Ev Charger Technologies

Elektroautomobiļu uzlādes tehnoloģijas Ķīnā un Amerikas Savienotajās Valstīs ir ļoti līdzīgas. Abās valstīs vadi un kontaktdakšas ir dominējošās tehnoloģijas elektrotransportlīdzekļu uzlādei. (Bezvadu uzlāde un akumulatoru apmaiņa ir mazāk izplatīta.) Starp abām valstīm pastāv atšķirības attiecībā uz uzlādes līmeņiem, uzlādes standartiem un sakaru protokoliem. Šīs līdzības un atšķirības ir apspriestas turpmāk.

A. Uzlādes līmeņi

Amerikas Savienotajās Valstīs liela daļa elektroautomobiļu uzlādes notiek ar 120 voltu spriegumu, izmantojot nemodificētas mājas sienas kontaktligzdas. To parasti sauc par 1. līmeņa jeb “palēnināšanas” uzlādi. Ar 1. līmeņa uzlādi tipiskam 30 kWh akumulatoram nepieciešamas aptuveni 12 stundas, lai uzlādētos no 20% līdz gandrīz pilnai uzlādei. (Ķīnā nav 120 voltu kontaktligzdu.)

Gan Ķīnā, gan Amerikas Savienotajās Valstīs liela daļa elektrotransportlīdzekļu uzlādes notiek ar 220 voltu (Ķīnā) vai 240 voltu (Amerikas Savienotajās Valstīs) spriegumu. Amerikas Savienotajās Valstīs to sauc par 2. līmeņa uzlādi.

Šāda uzlāde var notikt, izmantojot nemodificētas kontaktligzdas vai specializētu elektroautomobiļu uzlādes aprīkojumu, un parasti tā patērē aptuveni 6–7 kW jaudu. Uzlādējot ar 220–240 voltu spriegumu, tipiskam 30 kWh akumulatoram ir nepieciešamas aptuveni 6 stundas, lai uzlādētu no 20% līdz gandrīz pilnai uzlādei.

Visbeidzot, gan Ķīnā, gan Amerikas Savienotajās Valstīs ir augošs līdzstrāvas ātro uzlādes staciju tīkls, kas parasti izmanto 24 kW, 50 kW, 100 kW vai 120 kW jaudu. Dažas stacijas var piedāvāt 350 kW vai pat 400 kW jaudu. Šīs līdzstrāvas ātrās uzlādes stacijas var uzlādēt transportlīdzekļa akumulatoru no 20% līdz gandrīz pilnai uzlādei laikā, sākot no aptuveni vienas stundas līdz pat 10 minūtēm.

6. tabula:Visizplatītākie uzlādes līmeņi ASV

Avots: ASV Enerģētikas departaments

B. Uzlādes standarti

i. Ķīna

Ķīnā ir viens valsts mēroga elektrotransportlīdzekļu ātrās uzlādes standarts. ASV ir trīs elektrotransportlīdzekļu ātrās uzlādes standarti.

Ķīnas standarts ir pazīstams kā China GB/T. (IniciāļiGBapzīmē valsts standartu.)

Ķīnas GB/T tika izlaists 2015. gadā pēc vairāku gadu izstrādes.124 Tagad tas ir obligāts visiem jaunajiem elektriskajiem transportlīdzekļiem, kas tiek pārdoti Ķīnā. Starptautiskie autoražotāji, tostarp Tesla, Nissan un BMW, ir pieņēmuši GB/T standartu saviem Ķīnā pārdotajiem elektrotransportlīdzekļiem. GB/T pašlaik ļauj ātri uzlādēt ar maksimālo jaudu 237,5 kW (pie 950 V un 250 ampēriem), lai gan daudzi

Ķīnā ražotas līdzstrāvas ātrās uzlādes stacijas piedāvā 50 kW uzlādi. 2019. vai 2020. gadā tiks izlaista jauna GB/T uzlādes stacija, kas, kā ziņots, uzlabos standartu, iekļaujot uzlādi līdz 900 kW lielākiem komerctransportlīdzekļiem. GB/T ir tikai Ķīnā izmantots standarts: daži Ķīnā ražotie elektriskie transportlīdzekļi, kas tiek eksportēti uz ārzemēm, izmanto citus standartus.125

2018. gada augustā Ķīnas Elektroenerģijas padome (CEC) paziņoja par saprašanās memorandu ar Japānā bāzēto CHAdeMO tīklu par kopīgu īpaši ātrās uzlādes izstrādi. Mērķis ir GB/T un CHAdeMO saderība ātrai uzlādei. Abas organizācijas sadarbosies, lai paplašinātu standartu valstīs ārpus Ķīnas un Japānas.126

ii. Amerikas Savienotās Valstis

Amerikas Savienotajās Valstīs pastāv trīs elektrotransportlīdzekļu uzlādes standarti ātrai līdzstrāvas uzlādei: CHAdeMO, CCS SAE Combo un Tesla.

