טכנולוגיות טעינת EV בסין ובארצות הברית דומות באופן כללי. בשתי המדינות, כבלים ותקעים הם הטכנולוגיה הדומיננטית ביותר לטעינת רכבים חשמליים. (לטעינה אלחוטית והחלפת סוללות יש לכל היותר נוכחות מינורית.) ישנם הבדלים בין שתי המדינות ביחס לרמות הטעינה, תקני הטעינה ופרוטוקולי התקשורת. קווי דמיון והבדלים אלה נדונים להלן.
א. רמות טעינה
בארצות הברית, טעינת EV מתרחשת בעוצמה של 120 וולט באמצעות שקעי קיר ביתיים ללא שינוי. זה ידוע בדרך כלל כטעינה ברמה 1 או "טפטוף". עם טעינה ברמה 1, לסוללה טיפוסית של 30 קילוואט לוקח בערך 12 שעות לעבור מ-20% לטעינה כמעט מלאה. (אין שקעי 120 וולט בסין.)
הן בסין והן בארצות הברית, טעינת EV מתרחשת בעוצמה של 220 וולט (סין) או 240 וולט (ארה"ב). בארצות הברית, זה ידוע כטעינה ברמה 2.
טעינה כזו עשויה להתבצע עם שקעים ללא שינוי או ציוד טעינה מיוחד של EV ומשתמשת בדרך כלל בכ-6-7 קילוואט של הספק. בעת טעינה ב-220-240 וולט, לסוללה טיפוסית של 30 קילוואט לוקח בערך 6 שעות לעבור מ-20% לטעינה כמעט מלאה.
לבסוף, גם לסין וגם לארצות הברית יש רשתות צומחות של מטענים מהירים DC, בדרך כלל משתמשים בהספק של 24 קילוואט, 50 קילוואט, 100 קילוואט או 120 קילוואט. תחנות מסוימות עשויות להציע הספק של 350 קילוואט או אפילו 400 קילוואט. מטענים מהירים DC אלה יכולים לקחת סוללת רכב מ-20% לטעינה כמעט מלאה בזמנים שנעים בערך בין שעה אחת ועד ל-10 דקות בלבד.
טבלה 6:רמות הטעינה הנפוצות ביותר בארה"ב
| רמת טעינה | טווח רכב נוסף לפי זמן טעינה וכּוֹחַ | אספקת חשמל |
| AC רמה 1 | 4 מייל/שעה @ 1.4kW 6 מייל/שעה @ 1.9kW | 120 V AC/20A (12-16A רציף) |
| AC רמה 2 | 10 מייל/שעה @ 3.4kW 20 מייל/שעה @ 6.6kW 60 מייל/שעה @19.2kW | 208/240 V AC/20-100A (16-80A רציף) |
| תעריפי חיוב דינמיים בזמן שימוש | 24 מייל/20 דקות @ 24kW 50 מייל/20 דקות @ 50kW 90 מייל/20 דקות @90kW | 208/480 V AC תלת פאזי (זרם קלט פרופורציונלי להספק המוצא; ~20-400A AC) |
מקור: משרד האנרגיה האמריקאי
ב. תקני טעינה
אֲנִי. סִין
לסין יש תקן טעינה מהירה EV אחד בפריסה ארצית. בארה"ב יש שלושה תקני טעינה מהירה של EV.
התקן הסיני ידוע בשם China GB/T. (ראשי התיבותGBעומד על תקן לאומי.)
