Elektrikli Araç Şarj Teknolojileri

Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki EV şarj teknolojileri genel olarak benzerdir. Her iki ülkede de elektrikli araçların şarj edilmesinde kablolar ve fişler ezici bir çoğunlukla baskın teknolojidir. (Kablosuz şarj ve pil değişiminin en fazla küçük bir varlığı var.) İki ülke arasında şarj seviyeleri, şarj standartları ve iletişim protokolleri açısından farklılıklar var. Bu benzerlikler ve farklılıklar aşağıda tartışılmaktadır.

A. Şarj Seviyeleri

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

Hem Çin'de hem de Amerika Birleşik Devletleri'nde, EV şarjının büyük bir kısmı 220 voltta (Çin) veya 240 voltta (Amerika Birleşik Devletleri) gerçekleşiyor. Amerika Birleşik Devletleri'nde bu, Seviye 2 şarjı olarak bilinir.

Bu tür bir şarj, değiştirilmemiş prizlerle veya özel EV şarj ekipmanıyla gerçekleştirilebilir ve genellikle yaklaşık 6-7 kW güç kullanır. 220-240 voltta şarj edilirken, tipik bir 30 kWh pilin %20'den neredeyse tam şarja ulaşması yaklaşık 6 saat sürer.

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

Tablo 6:ABD'deki en yaygın şarj seviyeleri

Kaynak: ABD Enerji Bakanlığı

B. Şarj Standartları

Ben. Çin

Çin'in ülke çapında tek bir EV hızlı şarj standardı vardır. ABD'nin üç EV hızlı şarj standardı vardır.

Çin standardı Çin GB/T olarak bilinir. (Baş harflerGBulusal standardı temsil eder.)

Çin GB/T, birkaç yıl süren geliştirme sürecinin ardından 2015 yılında piyasaya sürüldü.124 Artık Çin'de satılan tüm yeni elektrikli araçlar için zorunludur. Aralarında Tesla, Nissan ve BMW'nin de bulunduğu 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 amperde) hızlı şarja izin veriyor, ancak çoğu

Çin DC hızlı şarj cihazları 50 kW şarj imkanı sunuyor. 2019 veya 2020'de yeni bir GB/T piyasaya sürülecek ve bu standardın, daha büyük ticari araçlar için 900 kW'a kadar şarjı içerecek şekilde yükseltileceği bildiriliyor. GB/T yalnızca Çin'e özgü bir standarttır: yurt dışına ihraç edilen az sayıda Çin yapımı elektrikli araç başka standartları kullanır.125

Ağustos 2018'de Çin Elektrik Konseyi (CEC), Japonya merkezli CHAdeMO ağı ile ultra hızlı şarjı ortaklaşa geliştirmek için bir mutabakat zaptı duyurdu. Amaç, hızlı şarj için GB/T ve CHAdeMO arasında uyumluluk sağlamaktır. İki kuruluş, standardı Çin ve Japonya dışındaki ülkelere yaymak için ortaklaşa çalışacak.126

ii. Amerika Birleşik Devletleri

Amerika Birleşik Devletleri'nde DC hızlı şarj için üç EV şarj standardı vardır: CHAdeMO, CCS SAE Combo ve Tesla.

CHAdeMO, 2011 yılına dayanan ilk EV hızlı şarj standardıydı. Tokyo tarafından geliştirildi.

Electric Power Company'nin kısaltmasıdır ve "Charge to Move" (Japonca kelime oyunu) anlamına gelir.127 CHAdeMO şu anda Amerika Birleşik Devletleri'nde en çok satan elektrikli araçlar arasında yer alan Nissan Leaf ve Mitsubishi Outlander PHEV'de kullanılmaktadır. Leaf'in Amerika Birleşik Devletleri'ndeki başarısı şunlar olabilir:ÇİN VE ABD'DE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJI

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | ŞUBAT 2019 |

Nissan'ın bayilerde ve diğer şehir merkezlerinde CHAdeMO hızlı şarj altyapısını uygulamaya koyma konusundaki erken kararlılığı nedeniyle.128 Ocak 2019 itibarıyla, Amerika Birleşik Devletleri'nde 2.900'den fazla CHAdeMO hızlı şarj cihazı mevcuttu (ayrıca Japonya'da 7.400'den ve 7.900'den fazla) Avrupa'da).129

2016 yılında CHAdeMO, standardını ilk şarj oranı olan 70'ten yükselteceğini duyurdu.

