Elektrikli Araç Şarj Cihazı Teknolojileri

Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki elektrikli araç şarj teknolojileri genel olarak benzerdir. Her iki ülkede de elektrikli araçların şarjı için kablolar ve prizler ezici bir çoğunlukla baskındır. (Kablosuz şarj ve pil değişimi en fazla küçük bir varlığa sahiptir.) İki ülke arasında şarj seviyeleri, şarj standartları ve iletişim protokolleri açısından farklılıklar bulunmaktadır. Bu benzerlikler ve farklılıklar aşağıda tartışılmaktadır.

A. Şarj Seviyeleri

Amerika Birleşik Devletleri'nde elektrikli araç şarjının büyük bir kısmı, modifiye edilmemiş ev tipi duvar prizleri kullanılarak 120 voltta gerçekleşir. Bu genellikle Seviye 1 veya "damlama" şarjı olarak bilinir. Seviye 1 şarjla, tipik bir 30 kWh pilin %20'den neredeyse tam şarja ulaşması yaklaşık 12 saat sürer. (Çin'de 120 voltluk priz bulunmamaktadır.)

Hem Çin'de hem de Amerika Birleşik Devletleri'nde, elektrikli araç şarjının büyük bir kısmı 220 volt (Çin) veya 240 volt (Amerika Birleşik Devletleri) ile gerçekleşir. Amerika Birleşik Devletleri'nde bu, Seviye 2 şarj olarak bilinir.

Bu tür şarj, değiştirilmemiş prizler veya özel elektrikli araç şarj ekipmanlarıyla gerçekleştirilebilir ve genellikle yaklaşık 6-7 kW güç tüketir. 220-240 voltta şarj edildiğinde, tipik bir 30 kWh pilin %20'den neredeyse tam şarja ulaşması yaklaşık 6 saat sürer.

Son olarak, hem Çin hem de Amerika Birleşik Devletleri'nde, genellikle 24 kW, 50 kW, 100 kW veya 120 kW güç kullanan DC hızlı şarj cihazı ağları giderek büyüyor. Bazı istasyonlar 350 kW hatta 400 kW güç sunabiliyor. Bu DC hızlı şarj cihazları, bir araç aküsünü yaklaşık bir saatten 10 dakikaya kadar değişen sürelerde %20'den neredeyse tam şarja ulaştırabiliyor.

Tablo 6:ABD'deki en yaygın şarj seviyeleri

Kaynak: ABD Enerji Bakanlığı

B. Şarj Standartları

i. Çin

Çin'de ülke çapında tek bir elektrikli araç hızlı şarj standardı bulunurken, ABD'de üç elektrikli araç hızlı şarj standardı bulunmaktadır.

Çin standardı Çin GB/T olarak bilinir. (Baş harfleriGB(ulusal standart anlamına gelir.)

China GB/T, birkaç yıllık geliştirme sürecinin ardından 2015 yılında piyasaya sürüldü.124 Artık Çin'de satılan tüm yeni elektrikli araçlar için zorunlu. Tesla, Nissan ve BMW gibi uluslararası otomobil üreticileri, Çin'de satılan elektrikli araçları için GB/T standardını benimsedi. GB/T şu anda maksimum 237,5 kW çıkışta (950 V ve 250 amper) hızlı şarj sağlıyor, ancak birçok

Çin DC hızlı şarj cihazları 50 kW şarj kapasitesi sunuyor. 2019 veya 2020'de piyasaya sürülecek yeni bir GB/T modelinin, daha büyük ticari araçlar için 900 kW'a kadar şarj kapasitesini de içerecek şekilde standardı yükselteceği bildiriliyor. GB/T, yalnızca Çin'e özgü bir standarttır: Yurt dışına ihraç edilen az sayıdaki Çin yapımı elektrikli araçta farklı standartlar kullanılmaktadır.125

Çin Elektrik Konseyi (CEC), Ağustos 2018'de Japonya merkezli CHAdeMO şebekesiyle ultra hızlı şarj teknolojisini ortaklaşa geliştirmek üzere bir mutabakat zaptı duyurdu. Amaç, GB/T ve CHAdeMO arasında hızlı şarj uyumluluğu sağlamak. İki kuruluş, standardı Çin ve Japonya dışındaki ülkelere de yaymak için ortaklık kuracak.126

ii. Amerika Birleşik Devletleri

ABD'de DC hızlı şarj için üç adet EV şarj standardı bulunuyor: CHAdeMO, CCS SAE Combo ve Tesla.

