Тэхналогіі зарадных прылад для электрамабіляў

Тэхналогіі зарадкі электрамабіляў у Кітаі і ЗША ў цэлым падобныя. У абедзвюх краінах шнуры і разеткі з'яўляюцца пераважна дамінуючай тэхналогіяй для зарадкі электрамабіляў. (Бесправадная зарадка і замена акумулятараў маюць невялікую прысутнасць.) Паміж дзвюма краінамі існуюць адрозненні ў плане ўзроўняў зарадкі, стандартаў зарадкі і пратаколаў сувязі. Гэтыя падабенствы і адрозненні абмяркоўваюцца ніжэй.

A. Узроўні зарадкі

У Злучаных Штатах вялікая частка зарадкі электрамабіляў адбываецца пры напружанні 120 вольт з выкарыстаннем неапрацаваных хатніх разетак. Гэта звычайна вядома як зарадка ўзроўню 1 або «паступовая» зарадка. Пры зарадцы ўзроўню 1 тыповай батарэі ёмістасцю 30 кВтг патрабуецца прыблізна 12 гадзін, каб зарадзіцца з 20% да амаль поўнага зараду. (У Кітаі няма разетак на 120 вольт.)

Як у Кітаі, так і ў ЗША, зарадка электрамабіляў у значнай ступені ажыццяўляецца пры напружанні 220 вольт (Кітай) або 240 вольт (ЗША). У ЗША гэта вядома як зарадка 2-га ўзроўню.

Такая зарадка можа адбывацца з дапамогай неапрацаваных разетак або спецыялізаванага абсталявання для зарадкі электрамабіляў і звычайна выкарыстоўвае каля 6–7 кВт магутнасці. Пры зарадцы ад 220–240 вольт тыповай батарэі ёмістасцю 30 кВт·г патрабуецца прыблізна 6 гадзін, каб зарадзіцца з 20% да амаль поўнага зараду.

Нарэшце, як у Кітаі, так і ў Злучаных Штатах развіваюцца сеткі хуткіх зарадных станцый пастаяннага току, якія звычайна выкарыстоўваюць магутнасць 24 кВт, 50 кВт, 100 кВт або 120 кВт. Некаторыя станцыі могуць прапаноўваць магутнасць 350 кВт або нават 400 кВт. Гэтыя хуткія зарадныя прылады пастаяннага току могуць зарадзіць акумулятар аўтамабіля з 20% да амаль поўнай зарадкі прыкладна за адну гадзіну да ўсяго 10 хвілін.

Табліца 6:Найбольш распаўсюджаныя ўзроўні зарадкі ў ЗША

Крыніца: Міністэрства энергетыкі ЗША

B. Стандарты спагнання платы

я. Кітай

У Кітаі існуе адзін агульнанацыянальны стандарт хуткай зарадкі электрамабіляў. У ЗША — тры стандарты хуткай зарадкі электрамабіляў.

Кітайскі стандарт вядомы як China GB/T. (ІніцыялыGBазначае нацыянальны стандарт.)

Кітайскі стандарт GB/T быў выпушчаны ў 2015 годзе пасля некалькіх гадоў распрацоўкі.124 Цяпер ён абавязковы для ўсіх новых электрамабіляў, якія прадаюцца ў Кітаі. Міжнародныя аўтавытворцы, у тым ліку Tesla, Nissan і BMW, прынялі стандарт GB/T для сваіх электрамабіляў, якія прадаюцца ў Кітаі. У цяперашні час GB/T дазваляе хуткую зарадку з максімальнай магутнасцю 237,5 кВт (пры 950 В і 250 амперах), хоць многія...

Кітайскія хуткія зарадныя прылады пастаяннага току прапануюць зарадку магутнасцю 50 кВт. Новая зарадная прылада GB/T будзе выпушчана ў 2019 ці 2020 годзе, якая, як паведамляецца, абновіць стандарт, каб уключыць зарадку да 900 кВт для буйных камерцыйных аўтамабіляў. GB/T — гэта стандарт, які дзейнічае толькі ў Кітаі: нешматлікія электрамабілі кітайскай вытворчасці, якія экспартуюцца за мяжу, выкарыстоўваюць іншыя стандарты.125

У жніўні 2018 года Кітайская электраэнергетычная рада (CEC) абвясціла аб падпісанні мемарандума аб узаемаразуменні з сеткай CHAdeMO, якая базуецца ў Японіі, аб сумеснай распрацоўцы звышхуткай зарадкі. Мэта — сумяшчальнасць паміж GB/T і CHAdeMO для хуткай зарадкі. Дзве арганізацыі будуць супрацоўнічаць у пашырэнні стандарту на краіны за межамі Кітая і Японіі.126

ii. Злучаныя Штаты

У Злучаных Штатах існуюць тры стандарты хуткай зарадкі электрамабіляў пастаянным токам: CHAdeMO, CCS SAE Combo і Tesla.

