Ev Charger Technologies

Technologie nabíjení elektromobilů v Číně a ve Spojených státech jsou v zásadě podobné. V obou zemích jsou kabely a zástrčky naprosto dominantní technologií pro nabíjení elektromobilů. (Bezdrátové nabíjení a výměna baterií mají nanejvýš malou přítomnost.) Mezi oběma zeměmi existují rozdíly, pokud jde o úrovně nabíjení, standardy nabíjení a komunikační protokoly. Tyto podobnosti a rozdíly jsou diskutovány níže.

A. Úrovně nabíjení

Ve Spojených státech se velká část nabíjení elektromobilů odehrává při 120 voltech pomocí neupravených domácích zásuvek. Toto je obecně známé jako úroveň 1 nebo „udržovací“ nabíjení. Při nabíjení úrovně 1 trvá typické 30 kWh baterii přibližně 12 hodin, než se nabije z 20 % na téměř úplné nabití. (V Číně nejsou žádné 120voltové zásuvky.)

Jak v Číně, tak ve Spojených státech probíhá velká část nabíjení elektromobilů napětím 220 voltů (Čína) nebo 240 voltů (Spojené státy americké). Ve Spojených státech je to známé jako nabíjení úrovně 2.

Takové nabíjení může probíhat pomocí neupravených zásuvek nebo specializovaného nabíjecího zařízení pro elektromobily a typicky využívá přibližně 6–7 kW energie. Při nabíjení 220–240 voltů trvá typické 30 kWh baterii přibližně 6 hodin, než přejde z 20 % na téměř úplné nabití.

A konečně, Čína i Spojené státy mají rostoucí sítě stejnosměrných rychlonabíječek, 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 stejnosměrné rychlonabíječky dokážou vybít baterii vozidla z 20 % na téměř úplné nabití v časech od zhruba jedné hodiny do pouhých 10 minut.

Tabulka 6:Nejběžnější úrovně nabíjení v USA

Zdroj: Ministerstvo energetiky USA

B. Normy nabíjení

i. Čína

Čína má jeden celostátní standard rychlého nabíjení elektromobilů. USA mají tři standardy rychlého nabíjení EV.

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

China GB/T byla vydána v roce 2015 po několika letech vývoje.124 Nyní je povinná pro všechna nová elektrická vozidla prodávaná v Číně. Mezinárodní výrobci automobilů, včetně Tesla, Nissan a BMW, přijali standard GB/T pro své elektromobily prodávané v Číně. GB/T v současné době umožňuje rychlé nabíjení při maximálním výkonu 237,5 kW (při 950 V a 250 ampérech), ačkoli mnoho

Čínské rychlonabíječky DC nabízejí nabíjení 50 kW. V roce 2019 nebo 2020 bude vydán nový GB/T, který údajně upgraduje standard tak, aby zahrnoval nabíjení až 900 kW pro větší užitková vozidla. GB/T je standard pouze v Číně: několik elektromobilů vyrobených v Číně vyvážených do zahraničí používá jiné standardy.125

V srpnu 2018 Čínská rada pro elektřinu (CEC) oznámila memorandum o porozumění se sítí CHAdeMO se sídlem v Japonsku za účelem společného vývoje 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 nabíjení EV pro rychlé nabíjení DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo a Tesla.

CHAdeMO byl první standard rychlého nabíjení EV, datovaný do roku 2011. Byl vyvinut v Tokiu

Electric Power Company a znamená „Charge to Move“ (japonská slovní hříčka).127 CHAdeMO se v současné době používá ve Spojených státech v Nissanu Leaf a Mitsubishi Outlander PHEV, které patří mezi nejprodávanější elektrická vozidla. Úspěch listu ve Spojených státech může býtNABÍJENÍ ELEKTRICKÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECH

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ÚNOR 2019 |

částečně díky brzkému odhodlání společnosti Nissan zavést infrastrukturu rychlého nabíjení CHAdeMO u obchodních zastoupení a dalších městských místech.128 K lednu 2019 bylo ve Spojených státech více než 2 900 rychlonabíječek CHAdeMO (stejně jako více než 7 400 v Japonsku a 7 900 v Evropě).129

V roce 2016 CHAdeMO oznámilo, že upgraduje svůj standard z původní sazby 70

kW nabídne 150 kW.130 V červnu 2018 společnost CHAdeMO oznámila zavedení schopnosti nabíjení 400 kW pomocí 1 000 V, 400 A kapalinou chlazených kabelů. Vyšší zpoplatnění bude k dispozici pro uspokojení potřeb velkých užitkových vozidel, jako jsou nákladní automobily a autobusy.131

Druhý standard nabíjení ve Spojených státech je známý jako CCS nebo SAE Combo. Byl vydán v roce 2011 skupinou evropských a amerických výrobců automobilů. Slovokombooznačuje, že zástrčka obsahuje AC nabíjení (až 43 kW) i DC nabíjení.132 In

