviklet af Tokyo

Electric Power Company og 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 elektriske køretøjer. The Leafs succes i USA kan væreOPLADNING AF ELEKTRISKE KØRETØJER I KINA OG USA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUAR 2019 |

skyldes til dels Nissans tidlige forpligtelse til at udrulle CHAdeMO-hurtigopladningsinfrastruktur hos forhandlere og andre byområder.128 I 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 det ville opgradere sin standard fra den oprindelige opladningshastighed på 70

kW til at tilbyde 150 kW.130 I juni 2018 annoncerede CHAdeMO introduktionen af ​​400 kW opladningskapacitet ved brug af 1.000 V, 400 amp væskekølede kabler. Den højere afgift vil være tilgængelig for at imødekomme behovene for 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. Ordetcomboangiver, at stikket indeholder både AC-opladning (ved op til 43 kW) og DC-opladning.132 In

Tyskland, Charging Interface Initiative (CharIN) koalitionen blev dannet for at slå til lyd for en udbredt indførelse af CCS. I modsætning til CHAdeMO muliggør et CCS-stik DC- og AC-opladning med en enkelt port, hvilket reducerer den nødvendige plads og åbninger på køretøjets karrosseri. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA og Hyundai understøtter CCS. Tesla har også tilsluttet sig koalitionen og annoncerede i november 2018, at deres køretøjer i Europa ville blive udstyret med CCS-opladningsporte.133 Chevrolet Bolt og BMW i3 er blandt de populære elbiler i USA, der bruger CCS-opladning. Mens de nuværende CCS-hurtigopladere tilbyder opladning ved 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 kører typisk ved 480 volt og tilbyder opladning ved maksimalt 120 kW. Som

januar 2019 oplistede Tesla-webstedet 595 Supercharger-lokationer i USA, med yderligere 420 lokationer "kommer snart."135 I maj 2018 foreslog Tesla, at dets Superchargers i fremtiden kunne nå op på effektniveauer så højt som 350 kW.136

I vores forskning til denne rapport spurgte vi amerikanske interviewpersoner, om de anså manglen på en enkelt national standard for DC-hurtigopladning for at være en barriere for EV-adoption. Få svarede bekræftende. Årsagerne til, at flere DC-hurtigopladningsstandarder ikke anses for at være et problem, omfatter:

● Det meste af el-opladning foregår i hjemmet og på arbejdet, med niveau 1 og 2 opladere.

● En stor del af den offentlige opladningsinfrastruktur og opladningsinfrastruktur til dato har brugt niveau 2-opladere.

● Adaptere er tilgængelige, som gør det muligt for elbilejere at bruge de fleste DC-hurtigopladere, selvom elbilen og opladeren bruger forskellige opladningsstandarder. (Den største undtagelse, Tesla-superopladningsnetværket, er kun åben for Tesla-køretøjer.) Der er især nogle bekymringer om sikkerheden ved hurtigopladningsadaptere.

● Da stikket og stikket repræsenterer en lille procentdel af prisen på en hurtigladestation, udgør dette en lille teknisk eller økonomisk udfordring for stationsejere og kan sammenlignes med slangerne til forskellige oktanbenziner på en tankstation. Mange offentlige ladestationer har flere stik tilsluttet en enkelt ladepost, så enhver type elbil kan oplades der. Faktisk kræver eller tilskynder mange jurisdiktioner dette.OPLADNING AF ELEKTRISKE KØRETØJER I KINA OG USA

38 | CENTER FOR GLOBAL ENERGIPOLITIK | COLUMBIA SIPA

Nogle bilproducenter har sagt, at et eksklusivt ladenetværk repræsenterer en konkurrencestrategi. 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 betragter dets proprietære supercharger-netværk som et salgsargument, selvom Tesla fortsat udtrykker villighed til at tillade andre bilmodeller at bruge sit netværk, forudsat at de bidrager med finansiering proportionalt med brugen.138 Tesla er også en del af CharIN, der promoverer CCS. I november 2018 annoncerede den, at Model 3-biler solgt i Europa ville være udstyret med CCS-porte. Tesla-ejere kan også købe adaptere for at få adgang til CHAdeMO-hurtigopladere.139

C. Opladningskommunikationsprotokoller Opladningskommunikationsprotokoller er nødvendige for at optimere opladningen til brugerens behov (for at detektere ladetilstand, batterispænding og sikkerhed) og for nettet (inkl.

distributionsnetværkskapacitet, time-of-use prissætning og efterspørgselsresponsforanstaltninger).140 Kina GB/T og CHAdeMO bruger en kommunikationsprotokol kendt som CAN, mens CCS arbejder med PLC-protokollen. Åbne kommunikationsprotokoller, såsom Open Charge Point Protocol (OCPP), udviklet af Open Charging Alliance, bliver stadig mere populære i USA og Europa.

