Tecnoloxías de carga de vehículos eléctricos

As tecnoloxías de carga de vehículos eléctricos na China e nos Estados Unidos son basicamente similares. En ambos os países, os cables e os enchufes son a tecnoloxía abrumadoramente dominante para cargar vehículos eléctricos. (A carga sen fíos e o intercambio de baterías teñen como moito unha presenza menor). Existen diferenzas entre os dous países con respecto aos niveis de carga, os estándares de carga e os protocolos de comunicación. Estas semellanzas e diferenzas coméntanse a continuación.

A. Níveis de carga

Nos Estados Unidos, unha gran parte da carga de vehículos eléctricos realízase a 120 voltios mediante tomas de corrente domésticas sen modificar. Isto coñécese xeralmente como carga de Nivel 1 ou "de goteo". Coa carga de Nivel 1, unha batería típica de 30 kWh tarda aproximadamente 12 horas en pasar do 20 % a unha carga case completa. (Non hai tomas de corrente de 120 voltios na China).

Tanto na China como nos Estados Unidos, unha gran parte da carga de vehículos eléctricos realízase a 220 voltios (China) ou 240 voltios (Estados Unidos). Nos Estados Unidos, isto coñécese como carga de nivel 2.

Esta carga pode ter lugar con tomas de corrente sen modificar ou con equipos de carga especializados para vehículos eléctricos e normalmente usa uns 6–7 kW de potencia. Cando se carga a 220–240 voltios, unha batería típica de 30 kWh tarda aproximadamente 6 horas en pasar do 20 % a unha carga case completa.

Finalmente, tanto China como Estados Unidos teñen redes crecentes de cargadores rápidos de CC, que adoitan empregar 24 kW, 50 kW, 100 kW ou 120 kW de potencia. Algunhas estacións poden ofrecer 350 kW ou incluso 400 kW de potencia. Estes cargadores rápidos de CC poden cargar a batería dun vehículo desde un 20 % ata unha carga case completa en tempos que van desde aproximadamente unha hora ata tan só 10 minutos.

Táboa 6:Niveis de carga máis comúns nos EUA

Fonte: Departamento de Enerxía dos Estados Unidos

B. Normas de carga

i. China

A China ten un estándar nacional de carga rápida para vehículos eléctricos. Os Estados Unidos teñen tres estándares de carga rápida para vehículos eléctricos.

O estándar chinés coñécese como China GB/T. (As iniciaisGBrepresentan o estándar nacional).

O estándar GB/T de China lanzouse en 2015 despois de varios anos de desenvolvemento.124 Agora é obrigatorio para todos os vehículos eléctricos novos que se vendan na China. Os fabricantes de automóbiles internacionais, incluídos Tesla, Nissan e BMW, adoptaron o estándar GB/T para os seus vehículos eléctricos que se venden na China. O GB/T permite actualmente a carga rápida a un máximo de 237,5 kW de potencia (a 950 V e 250 amperios), aínda que moitos

Os cargadores rápidos de CC chineses ofrecen carga de 50 kW. En 2019 ou 2020 lanzarase un novo GB/T que, segundo se informa, actualizará o estándar para incluír a carga de ata 900 kW para vehículos comerciais máis grandes. O GB/T é un estándar exclusivo da China: os poucos vehículos eléctricos fabricados na China que se exportan ao estranxeiro usan outros estándares.125

En agosto de 2018, o Consello de Electricidade de China (CEC) anunciou un memorando de entendemento coa rede CHAdeMO, con sede no Xapón, para desenvolver conxuntamente a carga ultrarrápida. O obxectivo é a compatibilidade entre GB/T e CHAdeMO para a carga rápida. As dúas organizacións asociaranse para expandir o estándar a países máis alá da China e o Xapón.126

ii. Estados Unidos

Nos Estados Unidos, hai tres estándares de carga de vehículos eléctricos para a carga rápida de corrente continua: CHAdeMO, CCS SAE Combo e Tesla.

CHAdeMO foi o primeiro estándar de carga rápida para vehículos eléctricos, que data de 2011. Foi desenvolvido por Toquio.