CHAdeMO быў першым стандартам хуткай зарадкі электрамабіляў, які быў распрацаваны ў 2011 годзе.

Electric Power Company і расшыфроўваецца як «Charge to Move» (каламбур па-японску).127 CHAdeMO ў цяперашні час выкарыстоўваецца ў Злучаных Штатах у Nissan Leaf і Mitsubishi Outlander PHEV, якія з'яўляюцца аднымі з самых прадаваных электрамабіляў. Поспех Leaf у Злучаных Штатах можа быцьЗАРАДКА ЭЛЕКТРАМАБІЛЯЎ У КІТАІ І ЗША

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ЛЮТЫ 2019 |

часткова з-за ранняга абавязацельства Nissan разгарнуць інфраструктуру хуткай зарадкі CHAdeMO ў дылерскіх цэнтрах і іншых гарадскіх месцах.128 Па стане на студзень 2019 года ў Злучаных Штатах налічвалася больш за 2900 хуткіх зарадных станцый CHAdeMO (а таксама больш за 7400 у Японіі і 7900 у Еўропе).129

У 2016 годзе CHAdeMO абвясціла, што павысіць свой стандарт з пачатковага ўзроўню тарыфаў у 70.

кВт, каб прапанаваць 150 кВт.130 У чэрвені 2018 года CHAdeMO абвясціла аб увядзенні зараднай магутнасці 400 кВт з выкарыстаннем кабеляў з вадкасным астуджэннем на 1000 В і 400 А. Зарадка з больш высокай магутнасцю будзе даступная для задавальнення патрэб буйных камерцыйных транспартных сродкаў, такіх як грузавікі і аўтобусы.131

Другі стандарт зарадкі ў Злучаных Штатах вядомы як CCS або SAE Combo. Ён быў выпушчаны ў 2011 годзе групай еўрапейскіх і амерыканскіх вытворцаў аўтамабіляў. Слова...камбінацыяазначае, што разетка мае як зарадку пераменным токам (магутнасцю да 43 кВт), так і зарадку пастаянным токам.132 У

У Германіі была створана кааліцыя Ініцыятывы зарадных інтэрфейсаў (CharIN) для прасоўвання шырокага распаўсюджвання CCS. У адрозненне ад CHAdeMO, раз'ём CCS дазваляе зараджаць аўтамабілі пастаянным і пераменным токам праз адзін порт, што памяншае прастору і адтуліны, неабходныя на кузаве аўтамабіля. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA і Hyundai падтрымліваюць CCS. Tesla таксама далучылася да кааліцыі і ў лістападзе 2018 года абвясціла, што яе аўтамабілі ў Еўропе будуць абсталяваны зараднымі партамі CCS.133 Chevrolet Bolt і BMW i3 з'яўляюцца аднымі з папулярных электрамабіляў у Злучаных Штатах, якія выкарыстоўваюць зарадку CCS. У той час як існуючыя хуткія зарадныя прылады CCS прапануюць зарадку магутнасцю каля 50 кВт, праграма Electrify America ўключае хуткую зарадку магутнасцю 350 кВт, што дазваляе амаль цалкам зарадзіць батарэю ўсяго за 10 хвілін.

Трэці стандарт зарадкі ў Злучаных Штатах кіруецца кампаніяй Tesla, якая запусціла ўласную сетку Supercharger у ЗША ў верасні 2012 года.134 Tesla

Нагнетальнікі звычайна працуюць пры напружанні 480 вольт і забяспечваюць зарадку максімальнай магутнасцю 120 кВт.