kW 150 kW sunacak.130 Haziran 2018'de CHAdeMO, 1.000 V, 400 amp sıvı soğutmalı kablolar kullanarak 400 kW şarj kapasitesinin tanıtıldığını duyurdu. Kamyon ve otobüs gibi büyük ticari araçların ihtiyaçlarını karşılamak için daha yüksek şarj uygulanacaktır.131

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

Almanya'da, CCS'nin yaygın biçimde benimsenmesini savunmak amacıyla Şarj Arayüzü Girişimi (CharIN) koalisyonu kuruldu. CHAdeMO'dan farklı olarak CCS fişi, tek bir bağlantı noktasıyla DC ve AC şarjına olanak tanır ve araç gövdesinde gereken alanı ve açıklıkları azaltır. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA ve Hyundai CCS'yi destekliyor. Tesla da koalisyona katıldı ve Kasım 2018'de Avrupa'daki araçlarının CCS şarj bağlantı noktalarıyla donatılacağını duyurdu.133 Chevrolet Bolt ve BMW i3, Amerika Birleşik Devletleri'nde CCS şarjını kullanan popüler EV'ler arasında yer alıyor. Mevcut CCS hızlı şarj cihazları yaklaşık 50 kW'ta şarj sunarken, Electrify America programı 350 kW'lık hızlı şarjı içeriyor ve bu da 10 dakika kadar kısa bir sürede neredeyse tam şarjı mümkün kılıyor.

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

Süper şarj cihazları tipik olarak 480 voltta çalışır ve maksimum 120 kW'ta şarj sağlar. Gibi

Ocak 2019 itibarıyla Tesla web sitesi Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 595 Supercharger lokasyonunu listeledi ve ek olarak 420 lokasyon da "yakında gelecek".135 Mayıs 2018'de Tesla, Supercharger'larının gelecekte 350 kW kadar yüksek güç seviyelerine ulaşabileceğini öne sürdü.136

Bu rapor için yaptığımız araştırmada, ABD'li görüşmecilere DC hızlı şarj için tek bir ulusal standardın bulunmamasını EV'nin benimsenmesi önünde bir engel olarak değerlendirip değerlendirmediklerini sorduk. Çok az kişi olumlu cevap verdi. Çoklu DC hızlı şarj standartlarının sorun olarak değerlendirilmemesinin nedenleri arasında şunlar yer alır:

● Çoğu EV şarjı evde ve işte Seviye 1 ve Seviye 2 şarj cihazlarıyla gerçekleştirilir.

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

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

● Fiş ve konektör, hızlı şarj istasyonunun maliyetinin küçük bir yüzdesini temsil ettiğinden, bu, istasyon sahipleri için çok az teknik veya mali zorluk teşkil eder ve bir akaryakıt istasyonundaki farklı oktanlı benzinlere yönelik hortumlarla karşılaştırılabilir. Pek çok halka açık şarj istasyonunda, tek bir şarj istasyonuna birden fazla fiş takılıdır ve bu, her tür EV'nin burada şarj edilmesine olanak tanır. Aslında birçok yargı alanı bunu zorunlu kılıyor veya teşvik ediyor.ÇİN VE ABD'DE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJI

38 | KÜRESEL ENERJİ POLİTİKASI MERKEZİ | KOLUMBİYA SIPA

Bazı otomobil üreticileri, özel bir şarj ağının rekabetçi bir stratejiyi temsil ettiğini söyledi. BMW'nin elektromobilite başkanı ve CharIN'in başkanı Claas Bracklo, 2018'de şunları söyledi: "CharIN'i güçlü bir konum oluşturmak için kurduk."137 Birçok Tesla sahibi ve yatırımcısı, kendi özel süperşarj ağını bir satış noktası olarak görüyor; ancak Tesla bunu ifade etmeye devam ediyor. diğer otomobil modellerinin, kullanımla orantılı olarak fon sağlamaları koşuluyla ağını kullanmalarına izin verme isteği.138 Tesla aynı zamanda CCS'yi destekleyen CharIN'in bir parçasıdır. Kasım 2018'de Avrupa'da satılan Model 3 otomobillerin CCS bağlantı noktalarıyla donatılacağını duyurdu. Tesla sahipleri ayrıca CHAdeMO hızlı şarj cihazlarına erişmek için adaptör satın alabilirler.139

C. Şarj İletişim Protokolleri Şarj iletişim protokolleri, şarjı kullanıcının ihtiyaçlarına (şarj durumunu, akü voltajını ve güvenliği tespit etmek için) ve şebekeye (dahil) göre optimize etmek için gereklidir.

dağıtım ağı kapasitesi, kullanım zamanı fiyatlandırması ve talep yanıt önlemleri).140 Çin GB/T ve CHAdeMO, CAN olarak bilinen bir iletişim protokolü kullanırken CCS, PLC protokolüyle çalışır. Açık Şarj İttifakı tarafından geliştirilen Açık Şarj Noktası Protokolü (OCPP) gibi açık iletişim protokolleri, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da giderek daha popüler hale geliyor.