Electric Power Company e significa “Cargar para Moverse” (un xogo de palabras en xaponés).127 CHAdeMO úsase actualmente nos Estados Unidos no Nissan Leaf e no Mitsubishi Outlander PHEV, que se atopan entre os vehículos eléctricos máis vendidos. O éxito do Leaf nos Estados Unidos pode deberse aCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS NA CHINA E NOS ESTADOS UNIDOS

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBREIRO 2019 |

debido en parte ao compromiso anticipado de Nissan de despregar a infraestrutura de carga rápida CHAdeMO en concesionarios e outras localizacións urbanas.128 En xaneiro de 2019, había máis de 2.900 cargadores rápidos CHAdeMO nos Estados Unidos (así como máis de 7.400 no Xapón e 7.900 en Europa).129

En 2016, CHAdeMO anunciou que actualizaría o seu estándar desde a súa tarifa inicial de 70

kW para ofrecer 150 kW.130 En xuño de 2018, CHAdeMO anunciou a introdución dunha capacidade de carga de 400 kW, usando cables de refrixeración líquida de 1000 V e 400 amperios. A carga máis alta estará dispoñible para satisfacer as necesidades de vehículos comerciais grandes, como camións e autobuses.131

Un segundo estándar de carga nos Estados Unidos coñécese como CCS ou SAE Combo. Foi lanzado en 2011 por un grupo de fabricantes de automóbiles europeos e estadounidenses. A palabracombinaciónindica que o enchufe contén carga de CA (ata 43 kW) e carga de CC. 132 en

En Alemaña, formouse a coalición Charging Interface Initiative (CharIN) para promover a adopción xeneralizada do CCS. A diferenza de CHAdeMO, un enchufe CCS permite a carga de CC e CA cun único porto, o que reduce o espazo e as aberturas necesarias na carrozaría do vehículo. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA e Hyundai apoian o CCS. Tesla tamén se uniu á coalición e en novembro de 2018 anunciou que os seus vehículos en Europa virían equipados con portos de carga CCS.133 O Chevrolet Bolt e o BMW i3 están entre os vehículos eléctricos populares nos Estados Unidos que usan a carga CCS. Mentres que os cargadores rápidos CCS actuais ofrecen carga a uns 50 kW, o programa Electrify America inclúe unha carga rápida de 350 kW, que podería permitir unha carga case completa en tan só 10 minutos.

O terceiro estándar de carga nos Estados Unidos é operado por Tesla, que lanzou a súa propia rede de supercargadores nos Estados Unidos en setembro de 2012.134 Tesla

Os supercargadores funcionan normalmente a 480 voltios e ofrecen carga a un máximo de 120 kW. Como

En xaneiro de 2019, o sitio web de Tesla listaba 595 localizacións de supercargadores nos Estados Unidos, con 420 localizacións adicionais "próximamente".135 En maio de 2018, Tesla suxeriu que no futuro os seus supercargadores poderían alcanzar niveis de potencia de ata 350 kW.136

Na nosa investigación para este informe, preguntamos aos entrevistados estadounidenses se consideraban que a falta dun único estándar nacional para a carga rápida de CC era un obstáculo para a adopción de vehículos eléctricos. Poucos responderon afirmativamente. As razóns polas que a existencia de múltiples estándares de carga rápida de CC non se consideran un problema inclúen:

● A maior parte das cargas de vehículos eléctricos realízanse na casa e no traballo, con cargadores de nivel 1 e 2.

● Gran parte da infraestrutura de carga pública e laboral ata a data utilizou cargadores de nivel 2.

● Hai adaptadores dispoñibles que permiten aos propietarios de vehículos eléctricos usar a maioría dos cargadores rápidos de CC, mesmo se o vehículo eléctrico e o cargador usan estándares de carga diferentes. (A principal excepción, a rede de sobrecarga de Tesla, só está aberta aos vehículos Tesla). Cabe destacar que existen algunhas preocupacións sobre a seguridade dos adaptadores de carga rápida.

