Technologien fir d'Opluedung vun EVs

D'Technologien fir d'Opluedung vun Elektroautoen a China an den USA si gréisstendeels ähnlech. An deenen zwee Länner sinn Kabelen a Stecker déi iwwerwältegend dominant Technologie fir d'Opluedung vun Elektroautoen. (Drahtlos Opluedung an Batteriewiessel hunn héchstens eng kleng Präsenz.) Et gëtt Ënnerscheeder tëscht deenen zwee Länner wat d'Opluedniveauen, d'Opluedstandarden an d'Kommunikatiounsprotokoller ugeet. Dës Ähnlechkeeten an Ënnerscheeder ginn hei ënnendrënner diskutéiert.

A. Opluedniveauen

An den USA fënnt e groussen Deel vum Opluede vun Elektroautoen mat 120 Volt iwwer onverännert Steckdousen an der Haushaltswand statt. Dëst ass allgemeng bekannt als Level 1 oder "Trickle"-Oplueden. Beim Oplueden vum Level 1 brauch eng typesch 30 kWh Batterie ongeféier 12 Stonnen fir vun 20% op eng bal voll Opluedung ze kommen. (Et gëtt keng 120 Volt Steckdousen a China.)

Souwuel a China wéi och an den USA fënnt e groussen Deel vum Opluede vun Elektroautoen mat 220 Volt (China) oder 240 Volt (USA) statt. An den USA ass dëst als Level 2 Charging bekannt.

Sou eng Opluedung kann iwwer onverännert Steckdousen oder spezialiséiert Ladegeräter fir Elektroautoen stattfannen a verbraucht typescherweis ongeféier 6–7 kW Leeschtung. Beim Oplueden mat 220–240 Volt brauch eng typesch 30 kWh Batterie ongeféier 6 Stonnen, fir vun 20% op eng bal voll Opluedung ze kommen.

Schlussendlech hunn souwuel China wéi och d'USA wuessend Netzwierker vun DC-Schnellladegeräter, déi normalerweis 24 kW, 50 kW, 100 kW oder 120 kW Leeschtung benotzen. E puer Statiounen kënnen 350 kW oder souguer 400 kW Leeschtung ubidden. Dës DC-Schnellladegeräter kënnen eng Gefierbatterie vun 20% op eng bal voll Opluedung bréngen an Zäiten, déi vun ongeféier enger Stonn bis just 10 Minutten reechen.

Tabelle 6:Déi meescht üblech Ladestufen an den USA

Quell: US-Energieministère

B. Opluedstandarden

i. China

China huet ee landeswäite Schnellladestandard fir Elektroautoen. D'USA hunn dräi Schnellladestandarden fir Elektroautoen.

De chinesesche Standard ass bekannt als China GB/T. (D'InitialenGBsteet fir national Normen.)

China GB/T gouf 2015 no e puer Joer Entwécklung erausbruecht.124 Et ass elo obligatoresch fir all nei Elektroautoen, déi a China verkaaft ginn. International Autoshersteller, dorënner Tesla, Nissan a BMW, hunn de GB/T-Standard fir hir Elektroautoen, déi a China verkaaft ginn, ugeholl. GB/T erlaabt de Moment Schnellladung mat enger maximaler Leeschtung vun 237,5 kW (bei 950 V an 250 Ampere), obwuel vill...

Chinesesch Gläichstroum-Schnellladegeräter bidden eng Opluedkapazitéit vu 50 kW. En neie GB/T kënnt 2019 oder 2020 eraus, deen de Standard angeblech op eng Opluedkapazitéit vu bis zu 900 kW fir méi grouss Nutzfahrzeuger upgrade soll. GB/T ass e Standard, deen nëmme fir China gëllt: déi wéineg Elektroautoen, déi a China hiergestallt ginn a fir d'Ausland exportéiert ginn, benotzen aner Standarden.125

Am August 2018 huet de China Electricity Council (CEC) e Memorandum of Understanding mam CHAdeMO-Netzwierk a Japan ugekënnegt, fir zesummen ultraschnell Laden z'entwéckelen. D'Zil ass d'Kompatibilitéit tëscht GB/T an CHAdeMO fir Schnellladung. Déi zwou Organisatioune wäerten zesummeschaffen, fir de Standard op Länner ausserhalb vu China a Japan auszebauen.126

ii. Vereenegt Staaten

An den USA gëtt et dräi Standarden fir d'Opluedung vun Elektroautoen fir DC-Schnellladung: CHAdeMO, CCS SAE Combo an Tesla.

