Công nghệ sạc Ev

Công nghệ sạc xe điện ở Trung Quốc và Hoa Kỳ nhìn chung giống nhau. Ở cả hai quốc gia, dây và phích cắm là công nghệ chiếm ưu thế áp đảo để sạc xe điện. (Sạc không dây và hoán đổi pin nhiều nhất chỉ xuất hiện một phần nhỏ.) Có sự khác biệt giữa hai quốc gia về mức sạc, tiêu chuẩn sạc và giao thức liên lạc. Những điểm tương đồng và khác biệt này sẽ được thảo luận dưới đây.

A. Mức sạc

Tại Hoa Kỳ, phần lớn việc sạc xe điện diễn ra ở điện áp 120 volt bằng cách sử dụng các ổ cắm trên tường nguyên bản trong nhà. Điều này thường được gọi là sạc Cấp 1 hoặc sạc “nhỏ giọt”. Với mức sạc Cấp 1, một cục pin 30 kWh thông thường sẽ mất khoảng 12 giờ để sạc từ mức 20% đến gần đầy. (Không có ổ cắm 120 volt ở Trung Quốc.)

Ở cả Trung Quốc và Hoa Kỳ, rất nhiều hoạt động sạc xe điện diễn ra ở điện áp 220 volt (Trung Quốc) hoặc 240 volt (Hoa Kỳ). Ở Hoa Kỳ, điều này được gọi là sạc cấp 2.

Việc sạc như vậy có thể diễn ra bằng các ổ cắm nguyên bản hoặc thiết bị sạc EV chuyên dụng và thường sử dụng khoảng 6–7 kW điện. Khi sạc ở mức điện áp 220–240 volt, pin 30 kWh thông thường sẽ mất khoảng 6 giờ để sạc từ mức 20% đến gần đầy.

Cuối cùng, cả Trung Quốc và Hoa Kỳ đều có mạng lưới bộ sạc nhanh DC đang phát triển, thường sử dụng nguồn điện 24 kW, 50 kW, 100 kW hoặc 120 kW. Một số trạm có thể cung cấp công suất 350 kW hoặc thậm chí 400 kW. Những bộ sạc nhanh DC này có thể sạc pin xe từ 20% đến gần đầy trong khoảng thời gian từ khoảng một giờ đến ít nhất là 10 phút.

Bảng 6:Mức sạc phổ biến nhất ở Mỹ

Nguồn: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ

B. Tiêu chuẩn sạc

Tôi. Trung Quốc

Trung Quốc có một tiêu chuẩn sạc nhanh EV trên toàn quốc. Mỹ có ba tiêu chuẩn sạc nhanh EV.

Tiêu chuẩn của Trung Quốc được gọi là China GB/T. (Chữ viết tắtGBđại diện cho tiêu chuẩn quốc gia.)

GB/T của Trung Quốc được ra mắt vào năm 2015 sau vài năm phát triển.124 Hiện nay, quy định này là bắt buộc đối với tất cả các loại xe điện mới được bán ở Trung Quốc. Các nhà sản xuất ô tô quốc tế, bao gồm Tesla, Nissan và BMW, đã áp dụng tiêu chuẩn GB/T cho xe điện bán tại Trung Quốc. GB/T hiện cho phép sạc nhanh ở công suất đầu ra tối đa 237,5 kW (ở 950 V và 250 amps), mặc dù nhiều

Bộ sạc nhanh DC của Trung Quốc cung cấp khả năng sạc 50 kW. GB/T mới sẽ được phát hành vào năm 2019 hoặc 2020, được cho là sẽ nâng cấp tiêu chuẩn để bao gồm việc sạc lên tới 900 kW cho các loại xe thương mại lớn hơn. GB/T là tiêu chuẩn duy nhất của Trung Quốc: một số ít xe điện do Trung Quốc sản xuất xuất khẩu ra nước ngoài sử dụng các tiêu chuẩn khác.125

Vào tháng 8 năm 2018, Hội đồng Điện lực Trung Quốc (CEC) đã công bố biên bản ghi nhớ với mạng CHAdeMO, có trụ sở tại Nhật Bản, để cùng phát triển công nghệ sạc cực nhanh. Mục tiêu là khả năng tương thích giữa GB/T và CHAdeMO để sạc nhanh. Hai tổ chức sẽ hợp tác để mở rộng tiêu chuẩn này tới các quốc gia ngoài Trung Quốc và Nhật Bản.126

ii. Hoa Kỳ

Tại Hoa Kỳ, có ba tiêu chuẩn sạc EV cho sạc nhanh DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo và Tesla.