China GB/T שוחרר בשנת 2015 לאחר מספר שנים של פיתוח.124 כעת זה חובה עבור כל כלי הרכב החשמליים החדשים הנמכרים בסין. יצרניות רכב בינלאומיות, כולל טסלה, ניסאן וב.מ.וו, אימצו את תקן GB/T עבור רכבי החשמל שלהם הנמכרים בסין. GB/T מאפשר כרגע טעינה מהירה בתפוקה מקסימלית של 237.5 קילוואט (ב-950 וולט ו-250 אמפר), אם כי רבים
מטעני DC מהירים סיניים מציעים טעינה של 50 קילוואט. GB/T חדש ישוחרר ב-2019 או 2020, אשר על פי הדיווחים ישדרג את התקן כך שיכלול טעינה של עד 900 קילוואט עבור רכבים מסחריים גדולים יותר. GB/T הוא תקן לסין בלבד: רכבי החשמל המעטים מתוצרת סין המיוצאים לחו"ל משתמשים בתקנים אחרים.125
באוגוסט 2018, מועצת החשמל של סין (CEC) הכריזה על מזכר הבנות עם רשת CHAdeMO, שבסיסה ביפן, לפיתוח משותף של טעינה מהירה במיוחד. המטרה היא תאימות בין GB/T ו-CHAdeMO לטעינה מהירה. שני הארגונים ישתפו פעולה כדי להרחיב את התקן למדינות מעבר לסין ויפן.126
ii. אַרצוֹת הַבְּרִית
בארצות הברית, ישנם שלושה תקני טעינת EV לטעינה מהירה DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo וטסלה.
CHAdeMO היה תקן הטעינה המהירה של EV הראשון, משנת 2011. הוא פותח על ידי טוקיו
Electric Power Company וראשי תיבות של "Charge to Move" (משחק מילים ביפנית).127 CHAdeMO נמצא כיום בשימוש בארה"ב בניסאן ליף ובמיצובישי אאוטלנדר PHEV, שהם בין כלי הרכב החשמליים הנמכרים ביותר. הצלחתו של הליף בארצות הברית עשויה להיותטעינת רכב חשמלי בסין ובארצות הברית
ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | פברואר 2019 |
בין השאר בשל המחויבות המוקדמת של ניסאן להפעיל תשתית לטעינה מהירה של CHAdeMO בסוכנויות ובמקומות עירוניים אחרים.128 נכון לינואר 2019, היו יותר מ-2,900 מטענים מהירים של CHAdeMO בארצות הברית (כמו גם יותר מ-7,400 ביפן ו-7,900 באירופה).129
בשנת 2016, CHAdeMO הודיעה כי תשדרג את הסטנדרט שלה מקצב הטעינה הראשוני של 70
קילוואט יציע 150 קילוואט.130 ביוני 2018 הודיעה CHAdeMO על הצגת יכולת טעינה של 400 קילוואט, באמצעות כבלים מקוררים נוזלים של 1,000 וולט, 400 אמפר. הטעינה הגבוהה יותר תהיה זמינה כדי לענות על הצרכים של כלי רכב מסחריים גדולים כגון משאיות ואוטובוסים.131
תקן טעינה שני בארצות הברית ידוע בשם CCS או SAE Combo. הוא שוחרר בשנת 2011 על ידי קבוצה של יצרני רכב אירופאים וארה"ב. המילהמשולבתמציין שהתקע מכיל גם טעינת AC (עד 43 קילוואט) וגם טעינת DC.132 In
גרמניה, קואליציית Charging Interface Initiative (CharIN) הוקמה כדי לתמוך באימוץ נרחב של CCS. שלא כמו CHAdeMO, תקע CCS מאפשר טעינת DC ו-AC עם יציאה בודדת, ומצמצם את החלל והפתחים הנדרשים בגוף הרכב. יָגוּאָר,
פולקסווגן, ג'נרל מוטורס, ב.מ.וו, דיימלר, פורד, FCA ויונדאי תומכות ב-CCS. טסלה הצטרפה גם היא לקואליציה ובנובמבר 2018 הודיעה כי כלי הרכב שלה באירופה יגיעו מצוידים ביציאות טעינה של CCS.133 שברולט בולט ו-BMW i3 הם בין רכבי החשמל הפופולריים בארה"ב המשתמשים בטעינת CCS. בעוד שמטענים מהירים של CCS קיימים מציעים טעינה בסביבות 50 קילוואט, תוכנית Electrify America כוללת טעינה מהירה של 350 קילוואט, מה שיכול לאפשר טעינה כמעט מלאה תוך 10 דקות בלבד.
