Технологии зарядных устройств Ev

Технологии зарядки электромобилей в Китае и США во многом схожи. В обеих странах шнуры и вилки являются доминирующей технологией зарядки электромобилей. (Беспроводная зарядка и замена аккумуляторов присутствуют в крайнем случае незначительно.) Между двумя странами существуют различия в отношении уровней зарядки, стандартов зарядки и протоколов связи. Эти сходства и различия обсуждаются ниже.

А. Уровни зарядки

В Соединенных Штатах большая часть зарядки электромобилей происходит при напряжении 120 В с использованием немодифицированных домашних розеток. Это обычно известно как уровень 1 или «капельная» зарядка. При зарядке уровня 1 обычному аккумулятору емкостью 30 кВтч требуется около 12 часов, чтобы зарядиться от 20% до почти полного заряда. (В Китае нет розеток на 120 В.)

И в Китае, и в США большая часть зарядки электромобилей осуществляется при напряжении 220 В (Китай) или 240 В (США). В Соединенных Штатах это известно как зарядка уровня 2.

Такая зарядка может осуществляться с помощью немодифицированных розеток или специализированного зарядного оборудования для электромобилей и обычно требует мощности около 6–7 кВт. При зарядке напряжением 220–240 В типичной батарее емкостью 30 кВтч требуется около 6 часов, чтобы зарядиться от 20% до почти полной зарядки.

Наконец, и в Китае, и в США растут сети быстрых зарядных устройств постоянного тока, обычно использующих мощность 24 кВт, 50 кВт, 100 кВт или 120 кВт. Некоторые станции могут предлагать мощность 350 или даже 400 кВт. Эти устройства для быстрой зарядки постоянного тока могут зарядить аккумулятор автомобиля с 20% до почти полной зарядки за время от примерно одного часа до всего лишь 10 минут.

Таблица 6:Наиболее распространенные уровни зарядки в США

Источник: Министерство энергетики США.

Б. Стандарты взимания платы

я. Китай

В Китае действует единый общенациональный стандарт быстрой зарядки электромобилей. В США действуют три стандарта быстрой зарядки электромобилей.

Китайский стандарт известен как China GB/T. (ИнициалыGBозначает национальный стандарт.)

China GB/T был выпущен в 2015 году после нескольких лет разработки.124 Теперь он является обязательным для всех новых электромобилей, продаваемых в Китае. Международные автопроизводители, в том числе Tesla, Nissan и BMW, приняли стандарт GB/T для своих электромобилей, продаваемых в Китае. GB/T в настоящее время позволяет осуществлять быструю зарядку с максимальной выходной мощностью 237,5 кВт (при 950 В и 250 А), хотя многие

Китайские устройства быстрой зарядки постоянного тока обеспечивают зарядку мощностью 50 кВт. Новый GB/T будет выпущен в 2019 или 2020 году и, как сообщается, обновит стандарт, включив в него зарядку до 900 кВт для более крупных коммерческих автомобилей. GB/T — это стандарт только для Китая: немногие электромобили китайского производства, экспортируемые за границу, используют другие стандарты.125

В августе 2018 года Китайский совет по электроэнергетике (CEC) объявил о меморандуме о взаимопонимании с сетью CHAdeMO, базирующейся в Японии, о совместной разработке сверхбыстрой зарядки. Целью является совместимость между GB/T и CHAdeMO для быстрой зарядки. Обе организации будут сотрудничать в целях распространения стандарта на страны за пределами Китая и Японии.126

ii. Соединенные Штаты

В США существует три стандарта быстрой зарядки электромобилей постоянным током: CHAdeMO, CCS SAE Combo и Tesla.

CHAdeMO был первым стандартом быстрой зарядки электромобилей, выпущенным в 2011 году. Он был разработан Токио.