CHAdeMO là tiêu chuẩn sạc nhanh EV đầu tiên, ra đời từ năm 2011. Nó được phát triển bởi Tokyo

Electric Power Company và là viết tắt của “Charge to Move” (một cách chơi chữ trong tiếng Nhật).127 CHAdeMO hiện được sử dụng ở Hoa Kỳ trên Nissan Leaf và Mitsubishi Outlander PHEV, một trong những loại xe điện bán chạy nhất. Sự thành công của The Leaf tại Hoa Kỳ có thể làSẠC XE ĐIỆN TẠI TRUNG QUỐC VÀ MỸ

CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG.COLUMBIA.EDU | THÁNG 2 NĂM 2019 |

một phần là do cam kết sớm của Nissan trong việc triển khai cơ sở hạ tầng sạc nhanh CHAdeMO tại các đại lý và các địa điểm đô thị khác.128 Tính đến tháng 1 năm 2019, đã có hơn 2.900 bộ sạc nhanh CHAdeMO ở Hoa Kỳ (cũng như hơn 7.400 ở Nhật Bản và 7.900). ở Châu Âu).129

Năm 2016, CHAdeMO thông báo sẽ nâng cấp tiêu chuẩn của mình từ tốc độ sạc ban đầu là 70

kW cung cấp 150 kW.130 Vào tháng 6 năm 2018, CHAdeMO đã công bố giới thiệu khả năng sạc 400 kW, sử dụng cáp làm mát bằng chất lỏng 1.000 V, 400 amp. Mức phí cao hơn sẽ được áp dụng để đáp ứng nhu cầu của các phương tiện thương mại cỡ lớn như xe tải và xe buýt.131

Tiêu chuẩn sạc thứ hai ở Hoa Kỳ được gọi là CCS hoặc SAE Combo. Nó được phát hành vào năm 2011 bởi một nhóm các nhà sản xuất ô tô châu Âu và Mỹ. từkết hợpcho biết phích cắm chứa cả bộ sạc AC (tối đa 43 kW) và bộ sạc DC.132 In

Đức, liên minh Sáng kiến ​​Giao diện Sạc (CharIN) được thành lập để ủng hộ việc áp dụng rộng rãi CCS. Không giống như CHAdeMO, phích cắm CCS cho phép sạc DC và AC bằng một cổng duy nhất, giảm không gian và các khe hở cần thiết trên thân xe. báo đốm,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA và Hyundai hỗ trợ CCS. Tesla cũng đã gia nhập liên minh và vào tháng 11 năm 2018 đã công bố các phương tiện của họ ở châu Âu sẽ được trang bị cổng sạc CCS.133 Chevrolet Bolt và BMW i3 nằm trong số những mẫu xe điện phổ biến ở Hoa Kỳ sử dụng sạc CCS. Trong khi các bộ sạc nhanh CCS hiện tại cung cấp khả năng sạc ở mức khoảng 50 kW, chương trình Electrify America bao gồm sạc nhanh 350 kW, có thể cho phép sạc gần như hoàn toàn chỉ trong 10 phút.

Tiêu chuẩn sạc thứ ba ở Hoa Kỳ được vận hành bởi Tesla, công ty đã ra mắt mạng Supercharger độc quyền của riêng mình tại Hoa Kỳ vào tháng 9 năm 2012.134 Tesla

Bộ tăng áp thường hoạt động ở điện áp 480 volt và cung cấp khả năng sạc tối đa 120 kW. BẰNG

vào tháng 1 năm 2019, trang web Tesla đã liệt kê 595 địa điểm Bộ siêu tăng áp ở Hoa Kỳ, cùng với 420 địa điểm khác “sắp ra mắt”.135 Vào tháng 5 năm 2018, Tesla gợi ý rằng trong tương lai các Bộ siêu tăng áp của hãng có thể đạt mức công suất lên tới 350 kW.

