Tecnoloxías de carga EV

As tecnoloxías de carga de vehículos eléctricos en China e nos Estados Unidos son moi similares.En ambos os países, os cables e os enchufes son a tecnoloxía dominante para cargar vehículos eléctricos.(A carga sen fíos e o cambio de batería teñen como moito unha presenza menor.) Hai diferenzas entre os dous países con respecto aos niveis de carga, os estándares de carga e os protocolos de comunicacións.Estas semellanzas e diferenzas son discutidas a continuación.

A. Niveis de carga

Nos Estados Unidos, unha gran parte da carga de vehículos eléctricos ten lugar a 120 voltios usando tomas de corrente de parede domésticas non modificadas.Isto coñécese xeralmente como carga de nivel 1 ou "permanente".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 120 voltios en China.)

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

Esta carga pode realizarse con tomas sen modificar ou equipos de carga de vehículos eléctricos especializados 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 os Estados Unidos teñen redes de carga rápida de CC en crecemento, que normalmente utilizan 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 levar a batería dun vehículo desde un 20 % ata unha carga case completa en tempos que van desde aproximadamente unha hora ata 10 minutos.

Táboa 6:Niveis de carga máis comúns nos EUA

Fonte: Departamento de Enerxía dos EUA

B. Estándares de carga

i.China

China ten un estándar de carga rápida para vehículos eléctricos en todo o país.Os Estados Unidos teñen tres estándares de carga rápida para vehículos eléctricos.

O estándar chinés coñécese como China GB/T.(as iniciaisGBrepresenta o estándar nacional.)

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

Os cargadores rápidos de CC chinés ofrecen unha 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.GB/T é un estándar só para China: os poucos vehículos eléctricos fabricados en China exportados ao estranxeiro utilizan outros estándares.125

En agosto de 2018, o Consello de Electricidade de China (CEC) anunciou un memorando de entendemento coa rede CHAdeMO, con sede en 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 ampliar o estándar a países máis aló de China e Xapón.126

ii.Estados Unidos

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

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

Electric Power Company e significa "Charge to Move" (un xogo de palabras en xaponés).127 Actualmente, CHAdeMO utilízase nos Estados Unidos no Nissan Leaf e o Mitsubishi Outlander PHEV, que están entre os vehículos eléctricos máis vendidos.O éxito de The Leaf nos Estados Unidos pode serCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA E ESTADOS UNIDOS

POLÍTICA ENERXÉTICA.COLUMBIA.EDU |FEBREIRO 2019 |

debido en parte ao compromiso inicial de Nissan de implementar a infraestrutura de carga rápida CHAdeMO nos concesionarios e noutras localizacións urbanas.128 En xaneiro de 2019, había máis de 2.900 cargadores rápidos CHAdeMO nos Estados Unidos (así como máis de 7.400 en Xapón e 7.900 en Xapón). en Europa).129

En 2016, CHAdeMO anunciou que melloraría o seu estándar desde a súa taxa de carga inicial de 70

kW para ofrecer 150 kW.130 En xuño de 2018, CHAdeMO anunciou a introdución da capacidade de carga de 400 kW, mediante cables de 1.000 V e 400 amperios con arrefriamento líquido.Disporase da tarifa maior para cubrir as necesidades dos grandes vehculos comerciais como camins 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 palabracomboindica que o enchufe contén carga de CA (ata 43 kW) e carga de CC.132 In

Alemaña, a coalición Charging Interface Initiative (CharIN) formouse para defender a adopción xeneralizada de CCS.A diferenza de CHAdeMO, un enchufe CCS permite a carga de CC e CA cun só porto, reducindo o espazo e as aberturas necesarias na carrocería do vehículo.Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA e Hyundai admiten CCS.Tesla tamén se uniu á coalición e en novembro de 2018 anunciou que os seus vehículos en Europa virán equipados con portos de carga CCS.133 O Chevrolet Bolt e o BMW i3 están entre os vehículos eléctricos populares dos Estados Unidos que usan carga CCS.Aínda que os cargadores rápidos CCS actuais ofrecen unha carga duns 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 está operado por Tesla, que lanzou a súa propia rede Supercharger propietaria nos Estados Unidos en setembro de 2012.134 Tesla

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

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

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

● A maioría da carga de vehículos eléctricos realízase na casa e no traballo, con cargadores de nivel 1 e 2.

