Tecnologies de càrrega Ev

Les tecnologies de càrrega de vehicles elèctrics a la Xina i als Estats Units són generalment similars.En ambdós països, els cables i els endolls són la tecnologia dominant aclaparadora per carregar vehicles elèctrics.(La càrrega sense fil i l'intercanvi de bateries tenen, com a molt, una presència menor.) Hi ha diferències entre els dos països pel que fa als nivells de càrrega, els estàndards de càrrega i els protocols de comunicacions.Aquestes similituds i diferències es discuteixen a continuació.

A. Nivells de càrrega

Als Estats Units, una gran quantitat de càrrega de vehicles elèctrics té lloc a 120 volts mitjançant endolls de paret domèstics sense modificar.Això es coneix generalment com a nivell 1 o càrrega "de corrent".Amb la càrrega de nivell 1, una bateria típica de 30 kWh triga unes 12 hores a passar del 20% a una càrrega gairebé completa.(No hi ha preses de 120 volts a la Xina.)

Tant a la Xina com als Estats Units, una gran part de la càrrega de vehicles elèctrics es fa a 220 volts (Xina) o 240 volts (Estats Units).Als Estats Units, això es coneix com a càrrega de nivell 2.

Aquesta càrrega pot tenir lloc amb punts de venda sense modificar o equips de càrrega especialitzats per a vehicles elèctrics i normalment utilitza entre 6 i 7 kW de potència.Quan es carrega a 220-240 volts, una bateria típica de 30 kWh triga unes 6 hores a passar del 20% a una càrrega gairebé completa.

Finalment, tant la Xina com els Estats Units tenen xarxes creixents de carregadors ràpids de corrent continu, que solen utilitzar 24 kW, 50 kW, 100 kW o 120 kW de potència.Algunes estacions poden oferir 350 kW o fins i tot 400 kW de potència.Aquests carregadors ràpids de CC poden portar la bateria d'un vehicle des del 20% fins a una càrrega gairebé completa en temps que van des d'aproximadament una hora fins a 10 minuts.

Taula 6:Nivells de càrrega més habituals als EUA

Font: Departament d'Energia dels EUA

B. Normes de càrrega

i.Xina

La Xina té un estàndard de càrrega ràpida per a vehicles elèctrics a nivell nacional.Els Estats Units tenen tres estàndards de càrrega ràpida per a vehicles elèctrics.

L'estàndard xinès es coneix com a Xina GB/T.(Les inicialsGBrepresenta l'estàndard nacional.)

China GB/T es va llançar el 2015 després de diversos anys de desenvolupament.124 Ara és obligatori per a tots els vehicles elèctrics nous venuts a la Xina.Els fabricants internacionals d'automòbils, inclosos Tesla, Nissan i BMW, han adoptat l'estàndard GB/T per als seus vehicles elèctrics venuts a la Xina.GB/T permet actualment una càrrega ràpida amb un màxim de 237,5 kW de sortida (a 950 V i 250 amperes), encara que molts

Els carregadors ràpids de CC xinesos ofereixen una càrrega de 50 kW.El 2019 o el 2020 es llançarà un nou GB/T que, segons s'informa, actualitzarà l'estàndard per incloure la càrrega de fins a 900 kW per als vehicles comercials més grans.GB/T és un estàndard només per a la Xina: els pocs vehicles elèctrics fabricats a la Xina exportats a l'estranger utilitzen altres estàndards.125

L'agost de 2018, el Consell d'Electricitat de la Xina (CEC) va anunciar un memoràndum d'entesa amb la xarxa CHAdeMO, amb seu al Japó, per desenvolupar conjuntament una càrrega ultraràpida.L'objectiu és la compatibilitat entre GB/T i CHAdeMO per a una càrrega ràpida.Les dues organitzacions s'associaran per ampliar l'estàndard a països més enllà de la Xina i el Japó.126

ii.Estats Units

Als Estats Units, hi ha tres estàndards de càrrega de vehicles elèctrics per a la càrrega ràpida de CC: CHAdeMO, CCS SAE Combo i Tesla.

