Technologie nabíječek elektromobilů

Technologie nabíjení elektromobilů v Číně a Spojených státech jsou si v podstatě podobné. V obou zemích jsou kabely a zástrčky drtivě dominantní technologií pro nabíjení elektromobilů. (Bezdrátové nabíjení a výměna baterií jsou zastoupeny nanejvýš minimálně.) Mezi oběma zeměmi existují rozdíly, pokud jde o úrovně nabíjení, standardy nabíjení a komunikační protokoly. Tyto podobnosti a rozdíly jsou diskutovány níže.

A. Úrovně nabití

Ve Spojených státech probíhá velká část nabíjení elektromobilů při napětí 120 voltů s použitím neupravených domácích zásuvek. Toto se obecně nazývá nabíjení úrovně 1 nebo „udržovací“ nabíjení. Při nabíjení úrovně 1 trvá typické baterii s kapacitou 30 kWh přibližně 12 hodin, než se z 20 % nabije téměř plně. (V Číně nejsou žádné zásuvky na 120 voltů.)

V Číně i ve Spojených státech probíhá velká část nabíjení elektromobilů při napětí 220 voltů (Čína) nebo 240 voltů (Spojené státy). Ve Spojených státech se toto nazývá nabíjení úrovně 2.

Takové nabíjení může probíhat pomocí neupravených zásuvek nebo specializovaného nabíjecího zařízení pro elektromobily a obvykle spotřebovává přibližně 6–7 kW energie. Při nabíjení na 220–240 voltech trvá typické baterii s kapacitou 30 kWh přibližně 6 hodin, než se z 20 % nabije téměř plně.

Konečně, jak Čína, tak Spojené státy mají rostoucí sítě rychlonabíječek stejnosměrného proudu, které běžně využívají výkon 24 kW, 50 kW, 100 kW nebo 120 kW. Některé stanice mohou nabízet výkon 350 kW nebo dokonce 400 kW. Tyto rychlonabíječky stejnosměrného proudu dokáží nabít baterii vozidla z 20 % na téměř plné nabití za zhruba jednu hodinu až pouhých 10 minut.

Tabulka 6:Nejběžnější úrovně nabíjení v USA

Zdroj: Ministerstvo energetiky USA

B. Standardy pro účtování poplatků

i. Čína

Čína má jeden celostátní standard pro rychlé nabíjení elektromobilů. USA mají tři standardy pro rychlé nabíjení elektromobilů.

Čínský standard je známý jako China GB/T. (IniciályGBznamená národní standard.)

Standard GB/T v Číně byl vydán v roce 2015 po několika letech vývoje.124 Nyní je povinný pro všechna nová elektromobily prodávané v Číně. Mezinárodní automobilky, včetně Tesly, Nissanu a BMW, přijaly standard GB/T pro svá elektromobily prodávané v Číně. GB/T v současné době umožňuje rychlé nabíjení s maximálním výkonem 237,5 kW (při 950 V a 250 ampérech), ačkoli mnoho

Čínské stejnosměrné rychlonabíječky nabízejí nabíjení s výkonem 50 kW. V roce 2019 nebo 2020 bude uvedena na trh nová GB/T, která údajně rozšíří standard o nabíjení až do 900 kW pro větší užitková vozidla. GB/T je standard platný pouze v Číně: několik málo elektromobilů vyrobených v Číně vyvážených do zahraničí používá jiné standardy.125

V srpnu 2018 oznámila Čínská rada pro elektřinu (CEC) memorandum o porozumění se sítí CHAdeMO se sídlem v Japonsku o společném vývoji ultrarychlého nabíjení. Cílem je kompatibilita mezi GB/T a CHAdeMO pro rychlé nabíjení. Obě organizace budou spolupracovat na rozšíření standardu do zemí mimo Čínu a Japonsko.126

ii. Spojené státy

Ve Spojených státech existují tři standardy pro rychlé nabíjení elektromobilů stejnosměrným proudem: CHAdeMO, CCS SAE Combo a Tesla.

CHAdeMO byl první standard rychlého nabíjení elektromobilů z roku 2011. Byl vyvinut v Tokiu.