CHAdeMO war den éischte Schnellladestandard fir Elektroautoen, deen am Joer 2011 staamt. E gouf vun Tokyo entwéckelt.

Electric Power Company steet fir „Charge to Move“ (e Wuertwitz op Japanesch).127 CHAdeMO gëtt de Moment an den USA am Nissan Leaf an am Mitsubishi Outlander PHEV benotzt, déi zu de meeschtverkaafte Elektroautoen gehéieren. Den Erfolleg vum Leaf an den USA kéintOpluedung vun elektresche Gefierer a China an den USA

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUAR 2019 |

deelweis wéinst dem fréie Engagement vun Nissan, eng CHAdeMO-Schnellladeinfrastruktur bei Händler an anere städtesche Plazen anzesetzen.128 Am Januar 2019 gouf et iwwer 2.900 CHAdeMO-Schnellladestatiounen an den USA (souwéi méi wéi 7.400 a Japan an 7.900 an Europa).129

Am Joer 2016 huet CHAdeMO ugekënnegt, datt et säi Standard vun der ursprénglecher Ladequote vun 70 géif verbesseren.

kW fir 150 kW unzebidden.130 Am Juni 2018 huet CHAdeMO d'Aféierung vun enger 400 kW Ladekapazitéit ugekënnegt, mat Hëllef vun 1.000 V, 400 Ampere flësseggekillte Kabelen. Déi méi héich Ladekapazitéit wäert verfügbar sinn, fir de Bedierfnesser vu grousse kommerzielle Gefierer wéi Camionen a Bussen ze decken.131

En zweete Ladestandard an den USA ass bekannt als CCS oder SAE Combo. E gouf 2011 vun enger Grupp vun europäeschen an US-amerikaneschen Autoshersteller erausbruecht. D'WuertKombinatiounweist un, datt de Stecker souwuel en AC-Ladegerät (bis zu 43 kW) wéi och en DC-Ladegerät enthält.132 In

An Däitschland gouf d'Charging Interface Initiative (CharIN) Koalitioun gegrënnt, fir sech fir déi wäit verbreet Akzeptanz vu CCS anzesetzen. Am Géigesaz zu CHAdeMO erméiglecht e CCS-Stecker d'Lade vun DC- an AC-Stecker mat engem eenzege Port, wouduerch de Raum an d'Lächer, déi um Gefier gebraucht ginn, reduzéiert ginn. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA an Hyundai ënnerstëtzen CCS. Tesla ass och der Koalitioun bäigetrueden an huet am November 2018 ugekënnegt, datt seng Gefierer an Europa mat CCS-Ladeports ausgestatt wieren.133 De Chevrolet Bolt an de BMW i3 gehéieren zu de populärsten Elektroautoen an den USA, déi CCS-Ladegeräter benotzen. Wärend aktuell CCS-Schnellladegeräter eng Ladung mat ongeféier 50 kW ubidden, enthält den Electrify America Programm eng Schnellladung vun 350 kW, wat eng bal komplett Ladung an nëmmen 10 Minutten erméigleche kéint.

Den drëtte Ladestandard an den USA gëtt vun Tesla bedriwwen, déi am September 2012 säin eegent proprietärt Supercharger-Netz an den USA gestart hunn.134 Tesla

Kompressoren funktionéieren typescherweis mat 480 Volt a bidden eng Ladung mat maximal 120 kW.