CHAdeMO bija pirmais elektrotransportlīdzekļu ātrās uzlādes standarts, kas tika ieviests 2011. gadā. To izstrādāja Tokija.

Electric Power Company un apzīmē “Charge to Move” (vārdspēle japāņu valodā).127 CHAdeMO pašlaik tiek izmantots Amerikas Savienotajās Valstīs Nissan Leaf un Mitsubishi Outlander PHEV modeļos, kas ir vieni no vislabāk pārdotajiem elektriskajiem transportlīdzekļiem. Leaf panākumi Amerikas Savienotajās Valstīs varētu būtELEKTROTRANSPORTLĪDZEKĻU UZLĀDE ĶĪNĀ UN ASV

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | 2019. GADA FEBRUĀRIS |

daļēji pateicoties Nissan agrīnajai apņemšanās ieviest CHAdeMO ātrās uzlādes infrastruktūru automašīnu tirdzniecības vietās un citās pilsētu vietās.128 2019. gada janvārī Amerikas Savienotajās Valstīs bija vairāk nekā 2900 CHAdeMO ātrās uzlādes staciju (kā arī vairāk nekā 7400 Japānā un 7900 Eiropā).129

2016. gadā CHAdeMO paziņoja, ka uzlabos savu standartu no sākotnējās uzlādes likmes 70

kW, lai piedāvātu 150 kW.130 2018. gada jūnijā CHAdeMO paziņoja par 400 kW uzlādes iespējas ieviešanu, izmantojot 1000 V, 400 A ar šķidrumu dzesējamus kabeļus. Augstāka uzlāde būs pieejama, lai apmierinātu lielu komerciālo transportlīdzekļu, piemēram, kravas automašīnu un autobusu, vajadzības.131

Otrais uzlādes standarts Amerikas Savienotajās Valstīs ir pazīstams kā CCS jeb SAE Combo. To 2011. gadā izlaida Eiropas un ASV autoražotāju grupa. Vārds...kombinācijanorāda, ka kontaktdakša nodrošina gan maiņstrāvas uzlādi (līdz 43 kW), gan līdzstrāvas uzlādi.132 collas

Vācijā tika izveidota Uzlādes saskarnes iniciatīvas (CharIN) koalīcija, lai atbalstītu CCS plašu ieviešanu. Atšķirībā no CHAdeMO, CCS spraudnis ļauj veikt līdzstrāvas un maiņstrāvas uzlādi, izmantojot vienu portu, tādējādi samazinot nepieciešamo vietu un atveres uz transportlīdzekļa virsbūves. Jaguar,

CCS atbalsta Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA un Hyundai. Arī Tesla ir pievienojusies koalīcijai un 2018. gada novembrī paziņoja, ka tās transportlīdzekļi Eiropā tiks aprīkoti ar CCS uzlādes pieslēgvietām.133 Chevrolet Bolt un BMW i3 ir vieni no populārajiem elektroautomobiļiem Amerikas Savienotajās Valstīs, kas izmanto CCS uzlādi. Lai gan pašreizējās CCS ātrās uzlādes stacijas piedāvā uzlādi ar aptuveni 50 kW jaudu, Electrify America programma ietver ātro uzlādi ar 350 kW, kas varētu nodrošināt gandrīz pilnīgu uzlādi tikai 10 minūtēs.

Trešo uzlādes standartu Amerikas Savienotajās Valstīs nodrošina Tesla, kas 2012. gada septembrī Amerikas Savienotajās Valstīs atklāja savu patentēto Supercharger tīklu.134 Tesla

Kompresoru uzlādes ierīces parasti darbojas ar 480 voltu spriegumu un piedāvā uzlādi ar maksimālo jaudu 120 kW.