Bu rapor için yaptığımız araştırmada, röportaj yaptığımız birkaç ABD'li kişi, açık iletişim protokollerine ve yazılıma doğru ilerlemeyi bir politika önceliği olarak gösterdi. Özellikle, Amerikan Kurtarma ve Yeniden Yatırım Yasası (ARRA) kapsamında finansman alan bazı kamu ücretlendirme projelerinin, özel platformlara sahip satıcıları seçtiği, bunun sonucunda mali zorluklar yaşadığı ve değiştirilmesi gereken bozuk ekipmanlar bıraktığı belirtildi.141 Çoğu şehir, kamu hizmeti ve şarj Bu çalışma için iletişime geçilen ağlar, açık iletişim protokollerine destek verdiklerini ve şarj ağı ana bilgisayarlarının sağlayıcılar arasında sorunsuz bir şekilde geçiş yapmasını sağlayacak teşvikleri ifade etti.142

D. Maliyetler

Ev şarj cihazları Çin'de Amerika Birleşik Devletleri'ndekinden daha ucuzdur. Çin'de tipik bir 7 kW'lık duvara monte ev tipi şarj cihazı, çevrimiçi olarak 1.200 RMB ile 1.800 RMB arasında fiyatla satılıyor. Kurulum ek maliyet gerektirir. (Özel EV satın alımlarının çoğu, şarj cihazı ve kurulum dahil olarak gelir.) Amerika Birleşik Devletleri'nde, Seviye 2 ev şarj cihazlarının maliyeti 450-600 ABD Doları arasındadır, artı kurulum için ortalama 500 ABD Doları civarındadır.144 DC hızlı şarj ekipmanı, ABD'de önemli ölçüde daha pahalıdır. her iki ülke. Maliyetler çok değişkendir. Bu rapor için görüşülen Çinli bir uzman, Çin'de 50 kW'lık bir DC hızlı şarj istasyonu kurmanın maliyetinin genellikle 45.000 RMB ile 60.000 RMB arasında olduğunu, şarj istasyonunun kendisinin ise kabaca 25.000 RMB - 35.000 RMB ve kablolama, yer altı altyapısı ve işgücü muhasebesine karşılık geldiğini tahmin ediyor. geri kalanı için.145 Amerika Birleşik Devletleri'nde DC hızlı şarjın maliyeti posta başına onbinlerce dolara mal olabiliyor. DC hızlı şarj ekipmanının kurulum maliyetini etkileyen başlıca değişkenler arasında kanal açma ihtiyacı, transformatör yükseltmeleri, yeni veya yükseltilmiş devreler ve elektrik panelleri ile estetik yükseltmeler yer alır. Engelliler için tabelalar, izinler ve erişimler dikkate alınması gereken diğer hususlardır.146

E. Kablosuz Şarj

Kablosuz şarj, estetik, zaman tasarrufu ve kullanım kolaylığı gibi çeşitli avantajlar sunar.

1990'larda EV1 (ilk elektrikli otomobillerden biri) için mevcuttu, ancak bugün nadirdir.147 Çevrimiçi olarak sunulan kablosuz EV şarj sistemlerinin maliyeti 1.260 ila 3.000 dolar arasında değişiyor.148 Kablosuz EV şarjı, mevcut sistemlerin şarj verimliliği sunması nedeniyle verimlilik kaybı taşıyor. yaklaşık %85.149 Mevcut kablosuz şarj ürünleri 3–22 kW güç aktarımı sunmaktadır; Seviye 2 şarja eşdeğer olan 3,6 kW veya 7,2 kW'lık Fişsiz şarj seçeneklerinden çeşitli EV modelleri için kablosuz şarj cihazları mevcuttur.150 Birçok EV kullanıcısı kablosuz şarjın ek maliyete değmediğini düşünürken151 bazı analistler teknolojinin yakında yaygınlaşacağını tahmin ediyor, ve birçok otomobil üreticisi, gelecekteki elektrikli araçlarda kablosuz şarjı bir seçenek olarak sunacaklarını duyurdu. Kablosuz şarj, halk otobüsleri gibi belirli rotalara sahip belirli araçlar için cazip olabilir ve yüksek maliyet, düşük şarj verimliliği ve yavaş şarj hızları dezavantajlar oluştursa da gelecekteki elektrikli otoyol şeritleri için de önerilmiştir.152