Am Januar 2019 huet d'Tesla Websäit 595 Supercharger-Standuerter an den USA opgezielt, mat weidere 420 Standuerter, déi "geschwënn" kommen.135 Am Mee 2018 huet Tesla ugedeit, datt seng Superchargers an Zukunft eng Leeschtung vu bis zu 350 kW erreeche kéinten.136

An eiser Recherche fir dëse Bericht hu mir US-Interviewpartner gefrot, ob si de Manktem un engem eenzege nationale Standard fir DC-Schnellladung als en Hindernis fir d'Adoptioun vun Elektroautoen ugesinn. Wéineg hunn positiv geäntwert. D'Grënn, firwat verschidde DC-Schnellladungsstandarden net als Problem ugesi ginn, sinn ënner anerem:

● Déi meescht Opluedstatioune fir Elektroautoen fannen doheem an op der Aarbecht statt, mat Ladegeräter vum Niveau 1 an 2.

● E groussen Deel vun der ëffentlecher an Aarbechtsplaz-Ladeinfrastruktur huet bis elo Level-2-Ladegeräter benotzt.

● Et gi Adapteren, déi et EV-Besëtzer erlaben, déi meescht DC-Schnellladegeräter ze benotzen, och wann den EV an den Ladegerät verschidde Ladestandarden benotzen. (Déi Haaptausnam, den Tesla Supercharging-Netz, ass nëmme fir Tesla-Gefierer op.) Et ass besonnesch wichteg, datt et e puer Bedenken iwwer d'Sécherheet vu Schnellladeadapteren gëtt.

● Well de Stecker an de Verbindungsstéck nëmmen e klenge Prozentsaz vun de Käschte vun enger Schnellladestatioun ausmaachen, stellt dat fir d'Besëtzer vun de Statiounen eng kleng technesch oder finanziell Erausfuerderung duer a kéint mat de Schläich fir Benzin mat verschiddenen Oktanzuelen op enger Tankstell verglach ginn. Vill ëffentlech Ladestatiounen hunn e puer Stecker, déi un engem eenzege Lademast ugeschloss sinn, sou datt all Typ vun Elektroauto do gelueden ka ginn. Tatsächlech verlaangen oder encouragéieren vill Jurisdiktiounen dëst.Opluedung vun elektresche Gefierer a China an den USA

38 | ZENTER FIR GLOBAL ENERGIEPOLITIKK | COLUMBIA SIPA

Verschidden Autoshersteller hunn gesot, datt en exklusivt Ladenetz eng kompetitiv Strategie duerstellt. De Claas Bracklo, Chef vun der Elektromobilitéit bei BMW a President vu CharIN, huet 2018 gesot: "Mir hunn CharIN gegrënnt, fir eng Muechtpositioun opzebauen."137 Vill Tesla-Besëtzer an Investisseure betruechten säin eegent Kompressornetz als e Verkafsargument, obwuel Tesla weiderhin d'Bereetschaft ausdréckt, aner Automodeller säin Netzwierk ze erlaben, virausgesat datt se eng Finanzéierung proportional zum Gebrauch bäidroen.138 Tesla ass och Deel vu CharIN, déi CCS fördert. Am November 2018 huet et ugekënnegt, datt Model 3 Autoen, déi an Europa verkaaft ginn, mat CCS-Ports ausgestatt wieren. Tesla-Besëtzer kënnen och Adaptere kafen, fir Zougang zu CHAdeMO-Schnellladegeräter ze kréien.139

C. Ladekommunikatiounsprotokoller Ladekommunikatiounsprotokoller si néideg fir d'Ladeung fir d'Besoine vum Benotzer ze optimiséieren (fir den Zoustand vun der Ladeung, d'Batteriespannung an d'Sécherheet ze erkennen) an fir d'Netz (inklusiv

(Kapazitéit vum Verdeelungsnetz, Präisser no der Notzungszäit a Moossname fir d'Nofroreaktioun).140 China GB/T a CHAdeMO benotzen e Kommunikatiounsprotokoll, bekannt als CAN, während CCS mam PLC-Protokoll funktionéiert. Oppe Kommunikatiounsprotokoller, wéi den Open Charge Point Protocol (OCPP), dee vun der Open Charging Alliance entwéckelt gouf, ginn ëmmer méi populär an den USA an an Europa.

