Ev Charger Technologies

Laddningstekniker för elbilar i Kina och USA är i stort sett lika. I båda länderna är sladdar och kontakter den överväldigande dominerande tekniken för laddning av elfordon. (Trådlös laddning och batteribyte har som mest en mindre närvaro.) Det finns skillnader mellan de två länderna med avseende på laddningsnivåer, laddningsstandarder och kommunikationsprotokoll. Dessa likheter och skillnader diskuteras nedan.

A. Laddningsnivåer

I USA sker en hel del laddning av elbilar vid 120 volt med omodifierade vägguttag i hemmet. Detta är allmänt känt som nivå 1 eller "trickle" laddning. Med nivå 1-laddning tar ett typiskt 30 kWh-batteri cirka 12 timmar att gå från 20 % till nästan full laddning. (Det finns inga 120 volts uttag i Kina.)

I både Kina och USA sker en hel del laddning av elbilar vid 220 volt (Kina) eller 240 volt (USA). I USA kallas detta för nivå 2-laddning.

Sådan laddning kan ske med omodifierade uttag eller specialiserad laddningsutrustning för elbilar och använder vanligtvis cirka 6–7 kW effekt. Vid laddning vid 220–240 volt tar ett typiskt 30 kWh-batteri cirka 6 timmar att gå från 20 % till nästan full laddning.

Slutligen har både Kina och USA växande nätverk av DC-snabbladdare, som vanligtvis använder 24 kW, 50 kW, 100 kW eller 120 kW kraft. Vissa stationer kan erbjuda 350 kW eller till och med 400 kW effekt. Dessa DC-snabba laddare kan ta ett fordonsbatteri från 20 % till en nästan full laddning på tider som sträcker sig från ungefär en timme till så lite som 10 minuter.

Tabell 6:De vanligaste laddningsnivåerna i USA

Källa: US Department of Energy

B. Laddningsstandarder

i. Kina

Kina har en rikstäckande standard för snabbladdning av elbilar. USA har tre standarder för snabbladdning av elbilar.

Den kinesiska standarden är känd som China GB/T. (InitialernaGBstår för nationell standard.)

China GB/T släpptes 2015 efter flera års utveckling.124 Det är nu obligatoriskt för alla nya elfordon som säljs i Kina. Internationella biltillverkare, inklusive Tesla, Nissan och BMW, har antagit GB/T-standarden för sina elbilar som säljs i Kina. GB/T tillåter för närvarande snabbladdning med maximalt 237,5 kW effekt (vid 950 V och 250 ampere), även om många

Kinesiska DC snabbladdare erbjuder 50 kW laddning. En ny GB/T kommer att släppas 2019 eller 2020, som enligt uppgift kommer att uppgradera standarden till att inkludera laddning upp till 900 kW för större kommersiella fordon. GB/T är en standard för endast Kina: de få kinesiska elbilar som exporteras utomlands använder andra standarder.125

I augusti 2018 tillkännagav China Electricity Council (CEC) ett samförståndsavtal med CHAdeMO-nätverket, baserat i Japan, för att gemensamt utveckla ultrasnabbladdning. Målet är kompatibilitet mellan GB/T och CHAdeMO för snabb laddning. De två organisationerna kommer att samarbeta för att utöka standarden till länder utanför Kina och Japan.126

ii. USA

I USA finns det tre EV-laddningsstandarder för DC-snabbladdning: CHAdeMO, CCS SAE Combo och Tesla.