2019. gada janvārī Tesla tīmekļa vietnē bija uzskaitītas 595 Supercharger staciju atrašanās vietas Amerikas Savienotajās Valstīs, un vēl 420 atrašanās vietas “drīzumā” būs pieejamas.135 2018. gada maijā Tesla norādīja, ka nākotnē tās Supercharger staciju jauda varētu sasniegt pat 350 kW.136

Šī ziņojuma ietvaros veiktajā pētījumā mēs jautājām ASV intervētajiem, vai viņi uzskata, ka vienota valsts standarta trūkums līdzstrāvas ātrajai uzlādei ir šķērslis elektrotransportlīdzekļu ieviešanai. Tikai daži atbildēja apstiprinoši. Iemesli, kāpēc vairāki līdzstrāvas ātrās uzlādes standarti netiek uzskatīti par problēmu, ir šādi:

● Lielākā daļa elektroautomobiļu uzlādes notiek mājās un darbā, izmantojot 1. un 2. līmeņa uzlādes stacijas.

● Līdz šim liela daļa publiskās un darba vietu uzlādes infrastruktūras ir izmantojusi 2. līmeņa uzlādes stacijas.

● Ir pieejami adapteri, kas ļauj elektrotransportlīdzekļu īpašniekiem izmantot lielāko daļu līdzstrāvas ātro uzlādes staciju, pat ja elektrotransportlīdzekļam un uzlādes stacijām ir atšķirīgi uzlādes standarti. (Galvenais izņēmums ir Tesla superlādēšanas tīkls, kas ir atvērts tikai Tesla transportlīdzekļiem.) Jāatzīmē, ka pastāv zināmas bažas par ātrās uzlādes adapteru drošību.

● Tā kā kontaktdakša un savienotājs veido nelielu daļu no ātrās uzlādes stacijas izmaksām, tas staciju īpašniekiem nerada lielas tehniskas vai finansiālas grūtības un to varētu salīdzināt ar dažāda oktānskaitļa benzīna šļūtenēm degvielas uzpildes stacijās. Daudzām publiskajām uzlādes stacijām ir vairāki kontaktdakšas, kas piestiprinātas pie viena uzlādes staba, ļaujot tur uzlādēt jebkura veida elektrotransportlīdzekļus. Patiešām, daudzās jurisdikcijās tas ir nepieciešams vai tiek stimulēts.ELEKTROTRANSPORTLĪDZEKĻU UZLĀDE ĶĪNĀ UN ASV

38 | GLOBĀLĀS ENERĢĒTIKAS POLITIKAS CENTRS | KOLUMBIJA, SIPA

Daži automašīnu ražotāji ir apgalvojuši, ka ekskluzīvs uzlādes tīkls atspoguļo konkurētspējīgu stratēģiju. BMW elektromobilitātes vadītājs un CharIN priekšsēdētājs Klāss Breklo 2018. gadā paziņoja: "Mēs esam nodibinājuši CharIN, lai izveidotu ietekmīgu pozīciju."137 Daudzi Tesla īpašnieki un investori uzskata tā patentēto kompresoru tīklu par pārdošanas argumentu, lai gan Tesla turpina paust vēlmi ļaut citiem automašīnu modeļiem izmantot tā tīklu, ja tie sniegs finansējumu proporcionāli izmantošanai.138 Tesla ir arī daļa no CharIN, kas veicina CCS. 2018. gada novembrī tā paziņoja, ka Eiropā pārdotās Model 3 automašīnas būs aprīkotas ar CCS pieslēgvietām. Tesla īpašnieki var arī iegādāties adapterus, lai piekļūtu CHAdeMO ātrajām uzlādes stacijām.139

C. Uzlādes saziņas protokoli Uzlādes saziņas protokoli ir nepieciešami, lai optimizētu uzlādi atbilstoši lietotāja vajadzībām (lai noteiktu uzlādes stāvokli, akumulatora spriegumu un drošību) un tīklam (tostarp

sadales tīkla jauda, ​​cenu noteikšana atkarībā no lietošanas laika un pieprasījuma reakcijas pasākumi).140 Ķīna GB/T un CHAdeMO izmanto sakaru protokolu, kas pazīstams kā CAN, savukārt CCS darbojas ar PLC protokolu. Atvērtie sakaru protokoli, piemēram, Atvērtās uzlādes punkta protokols (OCPP), ko izstrādājusi Atvērtās uzlādes alianse, kļūst arvien populārāki Amerikas Savienotajās Valstīs un Eiropā.

