EV-ladertechnologieën

De laadtechnologieën voor elektrische voertuigen in China en de Verenigde Staten zijn grotendeels vergelijkbaar. In beide landen zijn snoeren en stekkers de overheersende technologie voor het opladen van elektrische voertuigen. (Draadloos opladen en het wisselen van accu's spelen hooguit een kleine rol.) Er zijn verschillen tussen de twee landen wat betreft laadniveaus, laadnormen en communicatieprotocollen. Deze overeenkomsten en verschillen worden hieronder besproken.

A. Laadniveaus

In de Verenigde Staten vindt het opladen van elektrische auto's grotendeels plaats op 120 volt via standaard stopcontacten. Dit staat algemeen bekend als Level 1- of druppelladen. Met Level 1-laden duurt het ongeveer 12 uur om een ​​gemiddelde 30 kWh-accu van 20% tot bijna volledig op te laden. (Er zijn geen 120 volt-stopcontacten in China.)

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

Dit opladen kan plaatsvinden met standaard stopcontacten of gespecialiseerde laadapparatuur voor elektrische voertuigen en verbruikt doorgaans ongeveer 6-7 kW. Bij het opladen met 220-240 volt duurt het ongeveer 6 uur om een ​​gemiddelde accu van 30 kWh van 20% tot bijna volledig op te laden.

Ten slotte beschikken zowel China als de Verenigde Staten over een groeiend netwerk van DC-snelladers, die doorgaans 24 kW, 50 kW, 100 kW of 120 kW vermogen leveren. Sommige stations bieden 350 kW of zelfs 400 kW vermogen. Deze DC-snelladers kunnen een autoaccu in ongeveer een uur tot slechts 10 minuten van 20% tot bijna volledig opladen.

Tabel 6:Meest voorkomende oplaadniveaus in de VS

Bron: Amerikaans ministerie van Energie

B. Laadnormen

ik. China

China heeft één landelijke standaard voor snelladen van elektrische voertuigen. De VS heeft drie standaarden voor snelladen van elektrische voertuigen.

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

China GB/T werd in 2015 gelanceerd na 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-standaard overgenomen voor hun elektrische voertuigen die in China worden verkocht. GB/T staat momenteel snelladen toe met een maximaal vermogen van 237,5 kW (bij 950 V en 250 ampère), hoewel veel

Chinese DC-snelladers bieden een laadvermogen van 50 kW. In 2019 of 2020 komt er een nieuwe GB/T uit, die naar verluidt de standaard zal upgraden met een laadvermogen tot 900 kW voor grotere bedrijfsvoertuigen. GB/T is een standaard die alleen in China wordt gebruikt: de weinige in China geproduceerde elektrische auto's die naar het buitenland worden geëxporteerd, gebruiken andere standaarden.125

In augustus 2018 kondigde de China Electricity Council (CEC) een samenwerkingsovereenkomst aan met het CHAdeMO-netwerk in Japan om gezamenlijk ultrasnel laden te ontwikkelen. Het doel is compatibiliteit tussen GB/T en CHAdeMO voor snelladen. 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 standaarden voor het opladen van elektrische voertuigen met DC-snelladen: CHAdeMO, CCS SAE Combo en Tesla.

CHAdeMO was de eerste standaard voor snelladen van elektrische voertuigen, die dateerde uit 2011. Deze 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 de Mitsubishi Outlander PHEV, die tot de bestverkochte elektrische voertuigen behoren. Het succes van de Leaf in de Verenigde Staten is mogelijk te danken aanOPLADEN VAN ELEKTRISCHE VOERTUIGEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATEN

ENERGIEBELEID.COLUMBIA.EDU | FEBRUARI 2019 |

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

In 2016 kondigde CHAdeMO aan dat het zijn standaard zou verhogen van het oorspronkelijke tarief van 70

kW om 150 kW aan te bieden.130 In juni 2018 kondigde CHAdeMO de introductie aan van een laadvermogen van 400 kW, met behulp van vloeistofgekoelde kabels van 1.000 V en 400 ampère. Het hogere laadvermogen zal 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. Deze werd in 2011 geïntroduceerd door een groep Europese en Amerikaanse autofabrikanten.combinatiegeeft aan dat de stekker zowel AC-laden (tot 43 kW) als DC-laden bevat.132 In

In Duitsland werd de coalitie van het Charging Interface Initiative (CharIN) opgericht om de brede acceptatie van CCS te bevorderen. In tegenstelling tot CHAdeMO maakt een CCS-stekker DC- en AC-laden mogelijk met één poort, waardoor er minder ruimte en openingen in de carrosserie nodig zijn. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA en Hyundai ondersteunen CCS. Tesla heeft zich ook bij de coalitie aangesloten en kondigde in november 2018 aan dat zijn voertuigen in Europa uitgerust zouden worden met CCS-laadpoorten.133 De Chevrolet Bolt en BMW i3 behoren tot de populaire elektrische auto's in de Verenigde Staten die CCS-laden gebruiken. Terwijl de huidige CCS-snelladers een laadvermogen van ongeveer 50 kW bieden, omvat het Electrify America-programma snelladen met 350 kW, waarmee een bijna volledige lading in slechts 10 minuten mogelijk is.

