Ev-opladertechnologieën

EV-laadtechnologieën in China en de Verenigde Staten zijn grotendeels vergelijkbaar. In beide landen zijn snoeren en stekkers de overweldigend dominante technologie voor het opladen van elektrische voertuigen. (Draadloos opladen en het verwisselen van batterijen komen hoogstens in geringe mate voor.) Er zijn verschillen tussen de twee landen met betrekking tot oplaadniveaus, oplaadstandaarden en communicatieprotocollen. Deze overeenkomsten en verschillen worden hieronder besproken.

A. Laadniveaus

In de Verenigde Staten wordt een groot deel van het opladen van elektrische voertuigen uitgevoerd op 120 volt via ongewijzigde stopcontacten in huis. Dit staat algemeen bekend als niveau 1 of ‘druppelladen’. Bij opladen op niveau 1 heeft een typische batterij van 30 kWh ongeveer 12 uur nodig om van 20% naar bijna volledig op te laden. (Er zijn geen 120 volt stopcontacten in China.)

Zowel in China als in de Verenigde Staten vindt een groot deel van het opladen van elektrische voertuigen plaats op 220 volt (China) of 240 volt (Verenigde Staten). In de Verenigde Staten staat dit bekend als niveau 2-laden.

Dergelijk opladen kan plaatsvinden met ongewijzigde stopcontacten of gespecialiseerde EV-oplaadapparatuur en verbruikt doorgaans ongeveer 6 à 7 kW vermogen. Bij opladen bij 220–240 volt heeft een typische batterij van 30 kWh ongeveer 6 uur nodig om van 20% naar bijna volledig op te laden.

Ten slotte beschikken zowel China als de Verenigde Staten over groeiende netwerken van gelijkstroomsnelladers, die doorgaans een vermogen van 24 kW, 50 kW, 100 kW of 120 kW gebruiken. Sommige stations bieden mogelijk een vermogen van 350 kW of zelfs 400 kW. Deze DC-snelladers kunnen de accu van een voertuig van 20% tot bijna volledig opladen in een tijd variërend van ongeveer een uur tot slechts 10 minuten.

Tabel 6:Meest voorkomende laadniveaus in de VS

Bron: Amerikaans ministerie van Energie

B. Laadnormen

i. China

China heeft één landelijke standaard voor snelladen van elektrische voertuigen. De VS hebben drie EV-snellaadstandaarden.

De Chinese standaard staat bekend als China GB/T. (De initialenGBstaan ​​voor nationale standaard.)

China GB/T werd in 2015 uitgebracht na een aantal jaren van ontwikkeling.124 Het is nu verplicht voor alle nieuwe elektrische voertuigen die in China worden verkocht. Internationale autofabrikanten, waaronder Tesla, Nissan en BMW, hebben de GB/T-norm overgenomen voor hun elektrische auto’s die in China worden verkocht. GB/T maakt momenteel snel opladen mogelijk met een maximumvermogen van 237,5 kW (bij 950 V en 250 ampère), hoewel veel

Chinese DC-snelladers bieden laadvermogen van 50 kW. In 2019 of 2020 zal een nieuwe GB/T worden uitgebracht, die naar verluidt de standaard zal upgraden met het opladen tot 900 kW voor grotere bedrijfsvoertuigen. GB/T is een standaard die alleen in China geldt: de weinige in China gemaakte elektrische voertuigen die naar het buitenland worden geëxporteerd, gebruiken andere standaarden.125

In augustus 2018 kondigde de China Electricity Council (CEC) een memorandum van overeenstemming aan met het CHAdeMO-netwerk, gevestigd in Japan, om gezamenlijk ultrasnel opladen te ontwikkelen. Het doel is compatibiliteit tussen GB/T en CHAdeMO voor snel opladen. De twee organisaties zullen samenwerken om de standaard uit te breiden naar landen buiten China en Japan.126

ii. Verenigde Staten

In de Verenigde Staten zijn er drie EV-laadstandaarden voor DC-snelladen: CHAdeMO, CCS SAE Combo en Tesla.