Šī ziņojuma ietvaros veiktajā pētījumā vairāki ASV intervētie minēja pāreju uz atvērtiem komunikācijas protokoliem un programmatūru kā politikas prioritāti. Jo īpaši tika minēts, ka daži publiskās uzlādes projekti, kas saņēma finansējumu saskaņā ar Amerikas Atveseļošanas un reinvestīciju likumu (ARRA), ir izvēlējušies pārdevējus ar patentētām platformām, kuriem vēlāk radās finansiālas grūtības, kā rezultātā iekārtas bija bojātas un bija jānomaina.141 Lielākā daļa pilsētu, komunālo pakalpojumu uzņēmumu un uzlādes tīklu, ar kuriem sazinājāmies šī pētījuma ietvaros, pauda atbalstu atvērtiem komunikācijas protokoliem un stimuliem, kas ļautu uzlādes tīkla saimniekiem nemanāmi mainīt pakalpojumu sniedzējus.142

D. Izmaksas

Mājas uzlādes stacijas Ķīnā ir lētākas nekā Amerikas Savienotajās Valstīs. Ķīnā tipiska 7 kW sienas uzlādes staciju cena tiešsaistē ir no 1200 līdz 1800 RMB.143 Uzstādīšanai ir nepieciešamas papildu izmaksas. (Lielākajai daļai privāto elektrotransportlīdzekļu pirkumu ir iekļauts lādētājs un uzstādīšana.) Amerikas Savienotajās Valstīs 2. līmeņa mājas uzlādes staciju cena ir no 450 līdz 600 USD, kā arī vidēji aptuveni 500 USD par uzstādīšanu.144 Līdzstrāvas ātrās uzlādes iekārtas abās valstīs ir ievērojami dārgākas. Izmaksas ir ļoti atšķirīgas. Viens šim ziņojumam intervēts ķīniešu eksperts lēsa, ka 50 kW līdzstrāvas ātrās uzlādes stacijas uzstādīšana Ķīnā parasti izmaksā no 45 000 līdz 60 000 RMB, paša uzlādes stacijas izmaksas ir aptuveni 25 000–35 000 RMB, bet atlikušo daļu veido kabeļu ierīkošana, pazemes infrastruktūra un darbaspēks.145 Amerikas Savienotajās Valstīs līdzstrāvas ātrā uzlāde var maksāt desmitiem tūkstošu dolāru par staciju. Galvenie mainīgie lielumi, kas ietekmē līdzstrāvas ātrās uzlādes iekārtu uzstādīšanas izmaksas, ir nepieciešamība pēc tranšeju rakšanas, transformatoru modernizācijas, jaunu vai modernizētu ķēžu un elektrisko paneļu uzstādīšanas, kā arī estētiskiem uzlabojumiem. Papildu apsvērumi ir norādes, atļaujas un piekļuve invalīdiem.146

E. Bezvadu uzlāde

Bezvadu uzlādei ir vairākas priekšrocības, tostarp estētika, laika ietaupījums un lietošanas ērtums.

Tā bija pieejama 20. gs. deviņdesmitajos gados EV1 (agrīnam elektroautomobilim), taču mūsdienās tā ir reta parādība.147 Tiešsaistē piedāvāto bezvadu elektroautomobiļu uzlādes sistēmu cena svārstās no 1260 USD līdz aptuveni 3000 USD.148 Bezvadu elektroautomobiļu uzlādei ir raksturīgs efektivitātes sods, jo pašreizējās sistēmas piedāvā uzlādes efektivitāti aptuveni 85 %.149 Pašreizējie bezvadu uzlādes produkti piedāvā jaudas pārnesi 3–22 kW; bezvadu lādētāji, kas pieejami vairākiem elektroautomobiļu modeļiem, sākot no bezkontakta uzlādes ar 3,6 kW vai 7,2 kW jaudu, kas atbilst 2. līmeņa uzlādei.150 Lai gan daudzi elektroautomobiļu lietotāji uzskata, ka bezvadu uzlāde nav papildu izmaksu vērta,151 daži analītiķi prognozē, ka šī tehnoloģija drīzumā būs plaši izplatīta, un vairāki automašīnu ražotāji ir paziņojuši, ka piedāvās bezvadu uzlādi kā opciju nākotnes elektroautomobiļiem. Bezvadu uzlāde varētu būt pievilcīga noteiktiem transportlīdzekļiem ar noteiktiem maršrutiem, piemēram, sabiedriskajiem autobusiem, un tā ir ierosināta arī nākotnes elektrisko automaģistrāļu joslām, lai gan augstās izmaksas, zema uzlādes efektivitāte un lēns uzlādes ātrums būtu trūkumi.152

F. Bateriju maiņa

Izmantojot akumulatoru maiņas tehnoloģiju, elektrotransportlīdzekļi varētu nomainīt savus izlādētos akumulatorus pret pilnībā uzlādētiem. Tas ievērojami saīsinātu elektrotransportlīdzekļa uzlādei nepieciešamo laiku, sniedzot ievērojamas potenciālas priekšrocības autovadītājiem.