Trong nghiên cứu của chúng tôi cho báo cáo này, chúng tôi đã hỏi những người được phỏng vấn ở Hoa Kỳ xem liệu họ có coi việc thiếu một tiêu chuẩn quốc gia duy nhất về sạc nhanh DC là rào cản đối với việc áp dụng xe điện hay không. Rất ít người trả lời khẳng định. Những lý do khiến nhiều tiêu chuẩn sạc nhanh DC không được coi là có vấn đề bao gồm:

● Hầu hết quá trình sạc xe điện diễn ra ở nhà và nơi làm việc với bộ sạc Cấp 1 và 2.

● Phần lớn cơ sở hạ tầng sạc công cộng và nơi làm việc cho đến nay đã sử dụng bộ sạc Cấp 2.

● Hiện có sẵn bộ chuyển đổi cho phép chủ sở hữu xe điện sử dụng hầu hết các bộ sạc nhanh DC, ngay cả khi xe điện và bộ sạc sử dụng các tiêu chuẩn sạc khác nhau. (Ngoại lệ chính, mạng lưới tăng áp Tesla, chỉ dành cho xe Tesla.) Đáng chú ý, có một số lo ngại về tính an toàn của bộ chuyển đổi sạc nhanh.

● Vì phích cắm và đầu nối chiếm tỷ lệ phần trăm nhỏ trong chi phí của một trạm sạc nhanh nên điều này gây ra ít thách thức về kỹ thuật hoặc tài chính cho chủ trạm và có thể so sánh với các ống dùng cho các loại xăng có chỉ số octan khác nhau tại trạm tiếp nhiên liệu. Nhiều trạm sạc công cộng có nhiều phích cắm được gắn vào một trạm sạc duy nhất, cho phép mọi loại xe điện sạc ở đó. Thật vậy, nhiều khu vực pháp lý yêu cầu hoặc khuyến khích điều này.SẠC XE ĐIỆN TẠI TRUNG QUỐC VÀ MỸ

38 | TRUNG TÂM CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG TOÀN CẦU | COLUMBIA SIPA

Một số nhà sản xuất ô tô cho rằng mạng lưới sạc độc quyền thể hiện một chiến lược cạnh tranh. Claas Bracklo, người đứng đầu bộ phận xe điện của BMW và chủ tịch CharIN, đã tuyên bố vào năm 2018, “Chúng tôi thành lập CharIN để xây dựng vị thế quyền lực.”137 Nhiều chủ sở hữu và nhà đầu tư Tesla coi mạng lưới siêu tăng áp độc quyền của họ là một điểm bán hàng, mặc dù Tesla vẫn tiếp tục bày tỏ sẵn sàng cho phép các mẫu ô tô khác sử dụng mạng lưới của mình miễn là họ đóng góp tài trợ theo tỷ lệ sử dụng.138 Tesla cũng là một phần của CharIN quảng bá CCS. Vào tháng 11 năm 2018, hãng đã thông báo rằng những chiếc xe Model 3 được bán ở châu Âu sẽ được trang bị cổng CCS. Chủ sở hữu Tesla cũng có thể mua bộ điều hợp để truy cập bộ sạc nhanh CHAdeMO.139

C. Giao thức truyền thông sạc Các giao thức truyền thông sạc là cần thiết để tối ưu hóa việc sạc cho nhu cầu của người dùng (để phát hiện trạng thái sạc, điện áp pin và độ an toàn) và cho lưới điện (bao gồm cả

công suất mạng phân phối, giá cả theo thời gian sử dụng và các biện pháp đáp ứng nhu cầu).140 GB/T và CHAdeMO của Trung Quốc sử dụng giao thức truyền thông được gọi là CAN, trong khi CCS hoạt động với giao thức PLC. Các giao thức truyền thông mở, chẳng hạn như Giao thức điểm sạc mở (OCPP) do Liên minh sạc mở phát triển, đang ngày càng trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ và Châu Âu.