תקן הטעינה השלישי בארצות הברית מופעל על ידי טסלה, שהשיקה רשת Supercharger קניינית בארצות הברית בספטמבר 2012.134 טסלה
מגדשי-על פועלים בדרך כלל ב-480 וולט ומציעים טעינה של מקסימום 120 קילוואט. כְּמוֹ
מינואר 2019, אתר טסלה רשם 595 מיקומי מגדש-על בארצות הברית, עם 420 מיקומים נוספים "בקרוב".135 במאי 2018, טסלה הציעה שבעתיד המגדשים שלה עשויים להגיע לרמות הספק של עד 350 קילוואט.136
במחקר שלנו עבור דוח זה, שאלנו מרואיינים בארה"ב אם הם רואים בחוסר תקן לאומי יחיד לטעינה מהירה DC כמכשול לאימוץ EV. מעטים ענו בחיוב. הסיבות לכך שמספר תקני טעינה מהירה DC אינם נחשבים לבעיה כוללות:
● רוב הטעינת EV מתבצעת בבית ובעבודה, עם מטענים ברמה 1 ו-2.
● חלק גדול מתשתית הטעינה הציבורית והעבודה עד כה השתמשה במטענים ברמה 2.
● זמינים מתאמים המאפשרים לבעלי EV להשתמש ברוב המטענים המהירים DC, גם אם ה-EV והמטען משתמשים בתקני טעינה שונים. (החריג העיקרי, רשת הטעינה העל של טסלה, פתוחה רק לרכבי טסלה.) יש לציין כי יש כמה חששות לגבי הבטיחות של מתאמי טעינה מהירה.
● מכיוון שהתקע והמחבר מייצגים אחוז קטן מהעלות של עמדת טעינה מהירה, הדבר מהווה אתגר טכני או פיננסי קטן לבעלי התחנות וניתן להשוות אותו לצינורות עבור דלק אוקטן שונה בתחנת תדלוק. לתחנות טעינה ציבוריות רבות יש מספר שקעים המחוברים לעמוד טעינה בודד, המאפשרים להטעין שם כל סוג של EV. אכן, תחומי שיפוט רבים דורשים או מעודדים זאת.טעינת רכב חשמלי בסין ובארצות הברית
38 | המרכז למדיניות אנרגיה גלובלית | קולומביה סיפא
כמה יצרניות רכב אמרו שרשת טעינה בלעדית מייצגת אסטרטגיה תחרותית. קלאס ברקלו, ראש תחום מוביליות חשמלית ב-BMW ויו"ר CharIN, הצהיר ב-2018, "ייסדנו את CharIN כדי לבנות עמדת כוח."137 בעלי ומשקיעים רבים של טסלה רואים ברשת מגדשי העל הקניינית שלה נקודת מכירה, אם כי טסלה ממשיכה להביע נכונות לאפשר לדגמי מכוניות אחרים להשתמש ברשת שלה בתנאי שהם תורמים מימון פרופורציונלי לשימוש.138 טסלה היא גם חלק מ-CharIN לקידום CCS. בנובמבר 2018, היא הודיעה כי מכוניות דגם 3 שנמכרות באירופה יגיעו מצוידות ביציאות CCS. בעלי טסלה יכולים גם לרכוש מתאמים כדי לגשת למטענים מהירים של CHAdeMO.139
ג. פרוטוקולי תקשורת טעינת פרוטוקולי תקשורת נחוצים כדי לייעל את הטעינה לצרכי המשתמש (לזיהוי מצב טעינה, מתח סוללה ובטיחות) ולרשת (כולל
קיבולת רשת הפצה, תמחור בזמן השימוש ואמצעי תגובה לביקוש).140 סין GB/T ו-CHAdeMO משתמשות בפרוטוקול תקשורת המכונה CAN, בעוד ש-CCS עובד עם פרוטוקול PLC. פרוטוקולי תקשורת פתוחים, כגון Open Charge Point Protocol (OCPP) שפותח על ידי Open Charging Alliance, הופכים פופולריים יותר ויותר בארצות הברית ובאירופה.