Vairākas Ķīnas pilsētas un uzņēmumi pašlaik eksperimentē ar akumulatoru apmaiņu, koncentrējoties uz augstas noslodzes elektrotransportlīdzekļiem, piemēram, taksometriem. Handžou pilsēta ir ieviesusi akumulatoru apmaiņu savā taksometru parkā, kurā tiek izmantoti vietēji ražoti Zotye elektrotransportlīdzekļi.155 Pekina ir uzbūvējusi vairākas akumulatoru apmaiņas stacijas, ko atbalsta vietējais autoražotājs BAIC. 2017. gada beigās BAIC paziņoja par plānu līdz 2021. gadam uzbūvēt 3000 apmaiņas stacijas visā valstī.156 Ķīnas elektrotransportlīdzekļu jaunuzņēmums NIO plāno ieviest akumulatoru apmaiņas tehnoloģiju dažiem saviem transportlīdzekļiem un paziņoja, ka Ķīnā uzbūvēs 1100 apmaiņas stacijas.157 Vairākas Ķīnas pilsētas, tostarp Handžou un Cjindao, ir izmantojušas arī akumulatoru apmaiņu autobusiem.158

Amerikas Savienotajās Valstīs diskusijas par akumulatoru apmaiņu izzuda pēc Izraēlas akumulatoru apmaiņas jaunuzņēmuma “Project Better Place” bankrota 2013. gadā, kas bija plānojis maiņas staciju tīklu vieglajām automašīnām.153 2015. gadā Tesla atteicās no maiņas staciju plāniem pēc tam, kad bija uzbūvējis tikai vienu demonstrācijas iekārtu, vainojot patērētāju intereses trūkumu. Mūsdienās Amerikas Savienotajās Valstīs notiek maz, ja vispār notiek, eksperimentu attiecībā uz akumulatoru apmaiņu.154 Akumulatoru izmaksu kritums un, iespējams, mazākā mērā līdzstrāvas ātrās uzlādes infrastruktūras izvēršana, visticamāk, ir mazinājusi akumulatoru apmaiņas pievilcību Amerikas Savienotajās Valstīs.

Lai gan akumulatoru maiņai ir vairākas priekšrocības, tai ir arī ievērojami trūkumi. Elektrotransportlīdzekļa akumulators ir smags un parasti atrodas transportlīdzekļa apakšā, veidojot neatņemamu konstrukcijas elementu ar minimālām inženiertehniskajām pielaidēm attiecībā uz izlīdzināšanu un elektriskajiem savienojumiem. Mūsdienu akumulatoriem parasti ir nepieciešama dzesēšana, un dzesēšanas sistēmu pievienošana un atvienošana ir sarežģīta.159 Ņemot vērā to izmēru un svaru, akumulatoru sistēmām ir jābūt perfekti piemērotām, lai izvairītos no grabēšanas, samazinātu nodilumu un saglabātu transportlīdzekli centrā. Skeitborda akumulatoru arhitektūra, kas ir izplatīta mūsdienu elektrotransportlīdzekļos, uzlabo drošību, pazeminot transportlīdzekļa svara centru un uzlabojot aizsardzību pret triecieniem priekšā un aizmugurē. Noņemamiem akumulatoriem, kas atrodas bagāžniekā vai citur, nebūtu šīs priekšrocības. Tā kā lielākā daļa transportlīdzekļu īpašnieku uzlādē galvenokārt mājās vai...ELEKTROTRANSPORTLĪDZEKĻU UZLĀDE ĶĪNĀ UN ASVDarbā akumulatoru apmaiņa ne vienmēr atrisinātu uzlādes infrastruktūras problēmas — tā tikai palīdzētu risināt publiskās uzlādes un nobraukuma problēmas. Un tā kā lielākā daļa autoražotāju nevēlas standartizēt akumulatoru blokus vai dizainus — automašīnas ir konstruētas, ņemot vērā to akumulatorus un motorus, padarot to par galveno patentēto vērtību160 —, akumulatoru apmaiņai varētu būt nepieciešams atsevišķs maiņas staciju tīkls katram automašīnu ražotājam vai atsevišķs maiņas aprīkojums dažādiem transportlīdzekļu modeļiem un izmēriem. Lai gan ir ierosināti mobilie akumulatoru maiņas kravas automobiļi,161 šis biznesa modelis vēl nav ieviests.