Electric Power Company и означает «Charge to Move» (каламбур на японском языке).127 CHAdeMO в настоящее время используется в США в Nissan Leaf и Mitsubishi Outlander PHEV, которые входят в число самых продаваемых электромобилей. Успех Leaf в США может бытьЗАРЯДКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ В КИТАЕ И США

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ФЕВРАЛЬ 2019 |

отчасти благодаря раннему обязательству Nissan развернуть инфраструктуру быстрой зарядки CHAdeMO в дилерских центрах и других городах.128 По состоянию на январь 2019 года в США насчитывалось более 2900 устройств быстрой зарядки CHAdeMO (а также более 7400 в Японии и 7900 в Европе)129.

В 2016 году CHAdeMO объявила, что повысит свой стандарт с первоначальной ставки зарядки в 70

кВт будет предлагать 150 кВт.130 В июне 2018 года CHAdeMO объявила о внедрении возможности зарядки 400 кВт с использованием кабелей с жидкостным охлаждением на 1000 В, 400 А. Более высокая плата будет доступна для удовлетворения потребностей крупных коммерческих автомобилей, таких как грузовики и автобусы.131

Второй стандарт зарядки в США известен как CCS или SAE Combo. Он был выпущен в 2011 году группой европейских и американских автопроизводителей. Словокомбоуказывает на то, что вилка поддерживает как зарядку переменным током (до 43 кВт), так и зарядку постоянным током.132 In

В Германии была создана коалиция Инициативы по интерфейсу зарядки (CharIN) для поддержки широкого внедрения CCS. В отличие от CHAdeMO, разъем CCS позволяет осуществлять зарядку постоянным и переменным током через один порт, уменьшая необходимое пространство и отверстия в кузове автомобиля. Ягуар,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA и Hyundai поддерживают CCS. Tesla также присоединилась к коалиции и в ноябре 2018 года объявила, что ее автомобили в Европе будут оснащены зарядными портами CCS.133 Chevrolet Bolt и BMW i3 входят в число популярных электромобилей в США, использующих зарядку CCS. В то время как существующие устройства быстрой зарядки CCS обеспечивают зарядку мощностью около 50 кВт, программа Electrify America включает быструю зарядку мощностью 350 кВт, которая может обеспечить почти полную зарядку всего за 10 минут.

Третий стандарт зарядки в США используется компанией Tesla, которая в сентябре 2012 года запустила в США собственную сеть Supercharger.134 Tesla

Нагнетатели обычно работают при напряжении 480 В и обеспечивают зарядку максимальной мощностью 120 кВт. Как

По состоянию на январь 2019 года на веб-сайте Tesla было перечислено 595 станций Supercharger в США, и еще 420 точек «скоро появятся».135 В мае 2018 года Tesla предположила, что в будущем мощность ее Supercharger может достигать 350 кВт.136

В ходе исследования для этого отчета мы спросили опрошенных в США, считают ли они отсутствие единого национального стандарта быстрой зарядки постоянным током препятствием для внедрения электромобилей. Мало кто ответил утвердительно. Причины, по которым несколько стандартов быстрой зарядки постоянным током не считаются проблемой, включают:

● Большая часть зарядки электромобилей происходит дома и на работе с помощью зарядных устройств уровней 1 и 2.

● На сегодняшний день большая часть инфраструктуры зарядки в общественных местах и ​​на рабочих местах использует зарядные устройства уровня 2.

● Доступны адаптеры, которые позволяют владельцам электромобилей использовать большинство устройств быстрой зарядки постоянного тока, даже если электромобиль и зарядное устройство используют разные стандарты зарядки. (Главное исключение — сеть наддувочных станций Tesla — открыта только для автомобилей Tesla.) Примечательно, что существуют некоторые опасения по поводу безопасности адаптеров быстрой зарядки.

● Поскольку вилка и разъем составляют небольшой процент стоимости станции быстрой зарядки, это не представляет особых технических или финансовых проблем для владельцев станций и может быть сравнимо со шлангами для бензина с различным октановым числом на заправочной станции. Многие общественные зарядные станции имеют несколько вилок, прикрепленных к одной зарядной стойке, что позволяет заряжать любой тип электромобиля. Действительно, многие юрисдикции требуют или поощряют это.ЗАРЯДКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ В КИТАЕ И США

38 | ЦЕНТР ГЛОБАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ | КОЛУМБИЯ СИПА