Electric Power Company a znamená „Charge to Move“ (hříčka v japonštině).127 CHAdeMO se v současné době ve Spojených státech používá v modelech Nissan Leaf a Mitsubishi Outlander PHEV, které patří mezi nejprodávanější elektromobily. Úspěch modelu Leaf ve Spojených státech může být…NABÍJENÍ ELEKTROMOBILOVÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECH

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ÚNOR 2019 |

částečně kvůli včasnému závazku společnosti Nissan zavést infrastrukturu rychlonabíjecích stanic CHAdeMO v prodejnách a dalších městských lokalitách.128 V lednu 2019 bylo ve Spojených státech přes 2 900 rychlonabíjecích stanic CHAdeMO (stejně jako více než 7 400 v Japonsku a 7 900 v Evropě).129

V roce 2016 společnost CHAdeMO oznámila, že upgraduje svůj standard z původní sazby zpoplatnění 70

kW nabídne 150 kW.130 V červnu 2018 společnost CHAdeMO oznámila zavedení nabíjecího výkonu 400 kW s využitím kapalinou chlazených kabelů s napětím 1 000 V a proudem 400 A. Vyšší nabíjecí výkon bude k dispozici pro potřeby velkých užitkových vozidel, jako jsou nákladní automobily a autobusy.131

Druhý standard nabíjení ve Spojených státech je známý jako CCS nebo SAE Combo. Byl uveden na trh v roce 2011 skupinou evropských a amerických výrobců automobilů. Slovo...komboZnamená to, že zástrčka umožňuje nabíjení střídavým proudem (až do 43 kW) i stejnosměrným proudem.132 In

V Německu byla vytvořena koalice Charging Interface Initiative (CharIN), která se zasazuje o široké přijetí CCS. Na rozdíl od CHAdeMO umožňuje zástrčka CCS nabíjení stejnosměrným i střídavým proudem pomocí jediného portu, čímž se snižuje prostor a otvory potřebné na karoserii vozidla. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA a Hyundai podporují CCS. Ke koalici se připojila i Tesla, která v listopadu 2018 oznámila, že její vozidla v Evropě budou vybavena nabíjecími porty CCS.133 Mezi oblíbené elektromobily ve Spojených státech, které využívají nabíjení CCS, patří Chevrolet Bolt a BMW i3. Zatímco současné rychlonabíječky CCS nabízejí nabíjení výkonem kolem 50 kW, program Electrify America zahrnuje rychlé nabíjení s výkonem 350 kW, které by umožnilo téměř úplné nabití za pouhých 10 minut.

Třetí standard nabíjení ve Spojených státech provozuje společnost Tesla, která v září 2012 spustila ve Spojených státech vlastní síť supernabíjecích stanic.134 Tesla

Kompresory obvykle pracují na 480 voltech a nabízejí nabíjení maximálním výkonem 120 kW.

V lednu 2019 webové stránky Tesly uváděly 595 nabíjecích stanic Supercharger ve Spojených státech a dalších 420 stanic „brzy“ bude k dispozici.135 V květnu 2018 Tesla naznačila, že její nabíjecí stanice Supercharger by v budoucnu mohly dosáhnout výkonu až 350 kW.136

V našem výzkumu pro tuto zprávu jsme se amerických respondentů zeptali, zda považují absenci jednotného národního standardu pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem za překážku pro přijetí elektromobilů. Jen málo z nich odpovědělo kladně. Mezi důvody, proč se více standardů pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem nepovažuje za problém, patří:

● Většina nabíjení elektromobilů probíhá doma a v práci pomocí nabíječek úrovně 1 a 2.

● Velká část veřejné a pracovišní nabíjecí infrastruktury dosud používala nabíječky úrovně 2.

● K dispozici jsou adaptéry, které majitelům elektromobilů umožňují používat většinu rychlonabíječek stejnosměrného proudu, a to i v případě, že elektromobil a nabíječka používají odlišné standardy nabíjení. (Hlavní výjimkou je síť supernabíjecích stanic Tesla, která je přístupná pouze vozidlům Tesla.) Zejména existují určité obavy ohledně bezpečnosti adaptérů pro rychlonabíjení.

● Vzhledem k tomu, že zástrčka a konektor představují malé procento nákladů na rychlonabíjecí stanici, nepředstavují pro majitele stanic jen malou technickou ani finanční výzvu a lze je přirovnat k hadicím pro benzíny s různým oktanovým číslem na čerpací stanici. Mnoho veřejných nabíjecích stanic má k jednomu nabíjecímu bodu připojeno více zásuvek, což umožňuje nabíjení jakéhokoli typu elektromobilu. Mnoho jurisdikcí to dokonce vyžaduje nebo podporuje.NABÍJENÍ ELEKTROMOBILOVÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECH

38 | CENTRUM PRO GLOBÁLNÍ ENERGETICKOU POLITIKU | COLUMBIA SIPA

Některé automobilky uvedly, že exkluzivní nabíjecí síť představuje konkurenční strategii. Claas Bracklo, vedoucí oddělení elektromobility u BMW a předseda CharIN, v roce 2018 prohlásil: „Založili jsme CharIN, abychom si vybudovali mocenskou pozici.“137 Mnoho majitelů a investorů Tesly považuje její proprietární síť kompresorových nabíječek za prodejní argument, ačkoli Tesla i nadále vyjadřuje ochotu umožnit jiným modelům automobilů využívat její síť za předpokladu, že přispějí finančními prostředky úměrnými spotřebě.138 Tesla se také podílí na propagaci CCS ze strany CharIN. V listopadu 2018 oznámila, že vozy Model 3 prodávané v Evropě budou vybaveny porty CCS. Majitelé Tesly si také mohou zakoupit adaptéry pro přístup k rychlonabíječkám CHAdeMO.139

C. Komunikační protokoly pro nabíjení Komunikační protokoly pro nabíjení jsou nezbytné pro optimalizaci nabíjení pro potřeby uživatele (pro detekci stavu nabití, napětí baterie a bezpečnosti) a pro síť (včetně

kapacita distribuční sítě, ceny podle doby využití a opatření v reakci na poptávku).140 Čína GB/T a CHAdeMO používají komunikační protokol známý jako CAN, zatímco CCS pracuje s protokolem PLC. Otevřené komunikační protokoly, jako je Open Charge Point Protocol (OCPP) vyvinutý organizací Open Charging Alliance, se stávají stále populárnějšími ve Spojených státech a Evropě.

V našem výzkumu pro tuto zprávu několik respondentů z USA uvedlo přechod k otevřeným komunikačním protokolům a softwaru jako politickou prioritu. Zejména u některých projektů veřejných nabíjecích stanic, které získaly financování v rámci zákona o americké obnově a reinvesticích (ARRA), bylo uvedeno, že si vybraly dodavatele s proprietárními platformami, kteří následně pocítili finanční potíže a zanechali nefunkční zařízení, které bylo nutné vyměnit.141 Většina měst, dodavatelů energií a nabíjecích sítí oslovených pro účely této studie vyjádřila podporu otevřeným komunikačním protokolům a pobídkám, které by umožnily hostitelům nabíjecích sítí bezproblémově změnit poskytovatele.142

D. Náklady

Domácí nabíječky jsou v Číně levnější než ve Spojených státech. V Číně se typická 7kW nástěnná domácí nabíječka prodává online za 1 200 až 1 800 RMB.143 Instalace vyžaduje dodatečné náklady. (Většina soukromých nákupů elektromobilů je dodávána s nabíječkou a instalací.) Ve Spojených státech stojí domácí nabíječky úrovně 2 v rozmezí 450 až 600 dolarů plus průměrná cena instalace zhruba 500 dolarů.144 Zařízení pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem je v obou zemích výrazně dražší. Náklady se značně liší. Jeden čínský expert, s nímž jsme pro tuto zprávu provedli rozhovor, odhadl, že instalace 50kW rychlonabíjecí stanice stejnosměrného proudu v Číně obvykle stojí 45 000 až 60 000 RMB, přičemž samotná nabíjecí stanice stojí zhruba 25 000 až 35 000 RMB a zbytek tvoří kabeláž, podzemní infrastruktura a práce.145 Ve Spojených státech může rychlonabíjení stejnosměrným proudem stát desítky tisíc dolarů za stanici. Mezi hlavní proměnné ovlivňující náklady na instalaci zařízení pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem patří potřeba výkopů, modernizace transformátorů, nových nebo modernizovaných obvodů a elektrických rozvaděčů a estetických vylepšení. Dalšími faktory, které je třeba zvážit, jsou značení, povolení a přístup pro osoby se zdravotním postižením.146

E. Bezdrátové nabíjení

Bezdrátové nabíjení nabízí několik výhod, včetně estetiky, úspory času a snadného použití.