V Německu vznikla koalice Charging Interface Initiative (CharIN), aby se zasadila o široké přijetí CCS. Na rozdíl od CHAdeMO umožňuje zástrčka CCS nabíjení stejnosměrným a střídavým proudem pomocí jediného portu, čímž se zmenšuje prostor a otvory potřebné na karoserii vozidla. Jaguár,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA a Hyundai podporují CCS. Tesla se také připojila ke koalici a v listopadu 2018 oznámila, že její vozidla v Evropě budou vybavena nabíjecími porty CCS.133 Chevrolet Bolt a BMW i3 patří ve Spojených státech k oblíbeným elektromobilům, které používají nabíjení CCS. Zatímco současné rychlonabíječky CCS nabízejí nabíjení přibližně 50 kW, program Electrify America zahrnuje rychlonabíjení 350 kW, které by mohlo umožnit téměř úplné nabití již za 10 minut.

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

Kompresory obvykle pracují při 480 voltech a nabízejí nabíjení maximálně 120 kW. Jak

z ledna 2019 bylo na webových stránkách Tesly uvedeno 595 poboček Supercharger ve Spojených státech a dalších 420 poboček „již brzy“.135 V květnu 2018 Tesla navrhla, že v budoucnu by její Superchargery mohly dosáhnout výkonu až 350 kW.136

V našem výzkumu pro tuto zprávu jsme se dotazovaných v USA zeptali, zda považují absenci jednotného národního standardu pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem za překážku pro přijetí elektromobilů. Málokdo odpověděl kladně. Důvody, proč se více standardů rychlého nabíjení DC nepovažuje za problém, zahrnují:

● Většina nabíjení elektromobilů probíhá doma a v práci s nabíječkami úrovně 1 a 2.

● Velká část veřejné a nabíjecí infrastruktury na pracovišti doposud používala nabíječky úrovně 2.

● K dispozici jsou adaptéry, které majitelům elektromobilů umožňují používat většinu rychlonabíječek DC, i když elektromobil a nabíječka používají různé standardy nabíjení. (Hlavní výjimka, síť přeplňování Tesla, je otevřena pouze vozidlům Tesla.) Zejména existují určité obavy o bezpečnost rychlonabíjecích adaptérů.

● Vzhledem k tomu, že zástrčka a konektor představují malé procento nákladů na rychlonabíjecí stanici, představuje to pro majitele stanic malou technickou nebo finanční výzvu a lze je srovnat s hadicemi pro benzíny s různým oktanovým číslem na čerpacích stanicích. Mnoho veřejných nabíjecích stanic má několik zástrček připojených k jednomu nabíjecímu stojanu, což umožňuje nabíjení jakéhokoli typu EV. Mnoho jurisdikcí to skutečně vyžaduje nebo pobízí.NABÍJENÍ ELEKTRICKÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECH

38 | CENTRUM GLOBÁLNÍ ENERGETICKÉ POLITIKY | COLUMBIA SIPA

Někteří výrobci automobilů uvedli, že exkluzivní nabíjecí síť představuje konkurenční strategii. Claas Bracklo, šéf elektromobility v BMW a předseda CharIN, v roce 2018 prohlásil: „Založili jsme CharIN, abychom vybudovali mocenskou pozici.“137 Mnoho majitelů a investorů Tesly považuje její síť proprietárních superchargerů za prodejní místo, ačkoli Tesla nadále vyjadřuje ochota umožnit ostatním modelům aut používat její síť za předpokladu, že přispějí finančními prostředky úměrně využití.138 Tesla je také součástí CharIN propagující CCS. 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 rychlým nabíječkám CHAdeMO.139

C. Nabíjecí komunikační protokoly Nabíjecí komunikační protokoly jsou nezbytné pro optimalizaci nabíjení pro potřeby uživatele (pro zjištění stavu nabití, napětí baterie a bezpečnosti) a pro síť (vč.

kapacita distribuční sítě, stanovení ceny za dobu užívání a opatření reakce 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 Open Charging Alliance, jsou ve Spojených státech a Evropě stále populárnější.

V našem výzkumu pro tuto zprávu několik amerických dotazovaných uvedlo přechod k otevřeným komunikačním protokolům a softwaru jako politickou prioritu. Konkrétně některé projekty veřejného zpoplatnění, které získaly finanční prostředky podle amerického zákona o obnově a reinvesticích (ARRA), byly citovány jako dodavatele s proprietárními platformami, kteří se následně dostali do finančních potíží a zanechali poničené zařízení, které vyžadovalo výměnu.141 Většina měst, veřejných služeb a poplatků sítě kontaktované pro tuto studii vyjádřily podporu otevřeným komunikačním protokolům a pobídky umožňující hostitelům zpoplatňujících síť hladce měnit poskytovatele.142