Некоторые автопроизводители заявили, что эксклюзивная сеть зарядных станций представляет собой конкурентную стратегию. Клаас Бракло, руководитель отдела электромобильности BMW и председатель CharIN, заявил в 2018 году: «Мы основали CharIN, чтобы укрепить позиции власти». готовность разрешить другим моделям автомобилей использовать свою сеть при условии, что они внесут финансирование, пропорциональное использованию.138 Tesla также является частью CharIN, продвигающей CCS. В ноябре 2018 года было объявлено, что автомобили Model 3, продаваемые в Европе, будут оснащены портами CCS. Владельцы Tesla также могут приобрести адаптеры для доступа к устройствам быстрой зарядки CHAdeMO.139

C. Протоколы связи для зарядки Протоколы связи для зарядки необходимы для оптимизации зарядки в соответствии с потребностями пользователя (для определения уровня заряда, напряжения батареи и безопасности) и для сети (включая

пропускная способность распределительной сети, ценообразование по времени использования и меры реагирования на спрос).140 Китай GB/T и CHAdeMO используют протокол связи, известный как CAN, а CCS работает с протоколом PLC. Открытые протоколы связи, такие как протокол Open Charge Point Protocol (OCPP), разработанный Open Charging Alliance, становятся все более популярными в США и Европе.

В нашем исследовании для этого отчета несколько опрошенных из США назвали переход к открытым протоколам связи и программному обеспечению приоритетом политики. В частности, некоторые проекты государственной зарядки, получившие финансирование в соответствии с Законом США о восстановлении и реинвестировании (ARRA), были упомянуты как выбравшие поставщиков с собственными платформами, которые впоследствии столкнулись с финансовыми трудностями, оставив сломанное оборудование, требующее замены.141 Большинство городов, коммунальных предприятий и зарядных станций Сети, опрошенные для участия в этом исследовании, выразили поддержку открытым протоколам связи и стимулам, позволяющим хостам взимающих плату сетей беспрепятственно менять поставщиков.142

Д. Затраты

Домашние зарядные устройства в Китае дешевле, чем в США. В Китае типичное настенное домашнее зарядное устройство мощностью 7 кВт продается в Интернете по цене от 1200 до 1800 юаней. Установка требует дополнительных затрат. (Большинство частных покупок электромобилей поставляются с зарядным устройством и установкой.) В Соединенных Штатах домашние зарядные устройства уровня 2 стоят в диапазоне 450–600 долларов, плюс в среднем примерно 500 долларов за установку144. Оборудование для быстрой зарядки постоянным током в США значительно дороже. обе страны. Стоимость варьируется в широких пределах. Один китайский эксперт, опрошенный для этого отчета, подсчитал, что установка поста быстрой зарядки постоянного тока мощностью 50 кВт в Китае обычно стоит от 45 000 до 60 000 юаней, при этом сам зарядный пост стоит примерно 25 000–35 000 юаней, а прокладка кабелей, подземная инфраструктура и учет рабочей силы для остальных.145 В Соединенных Штатах быстрая зарядка постоянным током может стоить десятки тысяч долларов за пост. Основные переменные, влияющие на стоимость установки оборудования для быстрой зарядки постоянным током, включают необходимость прокладки траншей, модернизации трансформаторов, новых или модернизированных цепей и электрических панелей, а также эстетическую модернизацию. Вывески, разрешения и доступ для инвалидов являются дополнительными факторами.146

Д. Беспроводная зарядка

Беспроводная зарядка предлагает ряд преимуществ, включая эстетику, экономию времени и простоту использования.