● Dado que o enchufe e o conector representan unha pequena porcentaxe do custo dunha estación de carga rápida, isto supón un pequeno desafío técnico ou financeiro para os propietarios das estacións e podería compararse coas mangueiras para gasolinas de diferentes octanos nunha estación de servizo. Moitas estacións de carga públicas teñen varios enchufes conectados a un único poste de carga, o que permite que calquera tipo de vehículo eléctrico se cargue alí. De feito, moitas xurisdicións esixen ou incentivan isto.CARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS NA CHINA E NOS ESTADOS UNIDOS

38 | CENTRO DE POLÍTICA ENERXÉTICA GLOBAL | COLUMBIA SIPA

Algúns fabricantes de automóbiles afirmaron que unha rede de carga exclusiva representa unha estratexia competitiva. Claas Bracklo, xefe de electromobilidade en BMW e presidente de CharIN, declarou en 2018: «Fundamos CharIN para construír unha posición de poder».137 Moitos propietarios e investidores de Tesla consideran a súa rede de supercargadores patentada un punto de venda, aínda que Tesla segue expresando a súa vontade de permitir que outros modelos de automóbiles usen a súa rede sempre que contribúan con financiamento proporcional ao uso.138 Tesla tamén forma parte de CharIN que promove o CCS. En novembro de 2018, anunciou que os coches Model 3 vendidos en Europa virían equipados con portos CCS. Os propietarios de Tesla tamén poden mercar adaptadores para acceder aos cargadores rápidos CHAdeMO.139

C. Protocolos de comunicación de carga Os protocolos de comunicación de carga son necesarios para optimizar a carga para as necesidades do usuario (para detectar o estado de carga, a tensión da batería e a seguridade) e para a rede eléctrica (incluíndo

capacidade da rede de distribución, prezos en función da hora de uso e medidas de resposta á demanda).140 China GB/T e CHAdeMO empregan un protocolo de comunicación coñecido como CAN, mentres que CCS funciona co protocolo PLC. Os protocolos de comunicación abertos, como o Protocolo de punto de carga aberto (OCPP) desenvolvido pola Open Charging Alliance, son cada vez máis populares nos Estados Unidos e en Europa.

Na nosa investigación para este informe, varios entrevistados nos Estados Unidos citaron a tendencia cara a protocolos e software de comunicacións abertos como unha prioridade política. En particular, algúns proxectos de carga pública que recibiron financiamento ao abeiro da Lei de Recuperación e Reinvestimento Estadounidense (ARRA) foron citados por elixir provedores con plataformas propietarias que posteriormente experimentaron dificultades financeiras, deixando equipos avariados que requirían substitución.141 A maioría das cidades, servizos públicos e redes de carga contactadas para este estudo expresaron o seu apoio aos protocolos de comunicacións abertos e aos incentivos para permitir que os hosts das redes de carga cambien de provedor sen problemas.142

D. Custos

Os cargadores domésticos son máis baratos na China que nos Estados Unidos. Na China, un cargador doméstico de parede típico de 7 kW véndese en liña por entre 1.200 e 1.800 RMB.143 A instalación require un custo adicional. (A maioría das compras de vehículos eléctricos privados inclúen o cargador e a instalación). Nos Estados Unidos, os cargadores domésticos de nivel 2 custan entre 450 e 600 dólares, ademais dunha media duns 500 dólares pola instalación.144 Os equipos de carga rápida de CC son significativamente máis caros en ambos os países. Os custos varían moito. Un experto chinés entrevistado para este informe estimou que a instalación dun poste de carga rápida de CC de 50 kW na China adoita custar entre 45.000 e 60.000 RMB, sendo o propio poste de carga uns 25.000 e 35.000 RMB e o cableado, a infraestrutura subterránea e a man de obra o resto.145 Nos Estados Unidos, a carga rápida de CC pode custar decenas de miles de dólares por poste. Entre as principais variables que afectan ao custo da instalación de equipos de carga rápida de CC inclúense a necesidade de escavación de gabias, melloras de transformadores, circuítos e paneis eléctricos novos ou actualizados e melloras estéticas. A sinalización, os permisos e o acceso para persoas con discapacidade son consideracións adicionais.146

E. Carga sen fíos

A carga sen fíos ofrece varias vantaxes, como a estética, o aforro de tempo e a facilidade de uso.