CHAdeMO, 2011'den bu yana ilk EV hızlı şarj standardıydı. Tokyo tarafından geliştirildi

Electric Power Company tarafından üretilen ve "Taşımak İçin Şarj Etmek" (Japonca bir kelime oyunu) anlamına gelen CHAdeMO, şu anda Amerika Birleşik Devletleri'nde en çok satan elektrikli araçlar arasında yer alan Nissan Leaf ve Mitsubishi Outlander PHEV'de kullanılıyor. Leaf'in Amerika Birleşik Devletleri'ndeki başarısı,ÇİN VE AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ'NDE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJI

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ŞUBAT 2019 |

Kısmen Nissan'ın bayilerde ve diğer kentsel alanlarda CHAdeMO hızlı şarj altyapısını kullanıma sunma konusundaki erken taahhüdünden kaynaklanmaktadır.128 Ocak 2019 itibarıyla, Amerika Birleşik Devletleri'nde 2.900'den fazla CHAdeMO hızlı şarj cihazı vardı (ayrıca Japonya'da 7.400'den fazla ve Avrupa'da 7.900'den fazla).129

2016 yılında CHAdeMO, başlangıçtaki %70'lik ücretlendirme oranını yükselteceğini duyurdu.

150 kW'lık kapasite sunacak.130 Haziran 2018'de CHAdeMO, 1.000 V, 400 amper sıvı soğutmalı kablolar kullanarak 400 kW'lık şarj kapasitesini kullanıma sunacağını duyurdu. Daha yüksek şarj kapasitesi, kamyon ve otobüs gibi büyük ticari araçların ihtiyaçlarını karşılamak için mevcut olacak.131

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ikinci bir şarj standardı ise CCS veya SAE Combo olarak bilinir. Bu standart, 2011 yılında bir grup Avrupalı ​​ve ABD'li otomobil üreticisi tarafından yayınlanmıştır.kombinasyonfişin hem AC şarj (43 kW'a kadar) hem de DC şarj içerdiğini gösterir.132 In

Almanya'da, CCS'nin yaygın olarak benimsenmesini savunmak amacıyla Şarj Arayüzü Girişimi (CharIN) koalisyonu kuruldu. CHAdeMO'nun aksine, bir CCS fişi, tek bir porttan DC ve AC şarj olanağı sağlayarak araç gövdesinde gereken alan ve açıklıkları azaltır. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA ve Hyundai CCS'yi desteklemektedir. Tesla da koalisyona katılmış ve Kasım 2018'de Avrupa'daki araçlarının CCS şarj portlarıyla donatılacağını duyurmuştur.133 Chevrolet Bolt ve BMW i3, Amerika Birleşik Devletleri'nde CCS şarj kullanan popüler elektrikli araçlar arasındadır. Mevcut CCS hızlı şarj cihazları yaklaşık 50 kW'da şarj sunarken, Electrify America programı 350 kW'lık hızlı şarjı içermekte olup, bu da 10 dakika gibi kısa bir sürede neredeyse tamamen şarj edilebilmektedir.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki üçüncü şarj standardı, Eylül 2012'de Amerika Birleşik Devletleri'nde kendi tescilli Süper Şarj ağını başlatan Tesla tarafından işletilmektedir.134 Tesla

Süperşarj cihazları genellikle 480 voltta çalışır ve maksimum 120 kW'a kadar şarj imkanı sunar.

