Tecnologias de carregador Ev

As tecnologias de carregamento de veículos elétricos na China e nos Estados Unidos são bastante semelhantes. Em ambos os países, os cabos e as fichas são a tecnologia esmagadoramente dominante para carregar veículos eléctricos. (O carregamento sem fios e a troca de baterias têm, no máximo, uma presença menor.) Existem diferenças entre os dois países no que diz respeito aos níveis de carregamento, padrões de carregamento e protocolos de comunicação. Essas semelhanças e diferenças são discutidas abaixo.

A. Níveis de carregamento

Nos Estados Unidos, grande parte do carregamento de veículos elétricos ocorre a 120 volts, usando tomadas domésticas não modificadas. Isso geralmente é conhecido como nível 1 ou carregamento “intervalo”. Com o carregamento de nível 1, uma bateria típica de 30 kWh leva aproximadamente 12 horas para passar de 20% até uma carga quase completa. (Não há tomadas de 120 volts na China.)

Tanto na China como nos Estados Unidos, grande parte do carregamento de VE ocorre a 220 volts (China) ou 240 volts (Estados Unidos). Nos Estados Unidos, isso é conhecido como cobrança de Nível 2.

Esse carregamento pode ocorrer com tomadas não modificadas ou equipamento especializado de carregamento de veículos elétricos e normalmente utiliza cerca de 6–7 kW de energia. Ao carregar de 220 a 240 volts, uma bateria típica de 30 kWh leva aproximadamente 6 horas para passar de 20% até uma carga quase completa.

Finalmente, tanto a China como os Estados Unidos têm redes crescentes de carregadores rápidos DC, normalmente utilizando 24 kW, 50 kW, 100 kW ou 120 kW de potência. Algumas estações podem oferecer 350 kW ou até 400 kW de potência. Esses carregadores rápidos DC podem levar a bateria de um veículo de 20% até uma carga quase completa em tempos que variam de aproximadamente uma hora a apenas 10 minutos.

Tabela 6:Níveis de cobrança mais comuns nos EUA

Fonte: Departamento de Energia dos EUA

B. Padrões de cobrança

eu. China

A China tem um padrão nacional de carregamento rápido de EV. Os EUA têm três padrões de carregamento rápido de EV.

O padrão chinês é conhecido como China GB/T. (As iniciaisGBsignifica padrão nacional.)

O GB/T da China foi lançado em 2015, após vários anos de desenvolvimento.124 Agora é obrigatório para todos os novos veículos elétricos vendidos na China. Montadoras internacionais, incluindo Tesla, Nissan e BMW, adotaram o padrão GB/T para seus EVs vendidos na China. Atualmente, o GB/T permite carregamento rápido com um máximo de 237,5 kW de saída (a 950 V e 250 amperes), embora muitos

Os carregadores rápidos DC chineses oferecem carregamento de 50 kW. Um novo GB/T será lançado em 2019 ou 2020, o que supostamente atualizará o padrão para incluir carregamento de até 900 kW para veículos comerciais maiores. GB/T é um padrão exclusivo da China: os poucos EVs fabricados na China e exportados para o exterior usam outros padrões.125

Em agosto de 2018, o Conselho de Eletricidade da China (CEC) anunciou um memorando de entendimento com a rede CHAdeMO, sediada no Japão, para desenvolver conjuntamente o carregamento ultrarrápido. O objetivo é a compatibilidade entre GB/T e CHAdeMO para carregamento rápido. As duas organizações farão parceria para expandir o padrão para países além da China e do Japão.126

ii. Estados Unidos

Nos Estados Unidos, existem três padrões de carregamento de EV para carregamento rápido DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo e Tesla.