У студзені 2019 года на сайце Tesla было пералічана 595 месцаў размяшчэння зарадных станцый Supercharger у Злучаных Штатах, і яшчэ 420 месцаў «з'явяцца ў бліжэйшы час».135 У маі 2018 года Tesla выказала здагадку, што ў будучыні яе зарадныя станцыі Supercharger могуць дасягнуць магутнасці да 350 кВт.136

У нашым даследаванні для гэтай справаздачы мы спыталі ў амерыканскіх рэспандэнтаў, ці лічаць яны адсутнасць адзінага нацыянальнага стандарту для хуткай зарадкі пастаянным токам перашкодай для ўкаранення электрамабіляў. Мала хто адказаў станоўча. Прычыны таго, што некалькі стандартаў хуткай зарадкі пастаянным токам не лічацца праблемай, уключаюць:

● Большая частка зарадкі электрамабіляў адбываецца дома і на працы з дапамогай зарадных прылад 1-га і 2-га ўзроўняў.

● Большая частка грамадскай і на працоўных месцах зараднай інфраструктуры да гэтага часу выкарыстоўвала зарадныя прылады ўзроўню 2.

● Даступныя адаптары, якія дазваляюць уладальнікам электрамабіляў карыстацца большасцю хуткіх зарадных прылад пастаяннага току, нават калі электрамабіль і зарадная прылада выкарыстоўваюць розныя стандарты зарадкі. (Асноўнае выключэнне — сетка хуткай зарадкі Tesla, якая даступная толькі для аўтамабіляў Tesla.) Варта адзначыць, што існуюць некаторыя асцярогі адносна бяспекі адаптараў хуткай зарадкі.

● Паколькі раз'ём і раз'ём складаюць невялікі працэнт ад кошту станцыі хуткай зарадкі, гэта не ўяўляе вялікай тэхнічнай або фінансавай праблемы для ўладальнікаў станцый і можа быць параўнана са шлангамі для бензіну рознага актанавага ліку на запраўцы. Многія грамадскія зарадныя станцыі маюць некалькі раз'ёмаў, падлучаных да адной зараднай станцыі, што дазваляе зараджаць там любы тып электрамабіля. Больш за тое, многія юрысдыкцыі патрабуюць або стымулююць гэта.ЗАРАДКА ЭЛЕКТРАМАБІЛЯЎ У КІТАІ І ЗША

38 | ЦЭНТР ГЛАБАЛЬНАЙ ЭНЕРГЕТЫЧНАЙ ПАЛІТЫКІ | КАЛУМБІЯ SIPA

Некаторыя аўтавытворцы заявілі, што эксклюзіўная сетка зарадных прылад прадстаўляе канкурэнтную стратэгію. Клаас Бракла, кіраўнік аддзела электрамабільнасці ў BMW і старшыня CharIN, заявіў у 2018 годзе: «Мы заснавалі CharIN, каб стварыць уплывовую пазіцыю».137 Многія ўладальнікі і інвестары Tesla лічаць яе ўласную сетку нагнетальнікаў перавагай, хоць Tesla працягвае выказваць гатоўнасць дазволіць іншым мадэлям аўтамабіляў карыстацца сваёй сеткай пры ўмове, што яны будуць уносіць фінансаванне прапарцыйна выкарыстанню.138 Tesla таксама з'яўляецца часткай CharIN, якая прасоўвае CCS. У лістападзе 2018 года было абвешчана, што аўтамабілі Model 3, якія прадаюцца ў Еўропе, будуць абсталяваны партамі CCS. Уладальнікі Tesla таксама могуць набыць адаптары для доступу да хуткіх зарадных прылад CHAdeMO.139

C. Пратаколы сувязі пры зарадцы Пратаколы сувязі пры зарадцы неабходныя для аптымізацыі зарадкі ў адпаведнасці з патрэбамі карыстальніка (для вызначэння стану зарада, напружання акумулятара і бяспекі) і для электрасеткі (у тым ліку

прапускная здольнасць размеркавальнай сеткі, цэнаўтварэнне ў залежнасці ад часу выкарыстання і меры рэагавання на попыт).140 Кітайскія GB/T і CHAdeMO выкарыстоўваюць камунікацыйны пратакол, вядомы як CAN, у той час як CCS працуе з пратаколам PLC. Адкрытыя камунікацыйныя пратаколы, такія як пратакол Open Charge Point Protocol (OCPP), распрацаваны Open Charging Alliance, становяцца ўсё больш папулярнымі ў Злучаных Штатах і Еўропе.