Ocak 2019 itibarıyla Tesla web sitesi, Amerika Birleşik Devletleri'nde 595 Süper Şarj Cihazı konumunu listeledi ve "yakında" 420 ek konum daha eklenecek.135 Mayıs 2018'de Tesla, Süper Şarj Cihazlarının gelecekte 350 kW kadar yüksek güç seviyelerine ulaşabileceğini öne sürdü.136

Bu rapor için yaptığımız araştırmada, ABD'li katılımcılara DC hızlı şarj için tek bir ulusal standardın olmamasının elektrikli araç kullanımının önünde bir engel teşkil edip etmediğini sorduk. Çok azı olumlu yanıt verdi. Birden fazla DC hızlı şarj standardının sorun olarak görülmemesinin nedenleri şunlardır:

● Elektrikli araç şarjlarının çoğu evde ve işte, Seviye 1 ve Seviye 2 şarj cihazlarıyla gerçekleşiyor.

● Bugüne kadar kamu ve iş yeri şarj altyapısının büyük bölümünde Seviye 2 şarj cihazları kullanıldı.

● Elektrikli araç sahiplerinin, elektrikli araç ve şarj cihazı farklı şarj standartları kullansa bile çoğu DC hızlı şarj cihazını kullanmalarına olanak tanıyan adaptörler mevcuttur. (Tesla süper şarj ağının ana istisnası yalnızca Tesla araçlarına açıktır.) Özellikle, hızlı şarj adaptörlerinin güvenliği konusunda bazı endişeler bulunmaktadır.

● Fiş ve konnektör, hızlı şarj istasyonunun maliyetinin küçük bir yüzdesini oluşturduğundan, istasyon sahipleri için çok az teknik veya finansal zorluk teşkil eder ve bir akaryakıt istasyonundaki farklı oktanlı benzinler için kullanılan hortumlara benzetilebilir. Birçok halka açık şarj istasyonunda, tek bir şarj istasyonuna bağlı birden fazla fiş bulunur ve bu da her türlü elektrikli aracın şarj edilmesine olanak tanır. Nitekim birçok yargı bölgesi bunu zorunlu kılar veya teşvik eder.ÇİN VE AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ'NDE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJI

38 | KÜRESEL ENERJİ POLİTİKASI MERKEZİ | COLUMBIA SIPA

Bazı otomobil üreticileri, özel bir şarj ağının rekabetçi bir stratejiyi temsil ettiğini belirtti. BMW'de elektromobilite başkanı ve CharIN başkanı Claas Bracklo, 2018'de "CharIN'i bir güç merkezi oluşturmak için kurduk" demişti.137 Birçok Tesla sahibi ve yatırımcısı, tescilli süperşarj ağını bir satış noktası olarak görse de, Tesla, diğer otomobil modellerinin de kullanıma orantılı fon sağlamaları koşuluyla ağını kullanmalarına izin vermeye devam ediyor.138 Tesla ayrıca CCS'yi destekleyen CharIN'in bir parçasıdır. Kasım 2018'de, Avrupa'da satılan Model 3 araçlarının CCS portlarıyla donatılacağını duyurdu. Tesla sahipleri ayrıca CHAdeMO hızlı şarj cihazlarına erişmek için adaptörler de satın alabilirler.139

C. Şarj İletişim Protokolleri Şarj iletişim protokolleri, şarjın kullanıcı ihtiyaçlarına (şarj durumunu, pil voltajını ve güvenliği algılamak için) ve şebekeye (elektrikli şarj cihazları dahil) göre optimize edilmesi için gereklidir.

(dağıtım ağı kapasitesi, kullanım saatine göre fiyatlandırma ve talep yanıt önlemleri).140 China GB/T ve CHAdeMO, CAN olarak bilinen bir iletişim protokolü kullanırken, CCS PLC protokolüyle çalışır. Open Charging Alliance tarafından geliştirilen Open Charge Point Protocol (OCPP) gibi açık iletişim protokolleri, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da giderek daha popüler hale geliyor.