CHAdeMO foi o primeiro padrão de carregamento rápido EV, datado de 2011. Foi desenvolvido por Tóquio

Electric Power Company e significa “Charge to Move” (um trocadilho em japonês).127 CHAdeMO é atualmente usado nos Estados Unidos no Nissan Leaf e no Mitsubishi Outlander PHEV, que estão entre os veículos elétricos mais vendidos. O sucesso do Leaf nos Estados Unidos pode serCARREGAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NA CHINA E ESTADOS UNIDOS

POLÍTICA ENERGÉTICA.COLUMBIA.EDU | FEVEREIRO 2019 |

devido em parte ao compromisso inicial da Nissan de implementar a infraestrutura de carregamento rápido CHAdeMO em concessionárias e outros locais urbanos.128 Em janeiro de 2019, havia mais de 2.900 carregadores rápidos CHAdeMO nos Estados Unidos (bem como mais de 7.400 no Japão e 7.900 na Europa).129

Em 2016, a CHAdeMO anunciou que iria atualizar o seu padrão da sua taxa de cobrança inicial de 70

kW oferecerá 150 kW.130 Em junho de 2018, a CHAdeMO anunciou a introdução da capacidade de carregamento de 400 kW, usando cabos de 1.000 V e 400 A com refrigeração líquida. A cobrança mais elevada estará disponível para atender às necessidades de veículos comerciais de grande porte, como caminhões e ônibus.131

Um segundo padrão de cobrança nos Estados Unidos é conhecido como CCS ou SAE Combo. Foi lançado em 2011 por um grupo de fabricantes de automóveis europeus e norte-americanos. A palavracombinaçãoindica que o plugue contém carregamento CA (até 43 kW) e carregamento CC.132 In

Na Alemanha, a coligação Charging Interface Initiative (CharIN) foi formada para defender a adoção generalizada da CCS. Ao contrário do CHAdeMO, um plugue CCS permite o carregamento CC e CA com uma única porta, reduzindo o espaço e as aberturas necessárias na carroceria do veículo. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA e Hyundai apoiam o CCS. A Tesla também se juntou à coligação e, em Novembro de 2018, anunciou que os seus veículos na Europa seriam equipados com portas de carregamento CCS.133 O Chevrolet Bolt e o BMW i3 estão entre os VE populares nos Estados Unidos que utilizam carregamento CCS. Embora os atuais carregadores rápidos CCS ofereçam carregamento de cerca de 50 kW, o programa Electrify America inclui carregamento rápido de 350 kW, o que poderia permitir uma carga quase completa em apenas 10 minutos.

O terceiro padrão de cobrança nos Estados Unidos é operado pela Tesla, que lançou sua própria rede proprietária de Supercharger nos Estados Unidos em setembro de 2012.134 Tesla

Os supercarregadores normalmente operam a 480 volts e oferecem carregamento a um máximo de 120 kW. Como

de janeiro de 2019, o site da Tesla listou 595 locais de Supercharger nos Estados Unidos, com 420 locais adicionais “em breve”.135 Em maio de 2018, Tesla sugeriu que no futuro seus Superchargers poderiam atingir níveis de potência de até 350 kW.136

Na nossa investigação para este relatório, perguntámos aos entrevistados dos EUA se consideravam a falta de uma norma nacional única para o carregamento rápido DC uma barreira à adopção de VE. Poucos responderam afirmativamente. As razões pelas quais vários padrões de carregamento rápido DC não são considerados um problema incluem:

● A maior parte do carregamento de VE ocorre em casa e no trabalho, com carregadores de Nível 1 e 2.

● Grande parte da infra-estrutura de carregamento pública e no local de trabalho até à data utilizou carregadores de Nível 2.

● Estão disponíveis adaptadores que permitem aos proprietários de VE utilizar a maioria dos carregadores rápidos CC, mesmo que o VE e o carregador utilizem padrões de carregamento diferentes. (A principal exceção, a rede de superalimentação Tesla, está aberta apenas a veículos Tesla.) Notavelmente, existem algumas preocupações sobre a segurança dos adaptadores de carregamento rápido.