CHAdeMO var den första snabbladdningsstandarden för elbilar från 2011. Den utvecklades av Tokyo

Electric Power Company och står för "Charge to Move" (en ordlek på japanska).127 CHAdeMO används för närvarande i USA i Nissan Leaf och Mitsubishi Outlander PHEV, som är bland de mest sålda elfordonen. The Leafs framgång i USA kan bliELLADDNING AV ELFORDON I KINA OCH USA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUARI 2019 |

delvis på grund av Nissans tidiga åtagande att lansera CHAdeMO snabbladdningsinfrastruktur hos återförsäljare och andra urbana platser.128 I januari 2019 fanns det över 2 900 CHAdeMO snabbladdare i USA (samt mer än 7 400 i Japan och 7 900 i Europa).129

2016 meddelade CHAdeMO att de skulle uppgradera sin standard från sin ursprungliga laddningshastighet på 70

kW att erbjuda 150 kW.130 I juni 2018 tillkännagav CHAdeMO introduktionen av 400 kW laddningskapacitet, med 1 000 V, 400 amp vätskekylda kablar. Den högre avgiften kommer att finnas tillgänglig för att möta behoven hos stora kommersiella fordon som lastbilar och bussar.131

En andra laddningsstandard i USA är känd som CCS eller SAE Combo. Den släpptes 2011 av en grupp europeiska och amerikanska biltillverkare. Ordetkomboindikerar att kontakten innehåller både AC-laddning (vid upp till 43 kW) och DC-laddning.132 In

Tyskland, Charging Interface Initiative (CharIN)-koalitionen bildades för att förespråka ett omfattande antagande av CCS. Till skillnad från CHAdeMO möjliggör en CCS-kontakt DC- och AC-laddning med en enda port, vilket minskar utrymmet och öppningarna som krävs på fordonskarossen. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA och Hyundai stödjer CCS. Tesla har också anslutit sig till koalitionen och meddelade i november 2018 att dess fordon i Europa skulle vara utrustade med CCS-laddningsportar.133 Chevrolet Bolt och BMW i3 är bland de populära elbilarna i USA som använder CCS-laddning. Medan nuvarande CCS-snabbladdare erbjuder laddning på cirka 50 kW, inkluderar Electrify America-programmet snabbladdning på 350 kW, vilket kan möjliggöra en nästan fullständig laddning på så lite som 10 minuter.

Den tredje laddningsstandarden i USA drivs av Tesla, som lanserade sitt eget proprietära Supercharger-nätverk i USA i september 2012.134 Tesla

Superladdare fungerar vanligtvis på 480 volt och erbjuder laddning på maximalt 120 kW. Som

i januari 2019 listade Teslas webbplats 595 Supercharger-platser i USA, med ytterligare 420 platser "kommer snart".135 I maj 2018 föreslog Tesla att dess Superchargers i framtiden skulle kunna nå effektnivåer så höga som 350 kW.136

I vår forskning för den här rapporten frågade vi amerikanska intervjupersoner om de ansåg avsaknaden av en enda nationell standard för DC-snabbladdning vara ett hinder för att använda elbilar. Få svarade jakande. Anledningarna till att flera DC-snabbladdningsstandarder inte anses vara ett problem inkluderar:

● De flesta elbilsladdningar sker hemma och på jobbet, med nivå 1 och 2 laddare.

● En stor del av den offentliga och arbetsplatsens laddningsinfrastruktur har hittills använt nivå 2-laddare.

● Adaptrar finns tillgängliga som gör att elbilsägare kan använda de flesta DC-snabbladdare, även om elbilen och laddaren använder olika laddningsstandarder. (Det huvudsakliga undantaget, Teslas superladdningsnätverk, är endast öppet för Tesla-fordon.) Det finns framför allt vissa farhågor om säkerheten hos snabbladdningsadaptrar.

● Eftersom kontakten och kontakten utgör en liten andel av kostnaden för en snabbladdningsstation, innebär detta en liten teknisk eller ekonomisk utmaning för stationsägare och kan jämföras med slangarna för olika oktaniga bensiner på en tankstation. Många offentliga laddstationer har flera pluggar anslutna till en enda laddstolpe, vilket gör att alla typer av elbilar kan laddas där. Faktum är att många jurisdiktioner kräver eller uppmuntrar detta.ELLADDNING AV ELFORDON I KINA OCH USA