An eiser Recherche fir dëse Bericht hunn e puer US-Interviewpartner den Iwwergank zu oppene Kommunikatiounsprotokoller a Software als politesch Prioritéit genannt. Besonnesch e puer ëffentlech Ladeprojeten, déi Finanzéierung ënnert dem American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) kruten, goufen als Ubidder mat proprietäre Plattforme genannt, déi duerno finanziell Schwieregkeeten haten, wouduerch futti Ausrüstung hannerlooss gouf, déi ersat musse ginn.141 Déi meescht Stied, Versuergungsbetriber a Ladenetzer, déi fir dës Studie kontaktéiert goufen, hunn hir Ënnerstëtzung fir oppe Kommunikatiounsprotokoller an Ureizer ausgedréckt, fir datt d'Hosts vun de Ladenetzer nahtlos den Ubidder wiesselen kënnen.142

D. Käschten

Heemladegeräter si méi bëlleg a China wéi an den USA. A China gëtt en typeschen 7 kW Wandladegerät online fir tëscht 1.200 an 1.800 RMB verkaaft.143 D'Installatioun erfuerdert zousätzlech Käschten. (Déi meescht privat Elektroautoen kafen en Ladegerät an eng Installatioun abegraff.) An den USA kaschten Heemladegeräter vum Niveau 2 tëscht 450 an 600 Dollar, plus am Duerchschnëtt ongeféier 500 Dollar fir d'Installatioun.144 Gläichstroum-Schnellladegeräter si a béide Länner däitlech méi deier. D'Käschte variéiere staark. Ee chineseschen Expert, deen fir dëse Bericht interviewt gouf, huet geschat, datt d'Installatioun vun engem 50 kW Gläichstroum-Schnelllademast a China typescherweis tëscht 45.000 an 60.000 RMB kascht, woubäi de Lademast selwer ongeféier 25.000 - 35.000 RMB ausmécht an d'Verkabelung, d'ënnerierdesch Infrastruktur an d'Aarbecht de Rescht ausmaachen.145 An den USA kann Gläichstroum-Schnellladegeräter Zéngdausende vun Dollar pro Mast kaschten. Wichteg Variablen, déi d'Käschte vun der Installatioun vun DC-Schnellladegeräter beaflossen, sinn ënner anerem de Besoin fir Gräben, Transformatorenupgrades, nei oder moderniséiert Schaltkreesser an elektresch Panneauen, souwéi ästhetesch Verbesserungen. Beschëlderung, Genehmegungen an Zougang fir Leit mat Behënnerung sinn zousätzlech Iwwerleeungen.146

E. Kabellos Laden

Kabellos Laden bitt verschidde Virdeeler, dorënner Ästhetik, Zäitspuerend a Benotzerfrëndlechkeet.

Et war an den 1990er Joren fir den EV1 (en fréien Elektroauto) verfügbar, awer ass haut rar.147 Kabellos EV-Ladesystemer, déi online ugebuede ginn, kaschten tëscht 1.260 $ an ongeféier 3.000 $.148 Kabellos EV-Ladesystemer bréngen e Strofdot fir d'Effizienz mat sech, well déi aktuell Systemer eng Ladeeffizienz vu ronn 85% ubidden.149 Aktuell kabellos Ladeprodukter bidden eng Energieiwwerdroung vun 3–22 kW; kabellos Ladegeräter si fir verschidden EV-Modeller verfügbar, vun Plugless Lade mat entweder 3,6 kW oder 7,2 kW, entspriechend Level 2 Laden.150 Wärend vill EV-Benotzer mengen, datt kabellos Laden déi zousätzlech Käschten net wäert ass,151 hunn e puer Analysten virausgesot, datt d'Technologie geschwënn verbreet wäert sinn, a verschidde Autoshersteller hunn ugekënnegt, datt si kabellos Laden als Optioun fir zukünfteg EVs ubidden. Kabellos Laden kéint fir bestëmmte Gefierer mat definéierte Strecken, wéi z. B. ëffentlech Bussen, attraktiv sinn, an et gouf och fir zukünfteg elektresch Autobunnsspuren proposéiert, obwuel héich Käschten, niddreg Ladeeffizienz a lues Ladegeschwindegkeeten Nodeeler wieren.152

F. Batteriewiessel

Mat der Batteriewiesseltechnologie kéinten Elektroautoen hir eidel Batterien duerch voll gelueden Batterien austauschen. Dëst géif d'Zäit fir en Elektroauto opzelueden däitlech verkierzen, mat bedeitende potenziellen Virdeeler fir d'Chauffeuren.