● Uma vez que a ficha e o conector representam uma pequena percentagem do custo de uma estação de carregamento rápido, isto representa pouco desafio técnico ou financeiro para os proprietários das estações e pode ser comparado com as mangueiras para gasolinas de diferentes octanas numa estação de abastecimento. Muitas estações de carregamento públicas têm vários plugues conectados a um único posto de carregamento, permitindo que qualquer tipo de EV seja carregado ali. Na verdade, muitas jurisdições exigem ou incentivam isso.CARREGAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NA CHINA E ESTADOS UNIDOS

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Alguns fabricantes de automóveis afirmaram que uma rede de carregamento exclusiva representa uma estratégia competitiva. Claas Bracklo, chefe de eletromobilidade da BMW e presidente da CharIN, declarou em 2018: “Fundamos a CharIN para construir uma posição de poder.”137 Muitos proprietários e investidores da Tesla consideram a sua rede proprietária de superalimentadores um ponto de venda, embora a Tesla continue a expressar vontade de permitir que outros modelos de automóveis utilizem a sua rede, desde que contribuam com financiamento proporcional à utilização.138 A Tesla também faz parte da CharIN que promove a CCS. Em novembro de 2018, anunciou que os carros Modelo 3 vendidos na Europa viriam equipados com portas CCS. Os proprietários de Tesla também podem adquirir adaptadores para acessar os carregadores rápidos CHAdeMO.139

C. Protocolos de comunicação de carregamento Os protocolos de comunicação de carregamento são necessários para otimizar o carregamento para as necessidades do usuário (para detectar o estado de carga, tensão da bateria e segurança) e para a rede (incluindo

capacidade da rede de distribuição, preços no tempo de utilização e medidas de resposta à procura).140 China GB/T e CHAdeMO utilizam um protocolo de comunicação conhecido como CAN, enquanto o CCS funciona com o protocolo PLC. Protocolos de comunicação abertos, como o Open Charge Point Protocol (OCPP) desenvolvido pela Open Charging Alliance, estão a tornar-se cada vez mais populares nos Estados Unidos e na Europa.

Na nossa pesquisa para este relatório, vários entrevistados dos EUA citaram a mudança para protocolos e software de comunicações abertos como uma prioridade política. Em particular, alguns projetos de cobrança pública que receberam financiamento ao abrigo da Lei Americana de Recuperação e Reinvestimento (ARRA) foram citados como tendo escolhido fornecedores com plataformas proprietárias que posteriormente enfrentaram dificuldades financeiras, deixando equipamentos quebrados que necessitavam de substituição.141 A maioria das cidades, serviços públicos e serviços de cobrança as redes contatadas para este estudo expressaram apoio a protocolos de comunicação abertos e incentivos para permitir a cobrança de hosts de rede para mudar de provedor sem problemas.142

D. Custos

Os carregadores domésticos são mais baratos na China do que nos Estados Unidos. Na China, um carregador doméstico típico de parede de 7 kW é vendido online por entre RMB 1.200 e RMB 1.800,143. A instalação requer um custo adicional. (A maioria das compras privadas de veículos elétricos vem com carregador e instalação incluídos.) Nos Estados Unidos, os carregadores domésticos de Nível 2 custam entre US$ 450 e US$ 600, mais uma média de cerca de US$ 500 para instalação.144 O equipamento de carregamento rápido DC é significativamente mais caro em ambos os países. Os custos variam amplamente. Um especialista chinês entrevistado para este relatório estimou que a instalação de um posto de carregamento rápido DC de 50 kW na China normalmente custa entre RMB 45.000 e RMB 60.000, com o próprio posto de carregamento representando cerca de RMB 25.000 – RMB 35.000 e cabeamento, infraestrutura subterrânea e contabilidade de mão de obra para o restante.145 Nos Estados Unidos, o carregamento rápido DC pode custar dezenas de milhares de dólares por postagem. As principais variáveis ​​que afetam o custo de instalação de equipamentos de carregamento rápido DC incluem a necessidade de abertura de valas, atualizações de transformadores, circuitos e painéis elétricos novos ou atualizados e atualizações estéticas. Sinalização, permissão e acesso para pessoas com deficiência são considerações adicionais.146

E. Carregamento sem fio

O carregamento sem fio oferece diversas vantagens, incluindo estética, economia de tempo e facilidade de uso.