CHAdeMO va ser el primer estàndard de càrrega ràpida de vehicles elèctrics, que data del 2011. Va ser desenvolupat per Tòquio

Electric Power Company i significa "Charge to Move" (un joc de paraules en japonès).127 Actualment, CHAdeMO s'utilitza als Estats Units al Nissan Leaf i al Mitsubishi Outlander PHEV, que es troben entre els vehicles elèctrics més venuts.L'èxit de The Leaf als Estats Units pot serCÀRREGA DE VEHICULES ELÈCTRICS A LA XINA I ALS ESTATS UNITS

POLÍTICA ENERGETICA.COLUMBIA.EDU |FEBRER 2019 |

degut en part al compromís inicial de Nissan de desplegar la infraestructura de càrrega ràpida CHAdeMO als concessionaris i altres ubicacions urbanes.128 Al gener de 2019, hi havia més de 2.900 carregadors ràpids CHAdeMO als Estats Units (a més de 7.400 al Japó i 7.900). a Europa).129

El 2016, CHAdeMO va anunciar que actualitzaria el seu estàndard des de la seva taxa de càrrega inicial de 70

kW per oferir 150 kW.130 El juny de 2018, CHAdeMO va anunciar la introducció d'una capacitat de càrrega de 400 kW, utilitzant cables refrigerats per líquid de 1.000 V i 400 amperes.La tarifa més alta estarà disponible per satisfer les necessitats dels grans vehicles comercials com ara camions i autobusos.131

Un segon estàndard de càrrega als Estats Units es coneix com CCS o SAE Combo.Va ser llançat el 2011 per un grup de fabricants d'automòbils europeus i nord-americans.La paraulacomboindica que l'endoll conté càrrega de CA (fins a 43 kW) i càrrega de CC.

Alemanya, la coalició Charging Interface Initiative (CharIN) es va formar per defensar l'adopció generalitzada de CCS.A diferència de CHAdeMO, un connector CCS permet la càrrega de CC i CA amb un sol port, reduint l'espai i les obertures necessàries a la carrosseria del vehicle.Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA i Hyundai admeten CCS.Tesla també s'ha unit a la coalició i el novembre de 2018 va anunciar que els seus vehicles a Europa estarien equipats amb ports de càrrega CCS.133 El Chevrolet Bolt i el BMW i3 es troben entre els vehicles elèctrics populars dels Estats Units que utilitzen la càrrega CCS.Tot i que els carregadors ràpids CCS actuals ofereixen una càrrega d'uns 50 kW, el programa Electrify America inclou una càrrega ràpida de 350 kW, que podria permetre una càrrega gairebé completa en tan sols 10 minuts.

El tercer estàndard de càrrega als Estats Units és operat per Tesla, que va llançar la seva pròpia xarxa Supercharger propietaria als Estats Units el setembre de 2012.134 Tesla

Els sobrealimentadors solen funcionar a 480 volts i ofereixen càrrega a un màxim de 120 kW.Com

de gener de 2019, el lloc web de Tesla va enumerar 595 ubicacions de Supercharger als Estats Units, amb 420 ubicacions addicionals "pròximament".135 Al maig de 2018, Tesla va suggerir que en el futur els seus Superchargers podrien arribar a nivells de potència de fins a 350 kW.136

En la nostra investigació per a aquest informe, vam preguntar als entrevistats nord-americans si consideraven que la manca d'un estàndard nacional únic per a la càrrega ràpida de CC era una barrera per a l'adopció dels vehicles elèctrics.Pocs van respondre afirmativament.Els motius pels quals diversos estàndards de càrrega ràpida de CC no es consideren un problema inclouen:

● La majoria de la càrrega de vehicles elèctrics es fa a casa i a la feina, amb carregadors de nivell 1 i 2.

● Gran part de la infraestructura de càrrega pública i laboral fins ara ha utilitzat carregadors de nivell 2.

● Hi ha adaptadors disponibles que permeten als propietaris de vehicles elèctrics utilitzar la majoria de carregadors ràpids de CC, encara que el vehicle elèctric i el carregador utilitzen estàndards de càrrega diferents.(La principal excepció, la xarxa de sobrecàrrega de Tesla, només està oberta als vehicles de Tesla.) En particular, hi ha algunes preocupacions sobre la seguretat dels adaptadors de càrrega ràpida.