● Ata a data, gran parte da infraestrutura de carga pública e laboral utilizou cargadores de nivel 2.

● Hai adaptadores dispoñibles que permiten aos propietarios de vehículos eléctricos utilizar a maioría dos cargadores rápidos de CC, aínda que o vehículo eléctrico e o cargador utilicen estándares de carga diferentes.(A principal excepción, a rede de sobrecarga de Tesla, só está aberta aos vehículos de Tesla). En particular, hai 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 poucos retos técnicos ou financeiros para os propietarios das estacións e podería compararse coas mangueiras de diferentes gasolinas de octano nunha estación de servizo.Moitas estacións de carga públicas teñen varios enchufes conectados a un só posto de carga, o que permite que calquera tipo de vehículo eléctrico se cargue alí.De feito, moitas xurisdicións requiren ou incentivan isto.CARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA E ESTADOS UNIDOS

38 |CENTRO DE POLÍTICA ENERXÉTICA GLOBAL |COLUMBIA SIPA

Algúns fabricantes dixeron que unha rede de carga exclusiva representa unha estratexia competitiva.Claas Bracklo, xefe de electromobilidade de BMW e presidente de CharIN, afirmou en 2018: "Fundamos CharIN para construír unha posición de poder".137 Moitos propietarios e investidores de Tesla consideran que a súa rede de supercargadores propietaria é un punto de venda, aínda que Tesla segue expresando vontade de permitir que outros modelos de automóbiles utilicen a súa rede sempre que acheguen financiamento proporcional ao uso.138 Tesla tamén forma parte de CharIN que promove CCS.En novembro de 2018, anunciou que os coches Modelo 3 vendidos en Europa virían equipados con portos CCS.Os propietarios de Tesla tamén poden comprar 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 (incluíndo

capacidade da rede de distribución, prezos de tempo de uso e medidas de resposta á demanda).140 China GB/T e CHAdeMO usan un protocolo de comunicación coñecido como CAN, mentres que CCS traballa co protocolo PLC.Os protocolos de comunicación abertos, como o Open Charge Point Protocol (OCPP) desenvolvido pola Open Charging Alliance, son cada vez máis populares nos Estados Unidos e Europa.

Na nosa investigación para este informe, varios entrevistados estadounidenses citaron o movemento cara a protocolos e software de comunicacións abertos como unha prioridade política.En particular, algúns proxectos públicos de carga que recibiron financiamento baixo a American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) foron citados por escoller vendedores con plataformas propietarias que posteriormente experimentaron dificultades financeiras, deixando equipos avariados que requirían substitución.141 A maioría das cidades, servizos públicos e carga. as redes contactadas para este estudo expresaron o seu apoio aos protocolos de comunicacións abertos e aos incentivos para permitir que os servidores de rede de carga cambien de provedor sen problemas.142

D. Custos

Os cargadores domésticos son máis baratos en China que nos Estados Unidos.En China, un típico cargador doméstico de 7 kW montado na parede véndese en liña por entre 1.200 RMB e 1.800,143 RMB. A instalación require un custo adicional.(A maioría das compras de vehículos eléctricos privados veñen con cargador e instalación incluídos). Nos Estados Unidos, os cargadores domésticos de nivel 2 custan entre 450 e 600 dólares, ademais dunha media de aproximadamente 500 dólares para a instalación.144 Os equipos de carga rápida de CC son significativamente máis caros en ambos países.Os custos varían moito.Un experto chinés entrevistado para este informe estimou que a instalación dun posto de carga rápida de 50 kW DC en China normalmente custa entre 45.000 RMB e 60.000 RMB, sendo a propia estación de carga entre 25.000 e 35.000 RMB e cableado, infraestrutura subterránea e contabilidade laboral. para o resto.145 Nos Estados Unidos, a carga rápida de CC pode custar decenas de miles de dólares por correo.As variables principais que afectan o custo da instalación de equipos de carga rápida de CC inclúen a necesidade de gabias, actualizacións de transformadores, circuítos novos ou actualizados e paneis eléctricos e melloras estéticas.A sinalización, o permiso e o acceso dos discapacitados son consideracións adicionais.146