38 | CENTRUM FÖR GLOBAL ENERGIPOLICY | COLUMBIA SIPA

Vissa biltillverkare har sagt att ett exklusivt laddningsnätverk representerar en konkurrenskraftig strategi. Claas Bracklo, chef för elektromobilitet på BMW och ordförande för CharIN, sa 2018, "Vi har grundat CharIN för att bygga en maktposition."137 Många Tesla-ägare och investerare anser att dess proprietära kompressornätverk är ett försäljningsargument, även om Tesla fortsätter att uttrycka villighet att tillåta andra bilmodeller att använda dess nätverk förutsatt att de bidrar med finansiering proportionellt mot användningen.138 Tesla är också en del av CharIN som främjar CCS. I november 2018 tillkännagav den att Model 3-bilar som säljs i Europa kommer att vara utrustade med CCS-portar. Tesla-ägare kan också köpa adaptrar för att komma åt CHAdeMO snabbladdare.139

C. Laddningskommunikationsprotokoll Laddningskommunikationsprotokoll är nödvändiga för att optimera laddningen för användarens behov (för att upptäcka laddningstillstånd, batterispänning och säkerhet) och för nätet (inklusive

distributionsnätets kapacitet, prissättning vid användningstid och efterfrågesvar).140 Kina GB/T och CHAdeMO använder ett kommunikationsprotokoll som kallas CAN, medan CCS arbetar med PLC-protokollet. Öppna kommunikationsprotokoll, som Open Charge Point Protocol (OCPP) utvecklat av Open Charging Alliance, blir allt populärare i USA och Europa.

I vår forskning för den här rapporten citerade flera amerikanska intervjupersoner övergången mot öppna kommunikationsprotokoll och programvara som en politisk prioritet. I synnerhet citerades vissa offentliga laddningsprojekt som fick finansiering enligt American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) för att ha valt leverantörer med egenutvecklade plattformar som sedan upplevde ekonomiska svårigheter, vilket lämnade trasig utrustning som krävde utbyte.141 ​​De flesta städer, allmännyttiga företag och laddningar nätverk som kontaktades för denna studie uttryckte stöd för öppna kommunikationsprotokoll och incitament för att göra det möjligt för laddande nätverksvärdar att sömlöst byta leverantör.142

D. Kostnader

Hemladdare är billigare i Kina än i USA. I Kina säljs en typisk 7 kW väggmonterad hemladdare online för mellan 1 200 RMB och 1 800 143 RMB. Installationen kräver extra kostnad. (De flesta privata elbilsköp kommer med laddare och installation ingår.) I USA kostar nivå 2-hemladdare i intervallet $450-$600, plus ett genomsnitt på cirka $500 för installation.144 DC-snabbladdningsutrustning är betydligt dyrare i båda länderna. Kostnaderna varierar kraftigt. En kinesisk expert som intervjuades för denna rapport uppskattade att installation av en 50 kW DC snabbladdningsstolpe i Kina vanligtvis kostar mellan RMB 45 000 och RMB 60 000, där själva laddstationen står för ungefär RMB 25 000 – RMB 35 000 och kablage, underjordisk infrastruktur och arbetsbokföring för resten.145 I USA kan DC-snabbladdning kosta tiotusentals dollar per post. Viktiga variabler som påverkar kostnaden för att installera DC-snabbladdningsutrustning inkluderar behovet av grävning, transformatoruppgraderingar, nya eller uppgraderade kretsar och elektriska paneler och estetiska uppgraderingar. Skyltning, tillstånd och tillgänglighet för funktionshindrade är ytterligare överväganden.146

E. Trådlös laddning

Trådlös laddning erbjuder flera fördelar, inklusive estetik, tidsbesparing och användarvänlighet.