● Atès que l'endoll i el connector representen un petit percentatge del cost d'una estació de càrrega ràpida, això presenta pocs reptes tècnics o financers per als propietaris de les estacions i es pot comparar amb les mànegues de diferents gasolines d'octane en una estació de servei.Moltes estacions de recàrrega públiques tenen diversos endolls connectats a un únic punt de càrrega, cosa que permet que s'hi carregui qualsevol tipus de vehicle elèctric.De fet, moltes jurisdiccions ho exigeixen o incentiven.CÀRREGA DE VEHICULES ELÈCTRICS A LA XINA I ALS ESTATS UNITS

38 |CENTRE DE POLÍTICA ENERGÈTICA GLOBAL |COLUMBIA SIPA

Alguns fabricants d'automòbils han dit que una xarxa de càrrega exclusiva representa una estratègia competitiva.Claas Bracklo, cap d'electromobilitat de BMW i president de CharIN, va declarar el 2018: "Hem fundat CharIN per construir una posició de poder".137 Molts propietaris i inversors de Tesla consideren que la seva xarxa de sobrealimentació patentada és un punt de venda, tot i que Tesla continua expressant-se. la voluntat de permetre que altres models d'automòbils utilitzin la seva xarxa sempre que aportin un finançament proporcional a l'ús.138 Tesla també forma part de CharIN que promou CCS.El novembre de 2018, va anunciar que els cotxes Model 3 venuts a Europa estarien equipats amb ports CCS.Els propietaris de Tesla també poden comprar adaptadors per accedir als carregadors ràpids CHAdeMO.139

C. Protocols de comunicació de càrrega Els protocols de comunicació de càrrega són necessaris per optimitzar la càrrega per a les necessitats de l'usuari (per detectar l'estat de càrrega, tensió de la bateria i seguretat) i per a la xarxa (incloent-hi

capacitat de la xarxa de distribució, preus del temps d'ús i mesures de resposta a la demanda).140 La Xina GB/T i CHAdeMO utilitzen un protocol de comunicació conegut com CAN, mentre que CCS treballa amb el protocol PLC.Els protocols de comunicacions oberts, com el protocol de punt de càrrega obert (OCPP) desenvolupat per l'Open Charging Alliance, són cada cop més populars als Estats Units i Europa.

En la nostra investigació per a aquest informe, diversos entrevistats nord-americans van citar el pas cap a protocols i programari de comunicacions oberts com a prioritat política.En particular, es va citar que alguns projectes de càrrega pública que van rebre finançament en virtut de l'American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) van escollir venedors amb plataformes propietàries que posteriorment van experimentar dificultats financeres, deixant equips trencats que havien de ser reemplaçats.141 La majoria de ciutats, serveis públics i càrrega. Les xarxes contactades per a aquest estudi van expressar el seu suport als protocols de comunicacions oberts i als incentius per permetre que els amfitrions de xarxa de càrrega puguin canviar de proveïdor sense problemes.142

D. Costos

Els carregadors domèstics són més barats a la Xina que als Estats Units.A la Xina, un carregador domèstic muntat a la paret de 7 kW es ven al detall en línia per entre 1.200 i 1.800,143 RMB. La instal·lació requereix un cost addicional.(La majoria de les compres privades de vehicles elèctrics inclouen el carregador i la instal·lació incloses.) Als Estats Units, els carregadors domèstics de nivell 2 costen entre 450 i 600 dòlars, més una mitjana d'aproximadament 500 dòlars per a la instal·lació.144 L'equip de càrrega ràpida de CC és significativament més car a ambdós països.Els costos varien molt.Un expert xinès entrevistat per a aquest informe va estimar que la instal·lació d'un punt de càrrega ràpida de 50 kW de CC a la Xina sol costar entre 45.000 i 60.000 RMB, amb el mateix punt de càrrega que representa aproximadament entre 25.000 i 35.000 RMB i cablejat, infraestructura subterrània i comptabilitat laboral. per a la resta.145 Als Estats Units, la càrrega ràpida de corrent continu pot costar desenes de milers de dòlars per correu.Les variables principals que afecten el cost d'instal·lar equips de càrrega ràpida de CC inclouen la necessitat de rases, actualitzacions de transformadors, circuits nous o millorats i quadres elèctrics i actualitzacions estètiques.La senyalització, els permisos i l'accés per a persones amb discapacitat són consideracions addicionals.146

E. Càrrega sense fils

La càrrega sense fil ofereix diversos avantatges, com ara l'estètica, l'estalvi de temps i la facilitat d'ús.