F. Pil Değiştirme

Pil değiştirme teknolojisi sayesinde elektrikli araçlar, tükenmiş pillerini tamamen şarj edilmiş diğer pillerle değiştirebilecek. Bu, bir EV'yi yeniden şarj etmek için gereken süreyi önemli ölçüde kısaltacak ve sürücüler için önemli potansiyel faydalar sağlayacaktır.

Pek çok Çin şehri ve şirketi şu anda taksiler gibi yüksek kullanımlı filo EV'lerine odaklanarak pil değiştirme denemeleri yapıyor. Hangzhou şehri, yerel olarak üretilen Zotye EV'leri kullanan taksi filosu için pil değiştirme sistemini devreye aldı.155 Pekin, yerel otomobil üreticisi BAIC'in desteklediği bir çabayla birkaç pil değiştirme istasyonu inşa etti. 2017'nin sonlarında BAIC, 2021 yılına kadar ülke çapında 3.000 değiştirme istasyonu inşa etme planını duyurdu.156 Çinli EV girişimi NIO, bazı araçları için pil değiştirme teknolojisini benimsemeyi planlıyor ve Çin'de 1.100 değiştirme istasyonu inşa edeceğini duyurdu.157 Çin'deki çeşitli şehirler— Hangzhou ve Qingdao da dahil olmak üzere otobüsler için de pil değiştirme yöntemi kullanıldı.158

Amerika Birleşik Devletleri'nde, binek otomobiller için bir değiştirme istasyonu ağı planlayan İsrailli pil değiştirme girişimi Project Better Place'in 2013'te iflasının ardından pil değiştirme tartışması azaldı.153 2015 yılında Tesla, yalnızca bir tane inşa ettikten sonra değiştirme istasyonu planlarından vazgeçti. Gösteri tesisi, tüketici ilgisinin eksikliğini suçluyor. Bugün Amerika Birleşik Devletleri'nde pil değişimiyle ilgili olarak çok az sayıda deney yapılıyor.154 Pil maliyetlerindeki düşüş ve belki de daha az ölçüde DC hızlı şarj altyapısının yaygınlaşması, pil değişiminin dünyada çekiciliğini muhtemelen azalttı. Amerika Birleşik Devletleri.

Pil değiştirmenin birçok avantajı olmasına rağmen, önemli dezavantajları da vardır. Bir EV aküsü ağırdır ve genellikle aracın alt kısmında bulunur; hizalama ve elektrik bağlantıları için minimum mühendislik toleranslarına sahip entegre bir yapısal bileşen oluşturur. Günümüzün aküleri genellikle soğutmaya ihtiyaç duyar ve soğutma sistemlerini bağlamak ve çıkarmak zordur.159 Boyutları ve ağırlıkları göz önüne alındığında, akü sistemlerinin tıkırtıyı önlemek, aşınmayı azaltmak ve aracı merkezde tutmak için mükemmel şekilde oturması gerekir. Günümüzün EV'lerinde yaygın olan kaykay aküsü mimarisi, aracın ağırlık merkezini düşürerek ve ön ve arka çarpışma korumasını iyileştirerek güvenliği artırıyor. Bagajda veya başka bir yerde bulunan çıkarılabilir piller bu avantajdan yoksundur. Çoğu araç sahibi esas olarak evde veya evde ücret aldığındanÇİN VE ABD'DE ELEKTRİKLİ ARAÇ ŞARJIiş yerinde pil değişimi, şarj altyapısı sorunlarını mutlaka çözmeyecektir; yalnızca halka açık şarj ve menzil sorununu çözmeye yardımcı olacaktır. Çoğu otomobil üreticisi akü paketlerini veya tasarımlarını standartlaştırma konusunda isteksiz olduğundan (arabalar aküleri ve motorları etrafında tasarlanır, bu da bunu önemli bir tescilli değer haline getirir160) akü değişimi, her otomobil şirketi için ayrı bir değiştirme istasyonu ağı veya farklı modeller için ayrı değiştirme ekipmanı gerektirebilir ve araçların boyutları. Mobil akü değiştirme kamyonları önerilmiş olmasına rağmen161 bu iş modeli henüz uygulanmamıştır.