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

Superchargers werken doorgaans op 480 volt en bieden een laadvermogen van maximaal 120 kW.

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

In ons onderzoek voor dit rapport vroegen we Amerikaanse respondenten of zij het ontbreken van één nationale standaard voor DC-snelladen als een belemmering voor de acceptatie van elektrische voertuigen beschouwden. Slechts weinigen antwoordden bevestigend. De redenen waarom meerdere DC-snellaadstandaarden niet als een probleem worden beschouwd, zijn onder andere:

● Het opladen van elektrische voertuigen gebeurt meestal thuis en op het werk, met laders van niveau 1 en 2.

● Een groot deel van de openbare oplaadinfrastructuur en de laadpunten op de werkplek maakt tot nu toe gebruik van Level 2-laders.

● Er zijn adapters verkrijgbaar waarmee eigenaren van elektrische voertuigen de meeste DC-snelladers kunnen gebruiken, zelfs als de elektrische auto en de lader verschillende laadstandaarden gebruiken. (De belangrijkste uitzondering is het Tesla Supercharging-netwerk, dat alleen toegankelijk is voor Tesla-voertuigen.) Er zijn met name zorgen over de veiligheid van snellaadadapters.

● Omdat de stekker en connector slechts een klein percentage van de kosten van een snellaadstation vertegenwoordigen, vormt dit weinig technische of financiële uitdaging voor stationseigenaren en kan het worden vergeleken met de slangen voor benzine met verschillende octaangehaltes bij een tankstation. Veel openbare laadstations hebben meerdere stekkers op één laadpaal, waardoor elk type elektrische auto hier kan worden opgeladen. Sterker nog, veel rechtsgebieden vereisen of stimuleren dit.OPLADEN VAN ELEKTRISCHE VOERTUIGEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATEN

38 | CENTRUM VOOR GLOBAAL 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 Tesla-eigenaren en investeerders beschouwen het eigen superchargernetwerk als een verkoopargument, hoewel Tesla bereid blijft om andere automodellen toe te staan ​​het netwerk te gebruiken, mits zij een bijdrage leveren die evenredig is aan het gebruik.138 Tesla maakt ook deel uit van CharIN en promoot CCS. In november 2018 kondigde het bedrijf aan dat Model 3-auto's die in Europa worden verkocht, uitgerust zouden worden met CCS-aansluitingen. Tesla-eigenaren kunnen ook adapters kopen voor toegang tot CHAdeMO-snelladers.139

C. Laadcommunicatieprotocollen Laadcommunicatieprotocollen zijn nodig om het laden te optimaliseren voor de behoeften van de gebruiker (om de laadstatus, de accuspanning en de veiligheid te detecteren) en voor het net (inclusief

distributienetwerkcapaciteit, time-of-use-prijzen 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 overstap naar open communicatieprotocollen en -software als een beleidsprioriteit. Met name sommige openbare laadprojecten die financiering ontvingen onder de American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) bleken te kiezen voor leveranciers met eigen platforms die vervolgens in financiële moeilijkheden raakten, waardoor kapotte apparatuur vervangen moest worden.141 De meeste steden, nutsbedrijven en laadnetwerken die voor dit onderzoek werden benaderd, spraken hun steun uit voor open communicatieprotocollen en prikkels om hosts van laadnetwerken in staat te stellen naadloos van provider te wisselen.142

D. Kosten

Thuisladers zijn in China goedkoper dan in de Verenigde Staten. In China wordt een typische 7 kW aan de muur gemonteerde thuislader online verkocht voor tussen de RMB 1.200 en RMB 1.800.143 Installatie brengt extra kosten met zich mee. (De meeste particuliere EV-aankopen worden geleverd met lader en installatie inbegrepen.) In de Verenigde Staten kosten Level 2 thuisladers tussen de $ 450 en $ 600, plus gemiddeld ongeveer $ 500 voor installatie.144 DC-snellaadapparatuur is in beide landen aanzienlijk duurder. De kosten variëren sterk. Een Chinese expert die voor dit rapport werd geïnterviewd, schatte dat de installatie van een 50 kW DC-snellaadpaal in China doorgaans tussen de RMB 45.000 en RMB 60.000 kost, waarbij de laadpaal zelf ongeveer RMB 25.000 - RMB 35.000 kost en bekabeling, ondergrondse infrastructuur en arbeid de rest voor hun rekening nemen.145 In de Verenigde Staten kan DC-snelladen tienduizenden dollars per paal kosten. Belangrijke variabelen die de kosten van de installatie van DC-snellaadapparatuur beïnvloeden, zijn onder meer de noodzaak van sleuven graven, transformatorupgrades, nieuwe of verbeterde circuits en elektrische panelen, en esthetische verbeteringen. Ook bewegwijzering, vergunningen en toegang voor mindervaliden spelen een rol.146