Den fanns tillgänglig på 1990-talet för EV1 (en tidig elbil) men är sällsynt idag.147 Trådlösa elbilar som erbjuds online kostar från 1 260 USD till cirka 3 000 USD. cirka 85%.149 Nuvarande trådlösa laddningsprodukter erbjuder en effektöverföring på 3–22 kW; trådlösa laddare tillgängliga för flera EV-modeller från Plugless charge på antingen 3,6 kW eller 7,2 kW, motsvarande nivå 2-laddning.150 Även om många EV-användare anser att trådlös laddning inte är värd den extra kostnaden,151 har vissa analytiker förutspått att tekniken snart kommer att bli utbredd, och flera biltillverkare har meddelat att de skulle erbjuda trådlös laddning som ett alternativ på framtida elbilar. Trådlös laddning kan vara attraktivt för vissa fordon med definierade rutter, såsom allmänna bussar, och det har också föreslagits för framtida elmotorvägsfiler, även om höga kostnader, låg laddningseffektivitet och låga laddningshastigheter skulle vara nackdelar.152

F. Batteribyte

Med batteribytesteknik kan elfordon byta ut sina urladdade batterier mot andra som är fulladdade. Detta skulle dramatiskt förkorta tiden som krävs för att ladda en elbil, med betydande potentiella fördelar för förarna.

Flera kinesiska städer och företag experimenterar för närvarande med batteribyte, med fokus på högutnyttjande elbilar från flottan, som taxibilar. Staden Hangzhou har använt batteribyte för sin taxiflotta, som använder lokalt tillverkade Zotye EVs.155 Beijing har byggt flera batteribytesstationer i ett försök som stöds av den lokala biltillverkaren BAIC. I slutet av 2017 tillkännagav BAIC en plan för att bygga 3 000 bytesstationer över hela landet senast 2021.156 Den kinesiska elbilsstarten NIO planerar att använda batteribytesteknik för några av sina fordon och meddelade att de skulle bygga 1 100 bytesstationer i Kina.157 Flera städer i Kina— inklusive Hangzhou och Qingdao—har också använt batteribyte för bussar.158

I USA bleknade diskussionen om batteribyte efter 2013 års konkurs av det israeliska batteribytestartföretaget Project Better Place, som hade planerat ett nätverk av bytesstationer för personbilar.153 År 2015 övergav Tesla sina bytesstationsplaner efter att ha byggt endast en demonstrationsanläggning, skyller på bristande konsumentintresse. Det finns få om några experiment på gång med avseende på batteribyte i USA idag.154 Nedgången i batterikostnader, och kanske i mindre utsträckning utbyggnaden av DC-snabbladdningsinfrastruktur, har sannolikt minskat attraktionen av batteribyte i USA.

Även om batteribyte erbjuder flera fördelar, har det också anmärkningsvärda nackdelar. Ett EV-batteri är tungt och vanligtvis placerat längst ner på fordonet, och bildar en integrerad strukturell komponent med minimala tekniska toleranser för uppriktning och elektriska anslutningar. Dagens batterier kräver vanligtvis kylning och det är svårt att koppla och koppla bort kylsystem.159 Med tanke på deras storlek och vikt måste batterisystemen passa perfekt för att undvika skramlande, minska slitaget och hålla fordonet centrerat. Skateboardbatteriarkitektur som är vanlig i dagens elbilar förbättrar säkerheten genom att sänka fordonets viktcentrum och förbättra krockskyddet fram och bak. Borttagbara batterier placerade i bagageutrymmet eller någon annanstans skulle sakna denna fördel. Eftersom de flesta fordonsägare laddar främst hemma ellerELLADDNING AV ELFORDON I KINA OCH USApå jobbet skulle batteribyte inte nödvändigtvis lösa laddningsinfrastrukturproblemen – det skulle bara hjälpa till att hantera offentlig laddning och räckvidd. Och eftersom de flesta biltillverkare inte är villiga att standardisera batteripaket eller design – bilar är designade kring deras batterier och motorer, vilket gör detta till ett nyckelägande värde160 – batteribyte kan kräva ett separat bytesstationsnätverk för varje bilföretag eller separat bytesutrustning för olika modeller och storlekar på fordon. Även om mobila batteribytelastbilar har föreslagits,161 har denna affärsmodell ännu inte implementerats.