Estaba dispoñible na década de 1990 para o EV1 (un dos primeiros coches eléctricos), pero hoxe en día é raro.147 Os sistemas de carga sen fíos de vehículos eléctricos que se ofrecen en liña custan entre os 1260 $ e os 3000 $.148 A carga sen fíos de vehículos eléctricos supón unha penalización pola eficiencia, xa que os sistemas actuais ofrecen unha eficiencia de carga de arredor do 85 %.149 Os produtos de carga sen fíos actuais ofrecen unha transferencia de potencia de 3 a 22 kW; os cargadores sen fíos dispoñibles para varios modelos de vehículos eléctricos, desde Plugless, cargan a 3,6 kW ou 7,2 kW, o que equivale á carga de nivel 2.150 Aínda que moitos usuarios de vehículos eléctricos consideran que a carga sen fíos non paga a pena o custo adicional,151 algúns analistas prevén que a tecnoloxía se estenderá pronto e varios fabricantes de automóbiles anunciaron que ofrecerían carga sen fíos como opción nos futuros vehículos eléctricos. A carga sen fíos podería ser atractiva para certos vehículos con rutas definidas, como os autobuses públicos, e tamén se propuxo para os futuros carrís de autoestradas eléctricas, aínda que o alto custo, a baixa eficiencia de carga e as velocidades de carga lentas serían inconvenientes.152

F. Cambio de baterías

Coa tecnoloxía de intercambio de baterías, os vehículos eléctricos poderían cambiar as súas baterías esgotadas por outras que estean completamente cargadas. Isto reduciría drasticamente o tempo necesario para recargar un vehículo eléctrico, con importantes beneficios potenciais para os condutores.

Varias cidades e empresas chinesas están a experimentar actualmente coa substitución de baterías, centrándose en frotas de vehículos eléctricos de alta utilización, como os taxis. A cidade de Hangzhou implementou a substitución de baterías para a súa frota de taxis, que utiliza vehículos eléctricos Zotye fabricados localmente.155 Pequín construíu varias estacións de substitución de baterías nun esforzo apoiado polo fabricante de automóbiles local BAIC. A finais de 2017, BAIC anunciou un plan para construír 3.000 estacións de substitución en todo o país para 2021.156 A empresa emerxente chinesa de vehículos eléctricos NIO planea adoptar a tecnoloxía de substitución de baterías para algúns dos seus vehículos e anunciou que construiría 1.100 estacións de substitución na China.157 Varias cidades da China, incluídas Hangzhou e Qingdao, tamén utilizaron a substitución de baterías para autobuses.158

Nos Estados Unidos, o debate sobre o intercambio de baterías esvaeceuse tras a quebra en 2013 da empresa emerxente israelí de intercambio de baterías Project Better Place, que planeara unha rede de estacións de intercambio para turismos.153 En 2015, Tesla abandonou os seus plans de estacións de intercambio despois de construír só unha instalación de demostración, culpando á falta de interese dos consumidores. Na actualidade, hai poucos, se é que hai algún, experimentos en marcha con respecto ao intercambio de baterías nos Estados Unidos.154 O descenso dos custos das baterías e, quizais en menor medida, o despregamento de infraestruturas de carga rápida de CC, probablemente reduciron o atractivo do intercambio de baterías nos Estados Unidos.

Aínda que o intercambio de baterías ofrece varias vantaxes, tamén ten inconvenientes notables. Unha batería de vehículo eléctrico é pesada e normalmente está situada na parte inferior do vehículo, formando un compoñente estrutural integral con tolerancias de enxeñaría mínimas para a aliñación e as conexións eléctricas. As baterías actuais adoitan requirir refrixeración, e conectar e desconectar os sistemas de refrixeración é difícil.159 Dado o seu tamaño e peso, os sistemas de baterías deben encaixar perfectamente para evitar traqueteos, reducir o desgaste e manter o vehículo centrado. A arquitectura de baterías de monopatín común nos vehículos eléctricos actuais mellora a seguridade ao baixar o centro de peso do vehículo e mellorar a protección contra choques na parte dianteira e traseira. As baterías extraíbles situadas no maleteiro ou noutro lugar carecerían desta vantaxe. Dado que a maioría dos propietarios de vehículos cargan principalmente na casa ouCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS NA CHINA E NOS ESTADOS UNIDOSNo traballo, o intercambio de baterías non resolvería necesariamente os problemas da infraestrutura de carga, senón que só axudaría a abordar a carga pública e a autonomía. E dado que a maioría dos fabricantes de automóbiles non están dispostos a estandarizar os paquetes ou os deseños de baterías (os coches están deseñados arredor das súas baterías e motores, o que converte isto nun valor propietario clave160), o intercambio de baterías podería requirir unha rede de estacións de intercambio separada para cada empresa automobilística ou equipos de intercambio separados para diferentes modelos e tamaños de vehículos. Aínda que se propuxeron camións móbiles de intercambio de baterías,161 este modelo de negocio aínda non se implementou.