CHAdeMO was de eerste EV-snellaadstandaard uit 2011. Het werd ontwikkeld door Tokio

Electric Power Company en staat voor ‘Charge to Move’ (een woordspeling in het Japans).127 CHAdeMO wordt momenteel in de Verenigde Staten gebruikt in de Nissan Leaf en Mitsubishi Outlander PHEV, die tot de best verkochte elektrische voertuigen behoren. Het succes van The Leaf in de Verenigde Staten kan dat wel zijnELEKTRISCHE VOERTUIGEN OPLADEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATEN

ENERGYBELEID.COLUMBIA.EDU | FEBRUARI 2019 |

gedeeltelijk dankzij Nissans vroege inzet om CHAdeMO-snellaadinfrastructuur uit te rollen bij dealers en andere stedelijke locaties.128 Vanaf januari 2019 waren er meer dan 2.900 CHAdeMO-snelladers in de Verenigde Staten (evenals meer dan 7.400 in Japan en 7.900 in Europa).129

In 2016 kondigde CHAdeMO aan dat het zijn standaard zou upgraden ten opzichte van het oorspronkelijke laadtarief van 70

kW gaat 150 kW aanbieden.130 In juni 2018 kondigde CHAdeMO de introductie aan van een laadvermogen van 400 kW, met behulp van vloeistofgekoelde kabels van 1.000 V, 400 ampère. De hogere heffingen zullen beschikbaar zijn om te voldoen aan de behoeften van grote bedrijfsvoertuigen zoals vrachtwagens en bussen.131

Een tweede laadstandaard in de Verenigde Staten staat bekend als CCS of SAE Combo. Het werd in 2011 uitgebracht door een groep Europese en Amerikaanse autofabrikanten. Het woordcombigeeft aan dat de stekker zowel AC-laden (tot 43 kW) als DC-laden bevat.132 In

In Duitsland werd de coalitie Charging Interface Initiative (CharIN) gevormd om te pleiten voor de wijdverbreide adoptie van CCS. In tegenstelling tot CHAdeMO maakt een CCS-stekker DC- en AC-laden mogelijk via één enkele poort, waardoor er minder ruimte en openingen nodig zijn op de carrosserie van het voertuig. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA en Hyundai ondersteunen CCS. Ook Tesla heeft zich bij de coalitie aangesloten en maakte in november 2018 bekend dat zijn voertuigen in Europa zouden worden uitgerust met CCS-laadpoorten.133 De Chevrolet Bolt en BMW i3 behoren tot de populaire EV’s in de Verenigde Staten die gebruik maken van CCS-laden. Terwijl de huidige CCS-snelladers opladen tot ongeveer 50 kW mogelijk maken, omvat het Electrify America-programma snelladen tot 350 kW, wat een bijna volledige lading in slechts 10 minuten mogelijk zou kunnen maken.

De derde oplaadstandaard in de Verenigde Staten wordt beheerd door Tesla, dat in september 2012 zijn eigen eigen Supercharger-netwerk in de Verenigde Staten lanceerde.134 Tesla

Superchargers werken doorgaans op 480 volt en kunnen opladen met een maximum van 120 kW. Als

van januari 2019 vermeldde de website van Tesla 595 Supercharger-locaties in de Verenigde Staten, met nog eens 420 locaties “binnenkort beschikbaar.”135 In mei 2018 suggereerde Tesla dat zijn Superchargers in de toekomst een vermogen van wel 350 kW zouden kunnen bereiken.136

In ons onderzoek voor dit rapport vroegen we Amerikaanse geïnterviewden of zij het ontbreken van één nationale standaard voor snelladen met gelijkstroom als een belemmering voor de adoptie van elektrische voertuigen beschouwden. Weinigen antwoordden bevestigend. De redenen dat meerdere DC-snellaadstandaarden niet als een probleem worden beschouwd, zijn onder meer:

● Het opladen van elektrische voertuigen vindt grotendeels thuis en op het werk plaats, met niveau 1- en 2-laders.

● Een groot deel van de openbare laadinfrastructuur en de laadinfrastructuur op de werkplek maakt tot nu toe gebruik van niveau 2-laders.

● Er zijn adapters beschikbaar waarmee EV-eigenaren de meeste DC-snelladers kunnen gebruiken, zelfs als de EV en de oplader verschillende oplaadstandaarden gebruiken. (De belangrijkste uitzondering, het Tesla-superlaadnetwerk, staat alleen open voor Tesla-voertuigen.) Er zijn met name enige zorgen over de veiligheid van snellaadadapters.

● Omdat de stekker en connector een klein percentage van de kosten van een snellaadstation vertegenwoordigen, vormt dit weinig technische of financiële uitdagingen voor de eigenaren van laadstations en kan het worden vergeleken met de slangen voor benzines met verschillende octaangetallen bij een tankstation. Bij veel openbare laadstations zijn meerdere stekkers aan één laadpaal bevestigd, waardoor elk type EV daar kan worden opgeladen. Veel jurisdicties vereisen of stimuleren dit inderdaad.ELEKTRISCHE VOERTUIGEN OPLADEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATEN

38 | CENTRUM VOOR MONDIALE ENERGIEBELEID | COLUMBIA SIPA

Sommige autofabrikanten hebben gezegd dat een exclusief laadnetwerk een concurrentiestrategie vertegenwoordigt. Claas Bracklo, hoofd elektromobiliteit bij BMW en voorzitter van CharIN, verklaarde in 2018: “We hebben CharIN opgericht om een ​​machtspositie op te bouwen.”137 Veel eigenaren en investeerders van Tesla beschouwen hun eigen superchargernetwerk als een verkoopargument, hoewel Tesla blijft zeggen bereidheid om andere automodellen gebruik te laten maken van zijn netwerk, op voorwaarde dat zij een bijdrage leveren die evenredig is aan het gebruik.138 Tesla maakt ook deel uit van CharIN die CCS promoot. In november 2018 kondigde het aan dat Model 3-auto's die in Europa worden verkocht, zouden worden uitgerust met CCS-poorten. Tesla-eigenaren kunnen ook adapters kopen om toegang te krijgen tot CHAdeMO-snelladers.139

C. Communicatieprotocollen voor opladen Communicatieprotocollen voor opladen zijn nodig om het opladen te optimaliseren voor de behoeften van de gebruiker (om de laadstatus, accuspanning en veiligheid te detecteren) en voor het elektriciteitsnet (inclusief

distributienetwerkcapaciteit, prijsstelling op basis van gebruikstijd en vraagresponsmaatregelen).140 China GB/T en CHAdeMO gebruiken een communicatieprotocol dat bekend staat als CAN, terwijl CCS werkt met het PLC-protocol. Open communicatieprotocollen, zoals het Open Charge Point Protocol (OCPP), ontwikkeld door de Open Charging Alliance, worden steeds populairder in de Verenigde Staten en Europa.

In ons onderzoek voor dit rapport noemden verschillende Amerikaanse geïnterviewden de beweging naar open communicatieprotocollen en software als een beleidsprioriteit. In het bijzonder werd aangehaald dat sommige publieke oplaadprojecten die financiering ontvingen onder de American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), leveranciers hadden gekozen met propriëtaire platforms die vervolgens financiële problemen ondervonden, waardoor kapotte apparatuur achterbleef die vervangen moest worden.141 De meeste steden, nutsbedrijven en oplaadpunten netwerken waarmee voor dit onderzoek contact werd opgenomen, spraken hun steun uit voor open communicatieprotocollen en prikkels om netwerkhosts in staat te stellen naadloos van provider te wisselen.142

D. Kosten

Thuisladers zijn in China goedkoper dan in de Verenigde Staten. In China is een typische thuislader van 7 kW online te koop voor tussen RMB 1.200 en RMB 1.800,143. Voor de installatie zijn extra kosten nodig. (De meeste particuliere EV-aankopen worden geleverd inclusief oplader en installatie.) In de Verenigde Staten kosten niveau 2-thuisladers tussen de $450 en $600, plus een gemiddelde van ongeveer $500 voor installatie.144 Gelijkstroomsnellaadapparatuur is aanzienlijk duurder in beide landen. De kosten variëren sterk. Een Chinese deskundige die voor dit rapport werd geïnterviewd, schatte dat het installeren van een snellaadpaal van 50 kW gelijkstroom in China doorgaans tussen RMB 45.000 en RMB 60.000 kost, waarbij de laadpaal zelf ongeveer RMB 25.000 – RMB 35.000 kost, plus bekabeling, ondergrondse infrastructuur en arbeidskosten. voor de rest.145 In de Verenigde Staten kan DC-snelladen tienduizenden dollars per post kosten. Belangrijke variabelen die van invloed zijn op de kosten van het installeren van DC-snellaadapparatuur zijn onder meer de behoefte aan sleuvengraven, upgrades van transformatoren, nieuwe of verbeterde circuits en elektrische panelen en esthetische upgrades. Bewegwijzering, vergunningen en toegang voor gehandicapten zijn aanvullende overwegingen.146

E. Draadloos opladen

Draadloos opladen biedt verschillende voordelen, waaronder esthetiek, tijdbesparing en gebruiksgemak.

Het was in de jaren negentig beschikbaar voor de EV1 (een vroege elektrische auto), maar is tegenwoordig zeldzaam.147 Draadloze EV-oplaadsystemen die online aangeboden worden, kosten tussen de $1.260 en ongeveer $3.000.148 Draadloos EV-laden gaat gepaard met een efficiëntieverlies, terwijl de huidige systemen een laadefficiëntie bieden van ongeveer 85%.149 De huidige producten voor draadloos opladen bieden een vermogensoverdracht van 3–22 kW; Er zijn draadloze opladers beschikbaar voor verschillende EV-modellen van Plugless Charge met een vermogen van 3,6 kW of 7,2 kW, wat overeenkomt met opladen op niveau 2.150 Hoewel veel EV-gebruikers draadloos opladen de extra kosten niet waard vinden,151 voorspellen sommige analisten dat de technologie binnenkort wijdverspreid zal zijn. en verschillende autofabrikanten hebben aangekondigd dat ze draadloos opladen als optie zullen aanbieden op toekomstige elektrische voertuigen. Draadloos opladen zou aantrekkelijk kunnen zijn voor bepaalde voertuigen met gedefinieerde routes, zoals openbare bussen, en het is ook voorgesteld voor toekomstige elektrische snelwegbanen, hoewel hoge kosten, lage laadefficiëntie en lage laadsnelheden nadelen zouden zijn.152