V 90. letech 20. století byl k dispozici pro EV1 (raný elektromobil), ale dnes je vzácný.147 Bezdrátové nabíjecí systémy pro elektromobily nabízené online se pohybují v cenovém rozpětí od 1 260 do přibližně 3 000 dolarů.148 Bezdrátové nabíjení elektromobilů s sebou nese nižší účinnost, přičemž současné systémy nabízejí účinnost nabíjení kolem 85 %.149 Současné bezdrátové nabíjecí produkty nabízejí přenos výkonu 3–22 kW; bezdrátové nabíječky dostupné pro několik modelů elektromobilů od Plugless Charge s výkonem 3,6 kW nebo 7,2 kW, což odpovídá nabíjení úrovně 2.150 Zatímco mnoho uživatelů elektromobilů považuje bezdrátové nabíjení za nevýhodné,151 někteří analytici předpovídají, že tato technologie se brzy rozšíří, a několik výrobců automobilů oznámilo, že nabídnou bezdrátové nabíjení jako volitelnou výbavu pro budoucí elektromobily. Bezdrátové nabíjení by mohlo být atraktivní pro určitá vozidla s definovanými trasami, jako jsou veřejné autobusy, a bylo také navrženo pro budoucí elektrické dálniční pruhy, ačkoli vysoké náklady, nízká účinnost nabíjení a pomalé rychlosti nabíjení by byly nevýhodou.152

F. Výměna baterie

Díky technologii výměny baterií by elektromobily mohly vyměnit své vybité baterie za plně nabité. To by dramaticky zkrátilo dobu potřebnou k nabití elektromobilu, což by pro řidiče představovalo značné potenciální výhody.

Několik čínských měst a společností v současné době experimentuje s výměnou baterií, se zaměřením na vysoce využívaná elektromobily, jako jsou taxíky. Město Chang-čou zavedlo výměnu baterií pro svůj vozový park taxislužeb, který využívá místně vyráběné elektromobily Zotye.155 Peking postavil několik stanic pro výměnu baterií v rámci úsilí podporovaného místní automobilkou BAIC. Koncem roku 2017 společnost BAIC oznámila plán na výstavbu 3 000 výměnných stanic v celé zemi do roku 2021.156 Čínský startup pro elektromobily NIO plánuje zavést technologii výměny baterií pro některá ze svých vozidel a oznámil, že v Číně postaví 1 100 výměnných stanic.157 Několik měst v Číně – včetně Chang-čou a Čching-tao – také využilo výměnu baterií pro autobusy.158

Ve Spojených státech diskuse o výměně baterií utichla po bankrotu izraelského startupu zabývajícího se výměnou baterií Project Better Place v roce 2013, který plánoval síť výměnných stanic pro osobní automobily.153 V roce 2015 společnost Tesla od svých plánů na výměnné stanice upustila poté, co postavila pouze jedno demonstrační zařízení, a s odůvodněním nedostatku zájmu spotřebitelů uvedla, že v současnosti ve Spojených státech probíhá jen málo, pokud vůbec nějaké, experimenty týkající se výměny baterií.154 Pokles nákladů na baterie a možná v menší míře i zavádění infrastruktury pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem pravděpodobně snížily atraktivitu výměny baterií ve Spojených státech.

Výměna baterie sice nabízí několik výhod, ale má i značné nevýhody. Baterie elektromobilu je těžká a obvykle se nachází ve spodní části vozidla, čímž tvoří nedílnou strukturální součást s minimálními technickými tolerancemi pro zarovnání a elektrické připojení. Dnešní baterie obvykle vyžadují chlazení a připojování a odpojování chladicích systémů je obtížné.159 Vzhledem ke své velikosti a hmotnosti musí bateriové systémy dokonale pasovat, aby se zabránilo chrastění, snížilo se opotřebení a vozidlo zůstalo vystředěné. Architektura baterií ve stylu skateboardu, běžná v dnešních elektromobilech, zvyšuje bezpečnost snížením těžiště vozidla a zlepšením ochrany při nárazu vpředu i vzadu. Vyjímatelné baterie umístěné v kufru nebo jinde by tuto výhodu postrádaly. Vzhledem k tomu, že většina majitelů vozidel nabíjí hlavně doma nebo...NABÍJENÍ ELEKTROMOBILOVÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECHV praxi by výměna baterií nutně nevyřešila problémy s nabíjecí infrastrukturou – pomohla by pouze s řešením veřejných nabíjecích stanic a dojezdu. A protože většina automobilek není ochotna standardizovat bateriové bloky ani jejich design – automobily jsou navrženy podle svých baterií a motorů, což z toho činí klíčovou vlastnickou hodnotu160 – výměna baterií by mohla vyžadovat samostatnou síť výměnných stanic pro každou automobilku nebo samostatné výměnné zařízení pro různé modely a velikosti vozidel. Ačkoli byly navrženy mobilní výměnné vozíky pro baterie,161 tento obchodní model dosud nebyl implementován.