Trong nghiên cứu của chúng tôi cho báo cáo này, một số người được phỏng vấn ở Hoa Kỳ đã trích dẫn việc chuyển sang các giao thức và phần mềm truyền thông mở là một ưu tiên chính sách. Đặc biệt, một số dự án sạc công cộng nhận được tài trợ theo Đạo luật Tái đầu tư và Phục hồi Hoa Kỳ (ARRA) được cho là đã chọn nhà cung cấp có nền tảng độc quyền nhưng sau đó gặp khó khăn về tài chính, để lại thiết bị hỏng cần phải thay thế.141 Hầu hết các thành phố, tiện ích và cơ quan sạc điện các mạng được liên hệ cho nghiên cứu này bày tỏ sự ủng hộ đối với các giao thức truyền thông mở và khuyến khích cho phép các máy chủ mạng tính phí chuyển đổi nhà cung cấp một cách liền mạch.142

D. Chi phí

Bộ sạc tại nhà ở Trung Quốc rẻ hơn ở Hoa Kỳ. Ở Trung Quốc, bộ sạc gia đình treo tường 7 kW thông thường được bán lẻ trực tuyến với giá từ 1.200 RMB đến 1.800 RMB. Việc lắp đặt đòi hỏi phải trả thêm phí. (Hầu hết các giao dịch mua xe điện tư nhân đều đi kèm bộ sạc và lắp đặt.) Tại Hoa Kỳ, bộ sạc gia đình Cấp 2 có giá trong khoảng $450-$600, cộng thêm trung bình khoảng $500 cho phí lắp đặt.144 Thiết bị sạc nhanh DC đắt hơn đáng kể ở các quốc gia khác. cả hai nước. Chi phí rất khác nhau. Một chuyên gia Trung Quốc được phỏng vấn cho báo cáo này ước tính rằng việc lắp đặt một trạm sạc nhanh DC 50 kW ở Trung Quốc thường có chi phí từ 45.000 đến 60.000 RMB, trong đó bản thân trạm sạc chiếm khoảng 25.000 – 35.000 RMB và hệ thống cáp, cơ sở hạ tầng ngầm và kế toán lao động. cho phần còn lại.145 ​​Tại Hoa Kỳ, sạc nhanh DC có thể tiêu tốn hàng chục nghìn đô la cho mỗi trạm. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chi phí lắp đặt thiết bị sạc nhanh DC bao gồm nhu cầu đào rãnh, nâng cấp máy biến áp, mạch và bảng điện mới hoặc nâng cấp cũng như nâng cấp về mặt thẩm mỹ. Biển báo, giấy phép và lối đi dành cho người khuyết tật là những cân nhắc bổ sung.146

E. Sạc không dây

Sạc không dây mang lại một số lợi ích, bao gồm tính thẩm mỹ, tiết kiệm thời gian và dễ sử dụng.

Nó đã có sẵn vào những năm 1990 cho EV1 (một loại ô tô điện đời đầu) nhưng ngày nay rất hiếm.147 Hệ thống sạc EV không dây được cung cấp trực tuyến với mức giá từ 1.260 USD đến khoảng 3.000 USD. khoảng 85%.149 Các sản phẩm sạc không dây hiện nay có công suất truyền tải từ 3–22 kW; bộ sạc không dây có sẵn cho một số mẫu xe điện từ Sạc không dây ở công suất 3,6 kW hoặc 7,2 kW, tương đương với sạc Cấp 2.150 Trong khi nhiều người dùng xe điện cho rằng sạc không dây không đáng phải trả thêm chi phí,151 một số nhà phân tích đã dự báo công nghệ này sẽ sớm phổ biến, và một số nhà sản xuất ô tô đã thông báo rằng họ sẽ cung cấp tính năng sạc không dây như một tùy chọn trên xe điện trong tương lai. Sạc không dây có thể hấp dẫn đối với một số phương tiện có tuyến đường xác định, chẳng hạn như xe buýt công cộng, và nó cũng đã được đề xuất cho các làn đường cao tốc điện trong tương lai, mặc dù chi phí cao, hiệu quả sạc thấp và tốc độ sạc chậm sẽ là những hạn chế.152

F. Trao đổi pin

Với công nghệ hoán đổi pin, xe điện có thể đổi pin đã cạn kiệt lấy pin khác đã được sạc đầy. Điều này sẽ rút ngắn đáng kể thời gian cần thiết để sạc lại xe điện, mang lại những lợi ích tiềm năng đáng kể cho người lái xe.