Verschidde chinesesch Stied a Firmen experimentéieren de Moment mam Batteriesaustausch, mat engem Fokus op Elektroautoen mat héijer Notzungsquote, wéi zum Beispill Taxien. D'Stad Hangzhou huet Batteriesaustausch fir seng Taxiflott agesat, déi lokal hiergestallt Zotye Elektroautoen benotzt.155 Peking huet verschidde Batteriesaustauschstatiounen gebaut, ënnerstëtzt vum lokalen Autoshersteller BAIC. Enn 2017 huet BAIC e Plang ugekënnegt, bis 2021 landeswäit 3.000 Austauschstatiounen ze bauen.156 Déi chinesesch Elektroauto-Startup NIO plangt, Batteriesaustauschtechnologie fir e puer vu senge Gefierer anzeféieren an huet ugekënnegt, datt si 1.100 Austauschstatiounen a China baue géif.157 Verschidde Stied a China - dorënner Hangzhou a Qingdao - hunn och Batteriesaustausch fir Bussen agesat.158

An den USA ass d'Diskussioun iwwer Batteriewiessel no der Faillite vun der israelescher Batteriewiessel-Startup Project Better Place am Joer 2013 verschwonnen, déi en Netzwierk vun Tauschstatiounen fir Persounenautoen geplangt hat.153 Am Joer 2015 huet Tesla seng Pläng fir eng Tauschstatioun opginn, nodeems se nëmmen eng Demonstratiounsanlag gebaut haten, well se de Manktem u Konsumenteninteresse verantwortlech gemaach huet. Et gëtt haut wéineg oder guer keng Experimenter am Zesummenhang mam Batteriewiessel an den USA.154 De Réckgang vun de Batteriekäschten, a vläicht a mannerem Mooss den Asaz vun enger Gläichstroum-Schnellladeinfrastruktur, hunn d'Attraktivitéit vum Batteriewiessel an den USA wahrscheinlech reduzéiert.

Obwuel d'Batteriewiessel verschidde Virdeeler bitt, huet et och bemierkenswäert Nodeeler. Eng EV-Batterie ass schwéier a läit typescherweis um Buedem vum Gefier, wouduerch se en integralen strukturellen Deel mat minimale techneschen Toleranzen fir d'Ausriichtung an d'elektresch Verbindungen bildt. Déi haiteg Batterien brauchen normalerweis eng Ofkillung, an d'Uschléissen an Trennen vun Ofkillsystemer ass schwéier.159 Wéinst hirer Gréisst a Gewiicht mussen d'Batteriesystemer perfekt passen, fir Klapperen ze vermeiden, de Verschleiung ze reduzéieren an d'Gefier zentréiert ze halen. D'Skateboard-Batteriearchitektur, déi an den haitegen EVs üblech ass, verbessert d'Sécherheet andeems se de Gewiichtszentrum vum Gefier senkt an de Crashschutz vir an hannen verbessert. Erausnehmbar Batterien, déi am Kofferraum oder soss anzwousch sinn, géifen dëse Virdeel net hunn. Well déi meescht Gefierbesëtzer haaptsächlech doheem oder ... opluedenOpluedung vun elektresche Gefierer a China an den USAOp der Aarbecht géif den Batterienaustausch net onbedéngt d'Problemer mat der Opluedinfrastruktur léisen - et géif nëmmen hëllefen, ëffentlech Opluedstatiounen an d'Reechwäit ze adresséieren. An well déi meescht Autoshersteller net bereet sinn, Batteriepacks oder -designen ze standardiséieren - Autoen sinn ëm hir Batterien a Motoren entwéckelt, wat dëst zu engem wichtege proprietäre Wäert mécht160 - kéint den Batterienaustausch en separaten Netzwierk vun Austauschstatiounen fir all Autosfirma oder separat Austauschausrüstung fir verschidde Modeller a Gréissten vu Gefierer erfuerderen. Och wann mobil Batterienaustauschcamione proposéiert goufen,161 ass dëst Geschäftsmodell nach net ëmgesat ginn.