Ele estava disponível na década de 1990 para o EV1 (um dos primeiros carros elétricos), mas é raro hoje. 147 Os sistemas de carregamento de EV sem fio oferecidos on-line custam de US$ 1.260 a cerca de US$ 3.000. cerca de 85%.149 Os atuais produtos de carregamento sem fio oferecem transferência de energia de 3 a 22 kW; carregadores sem fio disponíveis para vários modelos de EV da Plugless carregam 3,6 kW ou 7,2 kW, equivalente ao carregamento de Nível 2.150 Embora muitos usuários de EV considerem que o carregamento sem fio não vale o custo adicional,151 alguns analistas preveem que a tecnologia será amplamente difundida em breve, e vários fabricantes de automóveis anunciaram que ofereceriam carregamento sem fio como uma opção em futuros veículos elétricos. O carregamento sem fio pode ser atraente para certos veículos com rotas definidas, como ônibus públicos, e também foi proposto para futuras faixas elétricas nas rodovias, embora o alto custo, a baixa eficiência de carregamento e as velocidades de carregamento lentas sejam desvantagens.152

F. Troca de bateria

Com a tecnologia de troca de baterias, os veículos elétricos poderiam trocar suas baterias descarregadas por outras totalmente carregadas. Isto reduziria drasticamente o tempo necessário para recarregar um VE, com benefícios potenciais significativos para os condutores.

Várias cidades e empresas chinesas estão atualmente a experimentar a troca de baterias, com foco em veículos elétricos de frota de alta utilização, como os táxis. A cidade de Hangzhou implementou a troca de baterias para a sua frota de táxis, que utiliza EVs Zotye fabricados localmente.155 Pequim construiu várias estações de troca de baterias num esforço apoiado pelo fabricante de automóveis local BAIC. No final de 2017, a BAIC anunciou um plano para construir 3.000 estações de troca em todo o país até 2021.156 A startup chinesa de veículos elétricos NIO planeja adotar a tecnologia de troca de bateria para alguns de seus veículos e anunciou que construiria 1.100 estações de troca na China.157 Várias cidades na China— incluindo Hangzhou e Qingdao – também usaram a troca de baterias para ônibus.158

Nos Estados Unidos, a discussão sobre a troca de baterias desapareceu após a falência em 2013 da startup israelense de troca de baterias Project Better Place, que havia planejado uma rede de estações de troca para carros de passageiros.153 Em 2015, a Tesla abandonou seus planos de troca de estações depois de construir apenas uma instalação de demonstração, culpando a falta de interesse do consumidor. Existem hoje poucas experiências em curso no que diz respeito à troca de baterias nos Estados Unidos.154 O declínio nos custos das baterias e, talvez, em menor grau, a implantação de uma infra-estrutura de carregamento rápido DC, provavelmente reduziram a atracção da troca de baterias no Estados Unidos.

Embora a troca de bateria ofereça várias vantagens, ela também apresenta desvantagens notáveis. Uma bateria EV é pesada e normalmente localizada na parte inferior do veículo, formando um componente estrutural integral com tolerâncias mínimas de engenharia para alinhamento e conexões elétricas. As baterias actuais normalmente necessitam de refrigeração e é difícil ligar e desligar sistemas de refrigeração.159 Dado o seu tamanho e peso, os sistemas de baterias devem encaixar perfeitamente para evitar ruídos, reduzir o desgaste e manter o veículo centrado. A arquitetura da bateria do skate, comum nos veículos elétricos atuais, melhora a segurança, diminuindo o centro de peso do veículo e melhorando a proteção contra colisões na frente e na traseira. Baterias removíveis localizadas no porta-malas ou em outro lugar não teriam essa vantagem. Como a maioria dos proprietários de veículos cobra principalmente em casa ouCARREGAMENTO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS NA CHINA E ESTADOS UNIDOSno trabalho, a troca de baterias não resolveria necessariamente os problemas de infraestrutura de carregamento – apenas ajudaria a resolver o carregamento público e o alcance. E como a maioria dos fabricantes de automóveis não estão dispostos a padronizar conjuntos de baterias ou designs – os carros são projetados em torno de suas baterias e motores, tornando isso um valor proprietário chave160 – a troca de baterias pode exigir uma rede de estações de troca separada para cada montadora ou equipamentos de troca separados para diferentes modelos e modelos. tamanhos de veículos. Embora tenham sido propostos camiões móveis para troca de baterias,161 este modelo de negócio ainda não foi implementado.