במחקר שלנו לדוח זה, מספר מרואיינים בארה"ב ציינו את המהלך לעבר פרוטוקולי תקשורת פתוחים ותוכנה כעדיפות מדיניות. בפרט, חלק מפרויקטי החיוב הציבוריים שקיבלו מימון במסגרת חוק ההחלמה וההשקעה מחדש (ARRA) צוינו כמי שבחרו בספקים בעלי פלטפורמות קנייניות שחוו לאחר מכן קשיים כלכליים, והותירו ציוד מקולקל שדרש החלפה.141 רוב הערים, שירותים וחיובים רשתות שאליהן פנו לצורך מחקר זה הביעו תמיכה בפרוטוקולי תקשורת פתוחים ובתמריצים כדי לאפשר למארחי רשת טעונים להחליף ספקים בצורה חלקה.142
ד.עלויות
מטענים ביתיים זולים יותר בסין מאשר בארצות הברית. בסין, מטען ביתי טיפוסי של 7 קילוואט צמוד לקיר נמכר באינטרנט במחיר של בין RMB 1,200 ל- RMB 1,800.143 התקנה דורשת עלות נוספת. (רוב רכישות EV הפרטיות מגיעות עם מטען והתקנה כלולים.) בארה"ב, מטענים ביתיים ברמה 2 עולים בטווח של $450-$600, בתוספת ממוצע של בערך $500 להתקנה. 144 ציוד טעינה מהירה DC יקר משמעותית ב שתי המדינות. העלויות משתנות מאוד. מומחה סיני אחד שרואיין לדוח זה העריך כי התקנת עמדת טעינה מהירה של 50 קילוואט DC בסין עולה בדרך כלל בין RMB 45,000 ל RMB 60,000, כאשר עמדת הטעינה עצמה מהווה כ- RMB 25,000 - RMB 35,000 וכבלים, תשתית תת קרקעית וחשבונאות עבודה עבור השאר.145 בארצות הברית, טעינה מהירה של DC יכולה לעלות עשרות אלפי דולרים לפוסט. משתנים עיקריים המשפיעים על עלות התקנת ציוד טעינה מהירה DC כוללים את הצורך בתעלות, שדרוגי שנאים, מעגלים חדשים או משודרגים ולוחות חשמל ושדרוגים אסתטיים. שילוט, היתר וגישה לנכים הם שיקולים נוספים.146
ה. טעינה אלחוטית
טעינה אלחוטית מציעה מספר יתרונות, כולל אסתטיקה, חיסכון בזמן וקלות שימוש.
הוא היה זמין בשנות ה-90 עבור ה-EV1 (מכונית חשמלית מוקדמת) אך הוא נדיר כיום.147 מערכות טעינה אלחוטיות מוצעות באינטרנט נעות בעלות של 1,260 דולר עד כ-3,000 דולר. בסביבות 85%.149 מוצרי טעינה אלחוטיים נוכחיים מציעים העברת הספק של 3–22 קילוואט; מטענים אלחוטיים זמינים למספר דגמי EV מטעינת Plugless ב-3.6 קילוואט או 7.2 קילוואט, שווה ערך לטעינה ברמה 2. 150 בעוד שמשתמשי EV רבים רואים בטעינה אלחוטית לא שווה את העלות הנוספת,151 חלק מהאנליסטים חזו שהטכנולוגיה תהיה נפוצה בקרוב, וכמה יצרניות רכב הודיעו שהן יציעו טעינה אלחוטית כאופציה ברכבי EV עתידיים. טעינה אלחוטית יכולה להיות אטרקטיבית עבור כלי רכב מסוימים עם מסלולים מוגדרים, כגון אוטובוסים ציבוריים, והיא הוצעה גם עבור נתיבי כביש חשמלי עתידי, אם כי עלות גבוהה, יעילות טעינה נמוכה ומהירויות טעינה איטיות יהיו חסרונות.152
ו. החלפת סוללה
עם טכנולוגיית החלפת סוללות, כלי רכב חשמליים יכולים להחליף את הסוללות המרוקנות שלהם באחרות טעונות במלואן. זה יקצר באופן דרמטי את הזמן הנדרש לטעינת רכב חשמלי, עם יתרונות פוטנציאליים משמעותיים לנהגים.