У нашым даследаванні для гэтай справаздачы некалькі рэспандэнтаў з ЗША назвалі пераход да адкрытых камунікацыйных пратаколаў і праграмнага забеспячэння прыярытэтам палітыкі. У прыватнасці, некаторыя праекты грамадскіх зарадных станцый, якія атрымалі фінансаванне ў адпаведнасці з Законам аб аднаўленні і рэінвеставанні Амерыкі (ARRA), былі названы такімі, што выбіралі пастаўшчыкоў з запатэнтаванымі платформамі, якія пасля сутыкнуліся з фінансавымі цяжкасцямі, у выніку чаго пашкодзілася абсталяванне, якое патрабавала замены.141 Большасць гарадоў, камунальных службаў і сетак зарадных станцый, з якімі апыталіся для гэтага даследавання, выказалі падтрымку адкрытым камунікацыйным пратаколам і стымулам, якія дазваляюць гаспадарам сетак зарадных станцый бесперашкодна мяняць пастаўшчыкоў.142

D. Выдаткі

Хатнія зарадныя прылады ў Кітаі таннейшыя, чым у Злучаных Штатах. У Кітаі тыповая насценная хатняя зарадная прылада магутнасцю 7 кВт прадаецца ў інтэрнэце па цане ад 1200 да 1800 юаняў.143 Усталёўка патрабуе дадатковых выдаткаў. (Большасць прыватных электрамабіляў пастаўляюцца з зараднай прыладай і ўстаноўкай.) У Злучаных Штатах хатнія зарадныя прылады 2-га ўзроўню каштуюць у дыяпазоне ад 450 да 600 долараў, плюс у сярэднім каля 500 долараў за ўстаноўку.144 Абсталяванне для хуткай зарадкі пастаянным токам значна даражэйшае ў абедзвюх краінах. Кошт моцна адрозніваецца. Адзін кітайскі эксперт, апытаны для гэтай справаздачы, падлічыў, што ўстаноўка хуткай зараднай прылады пастаянным токам магутнасцю 50 кВт у Кітаі звычайна каштуе ад 45 000 да 60 000 юаняў, прычым сама зарадная прылада каштуе прыкладна ад 25 000 да 35 000 юаняў, а астатнюю частку складаюць кабелі, падземная інфраструктура і праца.145 У Злучаных Штатах хуткая зарадка пастаянным токам можа каштаваць дзесяткі тысяч долараў за адну прыладу. Асноўныя зменныя, якія ўплываюць на кошт усталёўкі абсталявання для хуткай зарадкі пастаянным токам, уключаюць неабходнасць капання траншэй, мадэрнізацыі трансфарматараў, стварэння новых або мадэрнізаваных ланцугоў і электрычных панэляў, а таксама эстэтычнага ўдасканалення. Дадатковымі меркаваннямі з'яўляюцца шыльды, дазволы і доступ для інвалідаў.146

E. Бесправадная зарадка

Бесправадная зарадка мае некалькі пераваг, у тым ліку эстэтыку, эканомію часу і прастату выкарыстання.

У 1990-х гадах яна была даступная для EV1 (ранняга электрамабіля), але сёння сустракаецца рэдка.147 Бесправадныя сістэмы зарадкі электрамабіляў, якія прапануюцца ў Інтэрнэце, каштуюць ад 1260 да прыкладна 3000 долараў.148 Бесправадная зарадка электрамабіляў мае зніжэнне эфектыўнасці, прычым цяперашнія сістэмы прапануюць эфектыўнасць зарадкі каля 85%.149 Сучасныя бесправадныя зарадныя прылады прапануюць перадачу магутнасці 3–22 кВт; бесправадныя зарадныя прылады, даступныя для некалькіх мадэляў электрамабіляў ад Plugless charge, да 3,6 кВт або 7,2 кВт, што эквівалентна зарадцы 2-га ўзроўню.150 Хоць многія карыстальнікі электрамабіляў лічаць бесправадную зарадку не вартай дадатковых выдаткаў,151 некаторыя аналітыкі прагназуюць, што гэтая тэхналогія хутка будзе шырока распаўсюджана, і некалькі аўтавытворцаў абвясцілі, што прапануюць бесправадную зарадку ў якасці опцыі для будучых электрамабіляў. Бесправадная зарадка можа быць прывабнай для некаторых транспартных сродкаў з вызначанымі маршрутамі, такіх як грамадскія аўтобусы, і яна таксама была прапанавана для будучых палос электрамабіляў, хоць высокі кошт, нізкая эфектыўнасць зарадкі і нізкая хуткасць зарадкі будуць недахопамі.152

F. Замена батарэі

Дзякуючы тэхналогіі замены акумулятараў, электрамабілі маглі б мяняць свае разраджаныя акумулятары на цалкам зараджаныя. Гэта значна скараціла б час, неабходны для падзарадкі электрамабіля, і патэнцыйна прынесла б значныя перавагі кіроўцам.