Bu rapor için yaptığımız araştırmada, birkaç ABD'li katılımcı, açık iletişim protokollerine ve yazılımlara geçişi bir politika önceliği olarak belirtti. Özellikle, Amerikan Kurtarma ve Yeniden Yatırım Yasası (ARRA) kapsamında fon alan bazı kamu şarj projelerinin, daha sonra finansal zorluklar yaşayan ve değiştirilmesi gereken bozuk ekipmanlar bırakan tescilli platformlara sahip tedarikçileri seçtiği belirtildi.141 Bu çalışma için iletişime geçilen çoğu şehir, kamu hizmeti kuruluşu ve şarj ağı, açık iletişim protokollerini ve şarj ağı ana bilgisayarlarının sorunsuz bir şekilde sağlayıcı değiştirebilmesini sağlayacak teşvikleri desteklediklerini ifade etti.142

D. Maliyetler

Çin'de ev şarj cihazları Amerika Birleşik Devletleri'ndekinden daha ucuzdur. Çin'de, tipik bir 7 kW duvara monte ev şarj cihazı çevrimiçi olarak 1.200 RMB ile 1.800 RMB arasında bir fiyata satılmaktadır.143 Kurulum ek maliyet gerektirir. (Çoğu özel EV satın alımı şarj cihazı ve kurulumla birlikte gelir.) Amerika Birleşik Devletleri'nde, Seviye 2 ev şarj cihazlarının maliyeti 450-600 dolar aralığındadır ve kurulum için ortalama yaklaşık 500 dolar gerekmektedir.144 DC hızlı şarj ekipmanı her iki ülkede de önemli ölçüde daha pahalıdır. Maliyetler büyük ölçüde değişiklik gösterir. Bu rapor için görüşülen bir Çinli uzman, Çin'de 50 kW DC hızlı şarj direğinin kurulumunun tipik olarak 45.000 RMB ile 60.000 RMB arasında bir maliyeti olduğunu, şarj direğinin kendisinin yaklaşık 25.000 - 35.000 RMB'ye, kablolama, yer altı altyapısı ve işçiliğin ise geri kalanını oluşturduğunu tahmin etmiştir.145 Amerika Birleşik Devletleri'nde, DC hızlı şarj direk başına on binlerce dolara mal olabilir. DC hızlı şarj ekipmanı kurulum maliyetini etkileyen başlıca değişkenler arasında hendek kazma ihtiyacı, trafo yükseltmeleri, yeni veya yükseltilmiş devreler ve elektrik panelleri ile estetik iyileştirmeler yer alır. İşaretleme, izin ve engelli erişimi de ek hususlardır.146

E. Kablosuz Şarj

Kablosuz şarj, estetik, zaman tasarrufu ve kullanım kolaylığı gibi birçok avantaj sunuyor.

1990'larda EV1 (erken dönem elektrikli otomobil) için mevcuttu ancak bugün nadirdir.147 Çevrimiçi sunulan kablosuz EV şarj sistemlerinin maliyeti 1.260 dolardan 3.000 dolara kadar değişmektedir.148 Kablosuz EV şarjı, mevcut sistemlerin yaklaşık %85 ​​şarj verimliliği sunması nedeniyle bir verimlilik cezası taşır.149 Mevcut kablosuz şarj ürünleri 3-22 kW güç aktarımı sunar; Plugless'tan birkaç EV modeli için mevcut kablosuz şarj cihazları 3,6 kW veya 7,2 kW'da, yani Seviye 2 şarja eşdeğerdir.150 Birçok EV kullanıcısı kablosuz şarjın ek maliyete değmediğini düşünse de,151 bazı analistler teknolojinin yakında yaygınlaşacağını öngörmüştür ve birkaç otomobil üreticisi gelecekteki EV'lerde bir seçenek olarak kablosuz şarj sunacaklarını duyurmuştur. Kablosuz şarj, toplu taşıma otobüsleri gibi tanımlanmış rotaları olan belirli araçlar için cazip olabilir ve gelecekteki elektrikli otoyol şeritleri için de önerilmiştir, ancak yüksek maliyet, düşük şarj verimliliği ve yavaş şarj hızları dezavantaj olacaktır.152

F. Pil Değişimi

Pil değiştirme teknolojisi sayesinde elektrikli araçlar, boşalmış pillerini tam şarjlı pillerle değiştirebilir. Bu, bir elektrikli aracın şarj edilmesi için gereken süreyi önemli ölçüde kısaltacak ve sürücüler için önemli potansiyel faydalar sağlayacaktır.