מספר ערים וחברות סיניות מתנסות כעת בהחלפת סוללות, תוך התמקדות בצי רכב חשמלי בעל ניצול גבוה, כגון מוניות. העיר האנגג'ואו פרסה החלפת סוללות עבור צי המוניות שלה, העושה שימוש מקומי מסוג Zotye EVs.155 בייג'ינג בנתה מספר תחנות להחלפת סוללות במאמץ שנתמך על ידי יצרנית הרכב המקומית BAIC. בסוף 2017, BAIC הכריזה על תוכנית לבניית 3,000 תחנות החלפה ברחבי הארץ עד שנת 2021.156 הסטארט-אפ הסיני EV NIO מתכננת לאמץ טכנולוגיית החלפת סוללות עבור חלק מכלי הרכב שלה והודיעה כי תבנה 1,100 תחנות החלפה בסין.157 מספר ערים בסין— כולל Hangzhou ו-Qingdao-השתמשו גם בהחלפת סוללה עבור אוטובוסים.158
בארצות הברית, הדיון בהחלפת סוללות דעך בעקבות פשיטת הרגל של הסטארט-אפ הישראלי להחלפת סוללות ב-2013, Project Better Place, שתכנן רשת של תחנות החלפה למכוניות נוסעים.153 בשנת 2015, טסלה נטשה את תוכניות תחנת החלפת הסוללות שלה לאחר שבנתה רק אחת מתקן הדגמה, מאשים חוסר עניין צרכני. ישנם ניסויים מועטים אם בכלל באשר להחלפת סוללות בארצות הברית כיום.154 הירידה בעלויות הסוללה, ואולי במידה פחותה פריסת תשתית הטעינה המהירה של DC, הפחיתו ככל הנראה את המשיכה של החלפת סוללות ב- אַרצוֹת הַבְּרִית.
בעוד שהחלפת סוללות מציעה מספר יתרונות, יש לה גם חסרונות בולטים. מצבר EV הוא כבד וממוקם בדרך כלל בתחתית הרכב, ויוצר רכיב מבני אינטגרלי עם סובלנות הנדסית מינימלית ליישור וחיבורי חשמל. הסוללות של היום דורשות בדרך כלל קירור, וחיבור וניתוק מערכות קירור קשה.159 בהתחשב בגודלן ומשקלן, מערכות המצברים חייבות להתאים בצורה מושלמת כדי למנוע רעש, להפחית בלאי ולשמור על מרכז הרכב. ארכיטקטורת סוללת הסקייטבורד הנפוצה ברכבי החשמל של ימינו משפרת את הבטיחות על ידי הורדת מרכז המשקל של הרכב ושיפור ההגנה מפני התנגשות מלפנים ומאחור. סוללות נשלפות הממוקמות בתא המטען או במקומות אחרים יהיו חסרות יתרון זה. מאחר ורוב בעלי הרכב גובים בעיקר בבית אוטעינת רכב חשמלי בסין ובארצות הבריתבעבודה, החלפת סוללות לא בהכרח תפתור את בעיות תשתית הטעינה - זה רק יעזור לטפל בטעינה וטווח הטעינה הציבוריים. ומכיוון שרוב יצרניות הרכב לא מוכנות לעשות סטנדרטיזציה של ערכות סוללות או עיצובים - מכוניות מתוכננות סביב הסוללות והמנועים שלהן, מה שהופך את זה לערך קנייני מרכזי 160 - החלפת סוללות עשויה לדרוש רשת תחנת החלפה נפרדת עבור כל חברת רכב או ציוד החלפה נפרד לדגמים שונים. גדלים של כלי רכב. למרות שהוצעו משאיות להחלפת סוללות ניידות,161 המודל העסקי הזה עדיין לא יושם.
זמן פרסום: 20 בינואר 2021