E. Draadloos opladen

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

Het was beschikbaar in de jaren 90 voor de EV1 (een vroege elektrische auto), maar is tegenwoordig zeldzaam.147 Draadloze EV-laadsystemen die online worden aangeboden, variëren in prijs van $ 1.260 tot ongeveer $ 3.000.148 Draadloos EV-laden brengt een efficiëntieverlies met zich mee, waarbij huidige systemen een laadrendement van ongeveer 85% bieden.149 Huidige draadloze laadproducten bieden een vermogensoverdracht van 3-22 kW; draadloze laders zijn beschikbaar voor verschillende EV-modellen van Plugless Charge met 3,6 kW of 7,2 kW, equivalent aan Level 2-laden.150 Hoewel veel EV-gebruikers draadloos opladen de extra kosten niet waard vinden,151 voorspellen sommige analisten dat de technologie binnenkort wijdverbreid zal zijn en hebben verschillende autofabrikanten aangekondigd dat ze draadloos opladen als optie zouden aanbieden op toekomstige EV's. Draadloos opladen zou aantrekkelijk kunnen zijn voor bepaalde voertuigen met gedefinieerde routes, zoals openbare bussen, en het is ook voorgesteld voor toekomstige elektrische snelwegen, hoewel hoge kosten, lage laadefficiëntie en lage laadsnelheden nadelen zouden zijn.152

F. Batterij wisselen

Met batterijwisseltechnologie zouden elektrische voertuigen hun lege batterijen kunnen omruilen voor volledig opgeladen batterijen. Dit zou de oplaadtijd van een elektrische auto aanzienlijk verkorten, met aanzienlijke potentiële voordelen voor bestuurders.

Verschillende Chinese steden en bedrijven experimenteren momenteel met batterijwissel, met een focus op elektrische voertuigen met een hoge inzet, zoals taxi's. De stad Hangzhou heeft batterijwissel ingezet voor haar taxivloot, die gebruikmaakt van lokaal geproduceerde Zotye elektrische voertuigen.155 Peking heeft verschillende batterijwisselstations gebouwd in een initiatief dat wordt 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 elektrische-voertuigenstartup NIO is van plan batterijwisseltechnologie toe te passen voor een aantal van haar voertuigen en kondigde aan dat het 1.100 wisselstations in China zou bouwen.157 Verschillende steden in China, waaronder Hangzhou en Qingdao, hebben batterijwissel ook gebruikt voor bussen.158

In de Verenigde Staten verstomde de discussie over batterijwissel na het faillissement in 2013 van de Israëlische batterijwisselstartup Project Better Place, die een netwerk van wisselstations voor personenauto's had gepland.153 In 2015 liet Tesla zijn plannen voor een wisselstation varen na de bouw van slechts één demonstratiefaciliteit, waarbij het gebrek aan interesse bij de consument de schuld gaf. Er zijn momenteel weinig tot geen experimenten gaande met batterijwissel in de Verenigde Staten.154 De daling van de batterijkosten, en mogelijk in mindere mate de uitrol van DC-snellaadinfrastructuur, hebben de aantrekkelijkheid van batterijwissel in de Verenigde Staten waarschijnlijk verminderd.

Hoewel het verwisselen van accu's verschillende voordelen biedt, heeft het ook aanzienlijke nadelen. Een accu van een elektrische auto is zwaar en bevindt zich meestal aan de onderkant van het voertuig, waar het een integraal structureel onderdeel vormt met minimale technische toleranties voor uitlijning en elektrische aansluitingen. De huidige accu's vereisen doorgaans koeling, en het aan- en loskoppelen van koelsystemen is lastig.159 Gezien hun formaat en gewicht moeten accusystemen perfect passen om rammelen te voorkomen, slijtage te verminderen en het voertuig gecentreerd te houden. De architectuur van de skateboardaccu die veel voorkomt in de huidige elektrische auto's verbetert de veiligheid door het zwaartepunt van het voertuig te verlagen en de botsbescherming aan de voor- en achterkant te verbeteren. Verwijderbare accu's in de kofferbak of elders zouden dit voordeel missen. Omdat de meeste voertuigeigenaren voornamelijk thuis opladen ofOPLADEN VAN ELEKTRISCHE VOERTUIGEN IN CHINA EN DE VERENIGDE STATENOp de werkvloer zou het wisselen van batterijen niet per se de problemen met de laadinfrastructuur oplossen – het zou alleen bijdragen aan een betere openbare laadinfrastructuur en een groter bereik. En omdat de meeste autofabrikanten niet bereid zijn om batterijpakketten of -ontwerpen te standaardiseren – auto's zijn ontworpen rond hun batterijen en motoren, waardoor dit een belangrijke bedrijfswaarde is160 – vereist het wisselen van batterijen mogelijk een apart netwerk van wisselstations voor elk autobedrijf of aparte wisselapparatuur voor verschillende modellen en maten voertuigen. Hoewel mobiele vrachtwagens met batterijwissel zijn voorgesteld,161 moet dit bedrijfsmodel nog worden geïmplementeerd.