Birçok Çin şehri ve şirketi, taksiler gibi yüksek kullanım oranına sahip filo elektrikli araçlarına odaklanarak, şu anda pil değiştirme teknolojisini deniyor. Hangzhou şehri, yerel olarak üretilen Zotye elektrikli araçları kullanan taksi filosu için pil değiştirme teknolojisini uygulamaya koydu.155 Pekin, yerel otomobil üreticisi BAIC'in desteğiyle birkaç pil değiştirme istasyonu kurdu. BAIC, 2017'nin sonlarında 2021 yılına kadar ülke genelinde 3.000 pil değiştirme istasyonu kurma planını duyurdu.156 Çinli elektrikli araç girişimi NIO, bazı araçları için pil değiştirme teknolojisini benimsemeyi planlıyor ve Çin'de 1.100 pil değiştirme istasyonu kuracağını duyurdu.157 Hangzhou ve Qingdao da dahil olmak üzere Çin'deki birçok şehir, otobüsler için de pil değiştirme teknolojisini kullanıyor.158

Amerika Birleşik Devletleri'nde, binek otomobiller için bir değişim istasyonu ağı planlayan İsrailli batarya değişim girişimi Project Better Place'in 2013 yılında iflas etmesinin ardından batarya değişimi tartışmaları azaldı.153 Tesla, 2015 yılında yalnızca bir gösteri tesisi kurduktan sonra, tüketici ilgisinin eksikliğini gerekçe göstererek değişim istasyonu planlarından vazgeçti. Günümüzde Amerika Birleşik Devletleri'nde batarya değişimi konusunda çok az deney yapılıyor veya hiç yapılmıyor.154 Batarya maliyetlerindeki düşüş ve belki de daha az ölçüde DC hızlı şarj altyapısının yaygınlaşması, Amerika Birleşik Devletleri'nde batarya değişiminin cazibesini muhtemelen azalttı.

Pil değişimi birçok avantaj sunarken, aynı zamanda önemli dezavantajları da vardır. Bir elektrikli araç (EV) pili ağırdır ve genellikle aracın alt kısmında bulunur; hizalama ve elektrik bağlantıları için minimum mühendislik toleranslarına sahip, ayrılmaz bir yapısal bileşen oluşturur. Günümüz pilleri genellikle soğutma gerektirir ve soğutma sistemlerinin bağlanıp çıkarılması zordur.159 Boyutları ve ağırlıkları göz önüne alındığında, pil sistemleri sarsıntıyı önlemek, aşınmayı azaltmak ve aracı merkezde tutmak için mükemmel bir şekilde oturmalıdır. Günümüz elektrikli araçlarında yaygın olan kaykay pil mimarisi, aracın ağırlık merkezini düşürerek ve ön ve arkadaki çarpışma korumasını iyileştirerek güvenliği artırır. Bagajda veya başka bir yerde bulunan çıkarılabilir piller bu avantajdan yoksun kalır. Çoğu araç sahibi, araçlarını çoğunlukla evde veyaÇİN VE AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ'NDE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJIİşyerinde, pil değişimi şarj altyapısı sorunlarını çözmez; yalnızca kamusal şarj ve menzil sorunlarının çözülmesine yardımcı olur. Ayrıca çoğu otomobil üreticisi pil paketlerini veya tasarımlarını standartlaştırmaya isteksiz olduğundan (arabalar pilleri ve motorları etrafında tasarlandığından, bu önemli bir tescilli değerdir160), pil değişimi her otomobil şirketi için ayrı bir değiştirme istasyonu ağı veya farklı model ve boyutlardaki araçlar için ayrı değiştirme ekipmanı gerektirebilir. Mobil pil değiştirme kamyonları önerilmiş olsa da161, bu iş modeli henüz hayata geçirilmemiştir.