Он был доступен в 1990-х годах для EV1 (первого электромобиля), но сегодня встречается редко.147 Беспроводные системы зарядки электромобилей предлагали онлайн-диапазон стоимости от 1260 до примерно 3000 долларов США.148 Беспроводная зарядка электромобилей влечет за собой снижение эффективности, а современные системы предлагают эффективность зарядки около 85%.149 Современные продукты беспроводной зарядки обеспечивают передачу мощности 3–22 кВт; для нескольких моделей электромобилей доступны беспроводные зарядные устройства от Plugless Charge мощностью 3,6 кВт или 7,2 кВт, что эквивалентно зарядке уровня 2.150 Хотя многие пользователи электромобилей считают, что беспроводная зарядка не стоит дополнительных затрат,151 некоторые аналитики прогнозируют, что эта технология вскоре получит широкое распространение, и несколько автопроизводителей объявили, что предложат беспроводную зарядку в качестве опции для будущих электромобилей. Беспроводная зарядка может быть привлекательной для некоторых транспортных средств с определенными маршрутами, таких как общественные автобусы, а также предлагается для будущих полос на электрических магистралях, хотя высокая стоимость, низкая эффективность зарядки и медленная скорость зарядки будут недостатками.152

F. Замена батареи

Благодаря технологии замены аккумуляторов электромобили смогут заменять разряженные аккумуляторы на полностью заряженные. Это значительно сократит время, необходимое для подзарядки электромобиля, что принесет значительную потенциальную выгоду водителям.

Несколько китайских городов и компаний в настоящее время экспериментируют с заменой аккумуляторов, уделяя особое внимание электромобилям с высокой степенью использования, таким как такси. Город Ханчжоу внедрил систему замены аккумуляторов в своем таксопарке, в котором используются электромобили Zotye местного производства.155 Пекин построил несколько станций замены аккумуляторов при поддержке местного автопроизводителя BAIC. В конце 2017 года BAIC объявила о планах построить 3000 подкачивающих станций по всей стране к 2021 году.156 Китайский стартап по производству электромобилей NIO планирует внедрить технологию замены аккумуляторов для некоторых своих автомобилей и объявил, что построит 1100 подкачивающих станций в Китае.157 Несколько городов в Китае — включая Ханчжоу и Циндао, также использовали замену аккумуляторов в автобусах.158

В Соединенных Штатах дискуссия о замене аккумуляторов затихла после банкротства в 2013 году израильского стартапа по замене аккумуляторов Project Better Place, который планировал создать сеть станций по замене аккумуляторов для легковых автомобилей.153 В 2015 году Tesla отказалась от своих планов по замене аккумуляторов, построив только одну станцию. демонстрационный объект, обвиняя в отсутствии потребительского интереса. Сегодня в Соединенных Штатах проводится мало экспериментов по замене батарей, если они вообще проводятся.154 Снижение стоимости батарей и, возможно, в меньшей степени развертывание инфраструктуры быстрой зарядки постоянным током, вероятно, снизили привлекательность замены батарей в США. Соединенные Штаты.

Хотя замена батареи дает ряд преимуществ, она имеет и заметные недостатки. Аккумулятор электромобиля тяжелый и обычно расположен в нижней части автомобиля, образуя цельный структурный компонент с минимальными инженерными допусками для выравнивания и электрических соединений. Современные аккумуляторы обычно требуют охлаждения, а подключение и отключение систем охлаждения затруднено.159 Учитывая их размер и вес, аккумуляторные системы должны идеально подходить друг другу, чтобы избежать дребезжания, уменьшить износ и удерживать автомобиль по центру. Архитектура аккумулятора скейтборда, распространенная в современных электромобилях, повышает безопасность за счет понижения центра тяжести автомобиля и улучшения защиты от столкновений спереди и сзади. Съемные аккумуляторы, расположенные в багажнике или где-либо еще, лишены этого преимущества. Поскольку большинство владельцев транспортных средств заряжают в основном дома илиЗАРЯДКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ В КИТАЕ И СШАНа работе замена аккумуляторов не обязательно решит проблемы с зарядной инфраструктурой — она только поможет решить проблему общественной зарядки и дальности действия. А поскольку большинство автопроизводителей не желают стандартизировать аккумуляторные блоки или конструкции (автомобили конструируются с учетом аккумуляторов и двигателей, что делает это ключевой собственной ценностью160), для замены аккумуляторов может потребоваться отдельная сеть станций замены для каждой автомобильной компании или отдельное оборудование для замены для разных моделей и размеры транспортных средств. Хотя были предложены мобильные грузовики для замены аккумуляторов,161 эта бизнес-модель еще не реализована.