Một số thành phố và công ty của Trung Quốc hiện đang thử nghiệm việc hoán đổi pin, tập trung vào các loại xe điện có hiệu suất sử dụng cao, chẳng hạn như taxi. Thành phố Hàng Châu đã triển khai việc đổi pin cho đội xe taxi của mình, sử dụng xe điện Zotye sản xuất trong nước.155 Bắc Kinh đã xây dựng một số trạm đổi pin trong nỗ lực được hỗ trợ bởi nhà sản xuất ô tô địa phương BAIC. Vào cuối năm 2017, BAIC đã công bố kế hoạch xây dựng 3.000 trạm đổi pin trên toàn quốc đến năm 2021.156 Công ty khởi nghiệp xe điện Trung Quốc NIO có kế hoạch áp dụng công nghệ đổi pin cho một số phương tiện của mình và tuyên bố sẽ xây dựng 1.100 trạm đổi pin ở Trung Quốc.157 Một số thành phố ở Trung Quốc— bao gồm Hàng Châu và Thanh Đảo—cũng đã sử dụng phương pháp đổi pin cho xe buýt.158

Tại Hoa Kỳ, cuộc thảo luận về việc hoán đổi pin đã nhạt dần sau vụ phá sản năm 2013 của công ty khởi nghiệp về trao đổi pin Project Better Place của Israel, công ty đã lên kế hoạch xây dựng một mạng lưới các trạm hoán đổi pin cho ô tô chở khách.153 Năm 2015, Tesla đã từ bỏ kế hoạch trạm hoán đổi pin sau khi chỉ xây dựng một trạm duy nhất. cơ sở trình diễn, đổ lỗi cho sự thiếu quan tâm của người tiêu dùng. Hiện nay, có rất ít thử nghiệm đang được tiến hành liên quan đến việc hoán đổi pin ở Hoa Kỳ.154 Việc giảm chi phí pin và có lẽ ở mức độ thấp hơn là việc triển khai cơ sở hạ tầng sạc nhanh DC, có thể đã làm giảm sức hấp dẫn của việc hoán đổi pin ở Mỹ. Hoa Kỳ.

Mặc dù việc hoán đổi pin mang lại một số lợi ích nhưng nó cũng có những nhược điểm đáng chú ý. Pin EV nặng và thường nằm ở dưới cùng của xe, tạo thành một bộ phận kết cấu không thể thiếu với dung sai kỹ thuật tối thiểu cho việc căn chỉnh và kết nối điện. Pin ngày nay thường yêu cầu làm mát và việc kết nối và ngắt kết nối hệ thống làm mát rất khó khăn.159 Với kích thước và trọng lượng của chúng, hệ thống pin phải vừa vặn hoàn hảo để tránh rung lắc, giảm mài mòn và giữ cho xe ở giữa. Cấu trúc pin ván trượt phổ biến trong xe điện ngày nay giúp cải thiện độ an toàn bằng cách hạ thấp trọng tâm của xe và cải thiện khả năng bảo vệ khi va chạm ở phía trước và phía sau. Pin có thể tháo rời đặt trong cốp xe hoặc nơi khác sẽ thiếu lợi thế này. Vì hầu hết các chủ phương tiện chủ yếu tính phí tại nhà hoặcSẠC XE ĐIỆN TẠI TRUNG QUỐC VÀ MỸtại nơi làm việc, việc hoán đổi pin không nhất thiết giải quyết được các vấn đề về cơ sở hạ tầng sạc - nó chỉ giúp giải quyết phạm vi và phạm vi sạc công cộng. Và bởi vì hầu hết các nhà sản xuất ô tô không sẵn sàng tiêu chuẩn hóa bộ pin hoặc thiết kế—ô tô được thiết kế xung quanh pin và động cơ, khiến điều này trở thành một giá trị độc quyền quan trọng160—việc hoán đổi pin có thể yêu cầu một mạng lưới trạm hoán đổi riêng cho từng hãng ô tô hoặc thiết bị hoán đổi riêng cho các mẫu xe và thiết bị khác nhau. kích thước các loại xe. Mặc dù xe tải đổi pin di động đã được đề xuất161 nhưng mô hình kinh doanh này vẫn chưa được triển khai.