E. Carga sen fíos

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

Estaba dispoñible na década de 1990 para o EV1 (un dos primeiros coches eléctricos) pero é raro hoxe en día.147 Os sistemas de carga sen fíos de vehículos eléctricos ofrecidos en liña oscilan entre 1.260 e 3.000 dólares. arredor do 85%.149 Os produtos actuais de carga sen fíos ofrecen transferencia de potencia de 3 a 22 kW;cargadores sen fíos dispoñibles para varios modelos de vehículos eléctricos desde Carga sen enchufe a 3,6 kW ou 7,2 kW, equivalente 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 prognosticaron que a tecnoloxía estenderase en breve. e varios fabricantes de automóbiles anunciaron que ofrecerían carga sen fíos como opción nos futuros vehículos eléctricos.A carga sen fíos pode ser atractiva para certos vehículos con rutas definidas, como os autobuses públicos, e tamén se propuxo para futuros carrís de estradas eléctricas, aínda que o alto custo, a baixa eficiencia de carga e as velocidades de carga lentas serían inconvenientes.152

F. Cambio de batería

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

Varias cidades e empresas chinesas están experimentando actualmente co intercambio de baterías, centrándose nos vehículos eléctricos de flota de alta utilización, como os taxis.A cidade de Hangzhou implantou o intercambio de baterías para a súa flota de taxis, que utiliza vehículos eléctricos Zotye feitos localmente.155 Pequín construíu varias estacións de intercambio de baterías nun esforzo apoiado polo fabricante local de automóbiles BAIC.A finais de 2017, BAIC anunciou un plan para construír 3.000 estacións de intercambio en todo o país para 2021.156 A empresa chinesa de vehículos eléctricos NIO planea adoptar tecnoloxía de intercambio de baterías para algúns dos seus vehículos e anunciou que construiría 1.100 estacións de intercambio en China.157 Varias cidades de China— incluíndo Hangzhou e Qingdao—tamén utilizaron o intercambio de batería para autobuses.158

Nos Estados Unidos, a discusión sobre o intercambio de baterías desapareceu tras a bancarrota en 2013 da empresa 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 estación de intercambio despois de construír só unha. instalación de demostración, culpando á falta de interese do consumidor.Hai poucos ou ningún experimento en curso con respecto ao intercambio de baterías nos Estados Unidos na actualidade.154 O descenso dos custos das baterías, e quizais en menor medida o despregamento da infraestrutura de carga rápida de CC, probablemente reduciron a atracción do intercambio de baterías nos Estados Unidos. Estados Unidos.

Aínda que o intercambio de batería ofrece varias vantaxes, tamén ten inconvenientes notables.Unha batería EV é pesada e normalmente está situada na parte inferior do vehículo, formando un compoñente estrutural integral con tolerancias de enxeñería mínimas para o aliñamento e as conexións eléctricas.As baterías actuais adoitan necesitar 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 vibracións, reducir o desgaste e manter o vehículo centrado.A arquitectura da batería do 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.Xa que a maioría dos propietarios de vehículos cobran principalmente na casa ouCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA E ESTADOS UNIDOSno traballo, o intercambio de baterías non resolvería necesariamente os problemas de infraestrutura de carga; só axudaría a abordar a carga pública e a autonomía.E debido a que a maioría dos fabricantes de automóbiles non están dispostos a estandarizar paquetes ou deseños de baterías (os coches están deseñados en torno ás súas baterías e motores, o que converte isto nun valor propietario clave160), o cambio de batería pode requirir unha rede de estacións de intercambio separada para cada compañía de vehículos ou equipos de intercambio separados para diferentes modelos e tamaños dos vehículos.Aínda que se propuxeron camións móbiles de intercambio de batería161, este modelo de negocio aínda non se implantou.