Estava disponible a la dècada de 1990 per a l'EV1 (un cotxe elèctric primerenc), però és rar avui en dia.147 Els sistemes de càrrega sense fil de vehicles elèctrics oferts en línia oscil·len entre 1.260 dòlars i uns 3.000 dòlars.148 La càrrega sense fil de vehicles elèctrics comporta una penalització d'eficiència, amb els sistemes actuals que ofereixen una eficiència de càrrega de al voltant del 85%.149 Els productes de càrrega sense fil actuals ofereixen una transferència de potència de 3 a 22 kW;carregadors sense fil disponibles per a diversos models de vehicles elèctrics de càrrega sense endoll a 3,6 kW o 7,2 kW, equivalent a la càrrega de nivell 2.150 Tot i que molts usuaris de vehicles elèctrics consideren que la càrrega sense fils no val la pena el cost addicional,151 alguns analistes han pronosticat que la tecnologia aviat s'estendrà. i diversos fabricants d'automòbils han anunciat que oferiran la càrrega sense fil com a opció als futurs vehicles elèctrics.La càrrega sense fils podria ser atractiva per a certs vehicles amb rutes definides, com els autobusos públics, i també s'ha proposat per a futurs carrils d'autopistes elèctriques, tot i que l'alt cost, la baixa eficiència de càrrega i les velocitats de càrrega lentes serien inconvenients.152

F. Canvi de bateria

Amb la tecnologia d'intercanvi de bateries, els vehicles elèctrics podrien canviar les bateries esgotades per altres que estiguin completament carregades.Això escurçaria dràsticament el temps necessari per recarregar un vehicle elèctric, amb beneficis potencials significatius per als conductors.

Actualment, diverses ciutats i empreses xineses estan experimentant amb l'intercanvi de bateries, centrant-se en els vehicles elèctrics de la flota d'alta utilització, com ara els taxis.La ciutat de Hangzhou ha desplegat l'intercanvi de bateries per a la seva flota de taxis, que utilitza vehicles elèctrics Zotye fabricats localment.155 Pequín ha construït diverses estacions d'intercanvi de bateries en un esforç amb el suport del fabricant d'automòbils local BAIC.A finals del 2017, BAIC va anunciar un pla per construir 3.000 estacions d'intercanvi a tot el país per al 2021.156 La startup xinesa de vehicles elèctrics NIO té previst adoptar la tecnologia d'intercanvi de bateries per a alguns dels seus vehicles i va anunciar que construiria 1.100 estacions d'intercanvi a la Xina.157 Diverses ciutats de la Xina: inclòs Hangzhou i Qingdao—també han utilitzat el intercanvi de bateries per als autobusos.158

Als Estats Units, la discussió sobre l'intercanvi de bateries es va esvair després de la fallida del 2013 de la startup israeliana d'intercanvi de bateries Project Better Place, que havia planificat una xarxa d'estacions d'intercanvi per a cotxes de passatgers.153 El 2015, Tesla va abandonar els seus plans d'estació d'intercanvi després de construir-ne només una. instal·lació de demostració, culpant de la manca d'interès del consumidor.Hi ha pocs experiments en curs, o cap, pel que fa a l'intercanvi de bateries als Estats Units avui.154 La disminució dels costos de les bateries, i potser en menor mesura el desplegament d'infraestructures de càrrega ràpida de corrent continu, probablement han reduït l'atracció de l'intercanvi de bateries als Estats Units. Estats Units.

Tot i que l'intercanvi de bateries ofereix diversos avantatges, també té inconvenients notables.Una bateria EV és pesada i normalment es troba a la part inferior del vehicle, formant un component estructural integral amb toleràncies d'enginyeria mínimes per a l'alineació i les connexions elèctriques.Les bateries actuals solen requerir refrigeració, i connectar i desconnectar els sistemes de refrigeració és difícil.159 Donada la seva mida i pes, els sistemes de bateries han d'encaixar perfectament per evitar el soroll, reduir el desgast i mantenir el vehicle centrat.L'arquitectura de la bateria del monopatí comú als vehicles elèctrics actuals millora la seguretat reduint el centre de pes del vehicle i millorant la protecció davant xoc a la part davantera i posterior.Les bateries extraïbles situades al maleter o en un altre lloc no tindrien aquest avantatge.Ja que la majoria de propietaris de vehicles cobren principalment a casa oCÀRREGA DE VEHICULES ELÈCTRICS A LA XINA I ALS ESTATS UNITSa la feina, l'intercanvi de bateries no resoldria necessàriament els problemes d'infraestructura de càrrega; només ajudaria a abordar la càrrega pública i l'abast.I com que la majoria dels fabricants d'automòbils no estan disposats a estandarditzar els paquets de bateries o els dissenys (els cotxes estan dissenyats al voltant de les seves bateries i motors, cosa que fa d'això un valor de propietat clau160), l'intercanvi de bateries pot requerir una xarxa d'estacions d'intercanvi per a cada empresa de cotxes o equips de canvi separats per a diferents models i mides dels vehicles.Tot i que s'han proposat camions mòbils d'intercanvi de bateries,161 aquest model de negoci encara no s'ha implementat.