F. Batterij verwisselen

Met de batterijwisseltechnologie kunnen elektrische voertuigen hun lege batterijen inruilen voor andere die volledig zijn opgeladen. Dit zou de tijd die nodig is om een ​​EV op te laden dramatisch verkorten, met aanzienlijke potentiële voordelen voor bestuurders.

Verschillende Chinese steden en bedrijven experimenteren momenteel met het verwisselen van batterijen, met de nadruk op elektrische wagens met een hoog gebruik, zoals taxi's. De stad Hangzhou heeft het vervangen van batterijen ingezet voor haar taxivloot, die gebruikmaakt van lokaal gemaakte Zotye EV's.155 Beijing heeft verschillende batterijwisselstations gebouwd in een poging ondersteund door de lokale autofabrikant BAIC. Eind 2017 kondigde BAIC een plan aan om tegen 2021 landelijk 3.000 wisselstations te bouwen.156 De Chinese EV-startup NIO is van plan om batterijwisseltechnologie voor een aantal van zijn voertuigen in te voeren en kondigde aan dat het 1.100 wisselstations in China zou bouwen.157 Verschillende steden in China – inclusief Hangzhou en Qingdao – hebben ook gebruik gemaakt van batterijwissel voor bussen.158

In de Verenigde Staten vervaagde de discussie over het verwisselen van batterijen na het faillissement in 2013 van de Israëlische start-up voor het verwisselen van batterijen, Project Better Place, die een netwerk van wisselstations voor personenauto's had gepland.153 In 2015 liet Tesla zijn plannen voor het verwisselen van stations varen nadat er slechts één was gebouwd. demonstratiefaciliteit, waarbij het gebrek aan belangstelling van de consument de schuld wordt gegeven. Er zijn momenteel weinig of geen experimenten gaande met betrekking tot het verwisselen van batterijen in de Verenigde Staten.154 De daling van de batterijkosten, en misschien in mindere mate de inzet van DC-snellaadinfrastructuur, hebben waarschijnlijk de aantrekkingskracht van het verwisselen van batterijen in de Verenigde Staten verminderd. Verenigde Staten.

Hoewel het verwisselen van batterijen verschillende voordelen biedt, heeft het ook opmerkelijke nadelen. Een EV-batterij is zwaar en bevindt zich doorgaans aan de onderkant van het voertuig en vormt een integraal structureel onderdeel met minimale technische toleranties voor uitlijning en elektrische aansluitingen. De huidige accu's hebben doorgaans koeling nodig en het aansluiten en loskoppelen van koelsystemen is moeilijk.159 Gezien hun omvang en gewicht moeten accusystemen perfect passen om rammelen te voorkomen, slijtage te verminderen en het voertuig gecentreerd te houden. De architectuur van de skateboardbatterij die gebruikelijk is in de huidige elektrische voertuigen verbetert de veiligheid door het zwaartepunt van het voertuig te verlagen en de crashbescherming aan de voor- en achterkant te verbeteren. Verwijderbare batterijen in de kofferbak of elders zouden dit voordeel missen. Omdat de meeste autobezitters voornamelijk thuis of onderweg opladenELEKTRISCHE VOERTUIGEN OPLADEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATENop het werk zou het verwisselen van batterijen niet noodzakelijkerwijs de problemen met de laadinfrastructuur oplossen; het zou alleen maar bijdragen aan het aanpakken van openbare oplaadpunten en bereik. En omdat de meeste autofabrikanten niet bereid zijn accupakketten of -ontwerpen te standaardiseren – auto's worden rond hun accu's en motoren ontworpen, waardoor dit een belangrijke bedrijfseigen waarde is160 – kan het verwisselen van accu's een apart netwerk van wisselstations vereisen voor elk autobedrijf of aparte wisselapparatuur voor verschillende modellen en afmetingen van voertuigen. Hoewel mobiele vrachtwagens voor het wisselen van batterijen zijn voorgesteld,161 moet dit bedrijfsmodel nog worden geïmplementeerd.