Некалькі кітайскіх гарадоў і кампаній у цяперашні час эксперыментуюць з заменай акумулятараў, з акцэнтам на высокапрадукцыйныя электрамабілі, такія як таксі. Горад Ханчжоу ўкараніў замену акумулятараў для свайго таксі-парку, які выкарыстоўвае электрамабілі Zotye мясцовай вытворчасці.155 Пекін пабудаваў некалькі станцый замены акумулятараў пры падтрымцы мясцовага аўтавытворцы BAIC. У канцы 2017 года BAIC абвясціў аб плане будаўніцтва 3000 станцый замены па ўсёй краіне да 2021 года.156 Кітайскі стартап па вытворчасці электрамабіляў NIO плануе ўкараніць тэхналогію замены акумулятараў для некаторых сваіх аўтамабіляў і абвясціў, што пабудуе 1100 станцый замены ў Кітаі.157 Некалькі гарадоў у Кітаі, у тым ліку Ханчжоу і Ціндао, таксама выкарыстоўвалі замену акумулятараў для аўтобусаў.158

У Злучаных Штатах абмеркаванне замены акумулятараў знікла пасля банкруцтва ў 2013 годзе ізраільскага стартапа па замене акумулятараў Project Better Place, які планаваў стварыць сетку станцый замены для легкавых аўтамабіляў.153 У 2015 годзе Tesla адмовілася ад сваіх планаў па стварэнні станцый замены, пабудаваўшы толькі адзін дэманстрацыйны аб'ект, спасылаючыся на адсутнасць цікавасці спажыўцоў. Сёння ў Злучаных Штатах праводзіцца мала эксперыментаў па замене акумулятараў, калі такія наогул праводзяцца.154 Зніжэнне кошту акумулятараў і, магчыма, у меншай ступені разгортванне інфраструктуры хуткай зарадкі пастаянным токам, верагодна, знізілі прывабнасць замены акумулятараў у Злучаных Штатах.

Нягледзячы на ​​шэраг пераваг замены акумулятара, ён мае і істотныя недахопы. Акумулятар электрамабіля цяжкі і звычайна размяшчаецца ў ніжняй частцы аўтамабіля, утвараючы неад'емны структурны кампанент з мінімальнымі інжынернымі допускамі для выраўноўвання і электрычных злучэнняў. Сучасныя акумулятары звычайна патрабуюць астуджэння, а падключэнне і адключэнне сістэм астуджэння складанае.159 Улічваючы іх памер і вагу, акумулятарныя сістэмы павінны ідэальна падыходзіць, каб пазбегнуць грукату, знізіць знос і ўтрымліваць аўтамабіль у цэнтры. Архітэктура акумулятара ў стылі скейтборда, распаўсюджаная ў сучасных электрамабілях, павышае бяспеку, зніжаючы цэнтр вагі аўтамабіля і паляпшаючы абарону ад сутыкненняў спераду і ззаду. Здымныя акумулятары, размешчаныя ў багажніку або ў іншым месцы, не маюць гэтай перавагі. Паколькі большасць уладальнікаў аўтамабіляў зараджаюцца ў асноўным дома або...ЗАРАДКА ЭЛЕКТРАМАБІЛЯЎ У КІТАІ І ЗШАНа працы замена акумулятараў не абавязкова вырашыць праблемы з інфраструктурай зарадкі — яна толькі дапаможа вырашыць праблемы грамадскіх зарадных станцый і запасу ходу. А паколькі большасць аўтавытворцаў не жадаюць стандартызаваць акумулятарныя блокі або канструкцыі (аўтамабілі распрацаваны з улікам сваіх акумулятараў і рухавікоў, што робіць гэта ключавой уласнай каштоўнасцю160), замена акумулятараў можа запатрабаваць асобнай сеткі станцый замены для кожнай аўтамабільнай кампаніі або асобнага абсталявання для замены для розных мадэляў і памераў аўтамабіляў. Нягледзячы на ​​тое, што мабільныя грузавікі для замены акумулятараў былі прапанаваны161, гэтая бізнес-мадэль яшчэ не рэалізавана.