I vores forskning til denne rapport nævnte flere amerikanske interviewpersoner bevægelsen mod åbne kommunikationsprotokoller og software som en politisk prioritet. Især blev nogle offentlige opladningsprojekter, der modtog finansiering i henhold til den amerikanske Recovery and Reinvestment Act (ARRA), citeret for at have valgt leverandører med proprietære platforme, der efterfølgende oplevede økonomiske vanskeligheder, hvilket efterlod ødelagt udstyr, der krævede udskiftning.141 De fleste byer, forsyningsselskaber og opladning netværk, der blev kontaktet til denne undersøgelse, udtrykte støtte til åbne kommunikationsprotokoller og incitamenter for at gøre det muligt for opladningsnetværksværter problemfrit at skifte udbyder.142

D. Omkostninger

Hjemmeopladere er billigere i Kina end i USA. I Kina sælges en typisk 7 kW vægmonteret hjemmeoplader online for mellem 1.200 RMB og 1.800.143 RMB. Installation kræver ekstra omkostninger. (De fleste køb af private elbiler kommer med oplader og installation inkluderet.) I USA koster niveau 2 hjemmeopladere i intervallet $450-$600 plus et gennemsnit på omkring $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 hurtigopladningspost i Kina typisk koster mellem RMB 45.000 og RMB 60.000, hvor selve ladestationen tegner sig for ca. RMB 25.000 – RMB 35.000 og kabler, underjordisk infrastruktur og arbejdsregnskab for resten.145 I USA kan DC-hurtigopladning koste titusindvis af dollars pr. post. Vigtige variabler, der påvirker omkostningerne ved at installere DC-hurtigopladningsudstyr, omfatter behovet for nedgravning, transformeropgraderinger, nye eller opgraderede kredsløb og elektriske paneler og æstetiske opgraderinger. Skiltning, tilladelse og adgang for handicappede er yderligere overvejelser.146

E. Trådløs opladning

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

Den var tilgængelig i 1990'erne til EV1 (en tidlig elbil), men er sjælden i dag.147 Trådløse EV-opladningssystemer, der tilbydes online, varierer i pris fra $1.260 til omkring $3.000.148 Trådløs EV-opladning medfører en effektivitetsstraf, med nuværende systemer, der tilbyder en opladningseffektivitet på omkring 85%.149 Nuværende trådløse opladningsprodukter tilbyder effektoverførsel på 3–22 kW; trådløse opladere tilgængelige til flere EV-modeller fra Plugless opladning ved enten 3,6 kW eller 7,2 kW, svarende til niveau 2-opladning.150 Mens mange EV-brugere anser trådløs opladning for ikke at være ekstraomkostningerne 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 kunne være attraktiv for visse køretøjer med definerede ruter, såsom offentlige busser, og det er også blevet foreslået for fremtidige elektriske motorvejsbaner, selvom høje omkostninger, lav opladningseffektivitet og langsomme opladningshastigheder ville være ulemper.152

F. Batteriskift

Med batteribytteteknologi kan elbiler bytte deres udtjente batterier til andre, der er fuldt opladede. Dette vil dramatisk forkorte den tid, det tager at genoplade en elbil, med betydelige potentielle fordele for chaufførerne.

Flere kinesiske byer og virksomheder eksperimenterer i øjeblikket med batteribytning med fokus på højudnyttede elbiler i flåden, såsom taxaer. Byen Hangzhou har indsat batteribytte til sin taxaflåde, som bruger lokalt fremstillede Zotye EVs.155 Beijing har bygget adskillige batteribyttestationer i en indsats, der er støttet af den lokale bilproducent BAIC. I slutningen af ​​2017 annoncerede BAIC en plan om at bygge 3.000 byttestationer på landsplan i 2021.156 Den kinesiske EV-startup NIO planlægger at tage 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 af den israelske batteribyttestartup Project Better Place, som havde planlagt et netværk af byttestationer til personbiler.153 I 2015 opgav Tesla sine byttestationsplaner efter kun at have bygget én demonstrationsanlæg, der giver skylden for manglende forbrugerinteresse. Der er få, om overhovedet nogen, eksperimenter i gang med hensyn til batteribytning i USA i dag.154 Faldet i batteriomkostninger, og måske i mindre grad udbredelsen af ​​DC-hurtigopladningsinfrastruktur, har sandsynligvis reduceret tiltrækningen af ​​batteribytning i USA.

Selvom batteribytte giver flere fordele, har det også bemærkelsesværdige ulemper. Et EV-batteri er tungt og typisk placeret i bunden af ​​køretøjet og danner en integreret strukturel komponent med minimale tekniske tolerancer for justering og elektriske forbindelser. Nutidens batterier kræver normalt køling, og til- og frakobling af kølesystemer er svært.159 På grund af deres størrelse og vægt skal batterisystemer 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 vægtcenter og forbedre kollisionsbeskyttelse foran og bagtil. Aftagelige batterier placeret i bagagerummet eller andre steder ville mangle denne fordel. Da de fleste bilejere hovedsageligt opkræver derhjemme ellerOPLADNING AF ELEKTRISKE KØRETØJER I KINA OG USApå arbejdet ville batteribytning ikke nødvendigvis løse problemerne med opladningsinfrastrukturen – det ville kun hjælpe med at løse 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 nøglebeskyttet værdi160 - kan batteribytte kræve et separat byttestationsnetværk for hvert bilfirma eller separat bytteudstyr til forskellige modeller og størrelser på køretøjer. Selvom der er blevet foreslået mobile batteribyttelastbiler161, er denne forretningsmodel endnu ikke implementeret.