D. Náklady

Domácí nabíječky jsou v Číně levnější než ve Spojených státech. V Číně se typická 7 kW nástěnná domácí nabíječka prodává online za cenu mezi 1 200 a 1 800,143 RMB Instalace vyžaduje dodatečné náklady. (Většina zakoupených soukromých elektromobilů je dodávána včetně nabíječky a instalace.) Ve Spojených státech stojí domácí nabíječky úrovně 2 v rozmezí 450 až 600 USD plus v průměru zhruba 500 USD za instalaci.144 Zařízení pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem je výrazně dražší v obě země. Náklady se značně liší. Jeden čínský expert dotazovaný pro tuto zprávu odhadl, že instalace 50 kW DC rychlonabíjecí stanice v Číně obvykle stojí mezi 45 000 RMB a 60 000 RMB, přičemž samotná nabíjecí stanice představuje zhruba 25 000 – 35 000 RMB a kabeláž, podzemní infrastruktura a účtování práce. pro zbytek.145 Ve Spojených státech může rychlé nabíjení stejnosměrným proudem stát desítky tisíc dolarů za příspěvek. Mezi hlavní proměnné ovlivňující náklady na instalaci zařízení pro rychlé nabíjení stejnosměrným proudem patří potřeba rýhování, modernizace transformátoru, nové nebo modernizované obvody a elektrické panely a estetické vylepšení. Značení, povolení a přístup pro osoby se zdravotním postižením jsou další aspekty.146

E. Bezdrátové nabíjení

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

Bylo k dispozici v 90. letech pro EV1 (první elektrický vůz), ale dnes je vzácné.147 Bezdrátové nabíjecí systémy EV nabízené online v ceně od 1 260 USD do přibližně 3 000 USD. kolem 85 %.149 Současné produkty pro bezdrátové nabíjení nabízejí přenos výkonu 3–22 kW; bezdrátové nabíječky dostupné pro několik modelů EV od Plugless nabíjení buď 3,6 kW nebo 7,2 kW, což odpovídá nabíjení úrovně 2.150 Zatímco mnoho uživatelů EV považuje bezdrátové nabíjení za zbytečné dodatečné náklady,151 někteří analytici předpovídají, že tato technologie bude brzy rozšířena, a několik výrobců automobilů oznámilo, že budou nabízet bezdrátové nabíjení jako možnost u budoucích elektromobilů. 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 elektrická vozidla mohla vyměnit své vybité baterie za jiné, které jsou plně nabité. To by dramaticky zkrátilo dobu potřebnou k dobití elektromobilu, což by řidičům přineslo značné potenciální výhody.

Několik čínských měst a společností v současné době experimentuje s výměnou baterií se zaměřením na vysoce využívaná flotilová EV, jako jsou taxi. Město Hangzhou zavedlo výměnu baterií pro svou flotilu taxislužeb, která používá lokálně vyrobené vozy Zotye EV.155 Peking vybudoval několik stanic pro výměnu baterií ve snaze podporované místní automobilkou BAIC. Koncem roku 2017 BAIC oznámil plán vybudovat do roku 2021 celostátně 3 000 výměnných stanic.156 Čínský startup 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 Hangzhou a Qingdao – také použili výměnu baterií pro autobusy.158

Ve Spojených státech se diskuse o výměně baterií vytratila po bankrotu izraelského startupu Project Better Place v roce 2013, který plánoval síť výměnných stanic pro osobní automobily. demonstrační zařízení, obviňující nedostatek zájmu spotřebitelů. V současnosti ve Spojených státech probíhá jen málo experimentů s výměnou baterií, pokud vůbec nějaké. Spojené státy.

I když výměna baterií nabízí několik výhod, má také významné nevýhody. Baterie EV je těžká a obvykle se nachází ve spodní části vozidla a tvoří nedílnou konstrukční součást s minimálními technickými tolerancemi pro vyrovnání a elektrická připojení. Dnešní baterie obvykle vyžadují chlazení a připojování a odpojování chladicích systémů je obtížné.159 Vzhledem ke své velikosti a hmotnosti musí bateriové systémy perfektně sedět, aby nedocházelo k drnčení, snižovaly opotřebení a udržovaly vozidlo vystředěné. Architektura baterie skateboardu běžná v dnešních EV zlepšuje bezpečnost snížením těžiště vozidla a zlepšením ochrany při nárazu vpředu i vzadu. Vyjímatelné baterie umístěné v kufru nebo jinde by tuto výhodu postrádaly. Jelikož většina majitelů vozidel nabíjí převážně doma respNABÍJENÍ ELEKTRICKÝCH VOZIDEL V ČÍNĚ A SPOJENÝCH STÁTECHv práci by výměna baterií nutně nevyřešila problémy s nabíjecí infrastrukturou – pomohla by pouze řešit veřejné nabíjení a dojezd. A protože většina výrobců automobilů není ochotna standardizovat baterie nebo designy – auta jsou navržena podle jejich baterií a motorů, což z toho činí klíčovou proprietární hodnotu160 – výměna baterií může vyžadovat samostatnou síť výměnných stanic pro každou automobilku nebo samostatné výměnné zařízení pro různé modely a velikosti vozidel. Přestože byly navrženy mobilní vozíky na výměnu baterií,161 tento obchodní model ještě nebyl zaveden.