Las tecnologías de carga de vehículos eléctricos en China y Estados Unidos son bastante similares. En ambos países, los cables y enchufes son la tecnología predominante para la carga de vehículos eléctricos. (La carga inalámbrica y el intercambio de baterías tienen, como mucho, una presencia mínima). Existen diferencias entre ambos países en cuanto a los niveles de carga, los estándares de carga y los protocolos de comunicación. Estas similitudes y diferencias se analizan a continuación.
A. Niveles de carga
En Estados Unidos, gran parte de la carga de vehículos eléctricos se realiza a 120 voltios utilizando tomas de corriente domésticas sin modificar. Esto se conoce generalmente como carga de Nivel 1 o carga lenta. Con la carga de Nivel 1, una batería típica de 30 kWh tarda aproximadamente 12 horas en cargarse del 20 % a casi la carga completa. (En China no hay tomas de corriente de 120 voltios).
Tanto en China como en Estados Unidos, gran parte de la carga de vehículos eléctricos se realiza a 220 voltios (China) o 240 voltios (Estados Unidos). En Estados Unidos, esto se conoce como carga de Nivel 2.
Esta carga puede realizarse con tomas de corriente sin modificar o con equipos especializados para vehículos eléctricos y suele consumir entre 6 y 7 kW de potencia. Al cargar a 220-240 voltios, una batería típica de 30 kWh tarda aproximadamente 6 horas en cargarse del 20 % a casi la carga completa.
Finalmente, tanto China como Estados Unidos cuentan con redes crecientes de cargadores rápidos de CC, que suelen utilizar potencias de 24 kW, 50 kW, 100 kW o 120 kW. Algunas estaciones pueden ofrecer 350 kW o incluso 400 kW. Estos cargadores rápidos de CC pueden cargar la batería de un vehículo desde el 20 % hasta casi su capacidad máxima en tiempos que van desde aproximadamente una hora hasta tan solo 10 minutos.
Tabla 6:Niveles de carga más comunes en EE. UU.
| Nivel de carga | Autonomía del vehículo añadida por tiempo de carga yFuerza | Suministro de energía |
| Nivel 1 de CA | 4 mi/hora a 1,4 kW 6 mi/hora a 1,9 kW | 120 V CA/20 A (12-16 A continuos) |
| Nivel 2 de CA | 10 mi/hora a 3,4 kW 20 mi/hora a 6,6 kW 60 mi/hora a 19,2 kW | 208/240 V CA/20-100 A (16-80 A continuos) |
| Tarifas dinámicas de cobro por tiempo de uso | 24 mi/20 minutos a 24 kW 50 mi/20 minutos a 50 kW 90 mi/20 minutos a 90 kW | 208/480 V CA trifásica (corriente de entrada proporcional a la potencia de salida; ~20-400 A CA) |
Fuente: Departamento de Energía de EE. UU.
B. Normas de carga
yo. China
China cuenta con un estándar nacional de carga rápida para vehículos eléctricos. Estados Unidos cuenta con tres.
El estándar chino se conoce como China GB/T. (Las inicialesGB(representa el estándar nacional).
El estándar GB/T de China se lanzó en 2015 tras varios años de desarrollo.124 Ahora es obligatorio para todos los vehículos eléctricos nuevos vendidos en China. Fabricantes de automóviles internacionales, como Tesla, Nissan y BMW, han adoptado el estándar GB/T para sus vehículos eléctricos vendidos en China. Actualmente, el GB/T permite la carga rápida con una potencia máxima de 237,5 kW (a 950 V y 250 amperios), aunque muchos
Los cargadores rápidos de CC chinos ofrecen una carga de 50 kW. En 2019 o 2020 se lanzará un nuevo GB/T que, según se informa, actualizará el estándar para incluir la carga de hasta 900 kW para vehículos comerciales de mayor tamaño. El GB/T es un estándar exclusivo de China: los pocos vehículos eléctricos fabricados en China que se exportan al extranjero utilizan otros estándares.¹²
En agosto de 2018, el Consejo de Electricidad de China (CEC) anunció un memorando de entendimiento con la red CHAdeMO, con sede en Japón, para desarrollar conjuntamente la carga ultrarrápida. El objetivo es la compatibilidad entre GB/T y CHAdeMO para la carga rápida. Ambas organizaciones colaborarán para expandir el estándar a países más allá de China y Japón.126
ii. Estados Unidos
En Estados Unidos, existen tres estándares de carga de vehículos eléctricos para carga rápida de CC: CHAdeMO, CCS SAE Combo y Tesla.
CHAdeMO fue el primer estándar de carga rápida para vehículos eléctricos, que data de 2011. Fue desarrollado por Tokio
Electric Power Company y significa "Charge to Move" (un juego de palabras en japonés).127 CHAdeMO se utiliza actualmente en Estados Unidos en el Nissan Leaf y el Mitsubishi Outlander PHEV, que se encuentran entre los vehículos eléctricos más vendidos. El éxito del Leaf en Estados Unidos puede deberseCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA Y ESTADOS UNIDOS
ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRERO 2019 |
debido en parte al compromiso temprano de Nissan de implementar la infraestructura de carga rápida CHAdeMO en concesionarios y otras ubicaciones urbanas.128 En enero de 2019, había más de 2900 cargadores rápidos CHAdeMO en los Estados Unidos (así como más de 7400 en Japón y 7900 en Europa).129
En 2016, CHAdeMO anunció que actualizaría su estándar de carga inicial de 70
kW ofrecerá 150 kW.¹¹ En junio de 2018, CHAdeMO anunció la introducción de una capacidad de carga de 400 kW, utilizando cables refrigerados por líquido de 1000 V y 400 A. Esta mayor capacidad de carga estará disponible para satisfacer las necesidades de vehículos comerciales grandes, como camiones y autobuses.¹¹
Un segundo estándar de carga en Estados Unidos se conoce como CCS o SAE Combo. Fue lanzado en 2011 por un grupo de fabricantes de automóviles europeos y estadounidenses. La palabracombinaciónIndica que el enchufe contiene tanto carga de CA (hasta 43 kW) como carga de CC.132 En
Alemania: La coalición Iniciativa de Interfaz de Carga (CharIN) se formó para promover la adopción generalizada de la CCS. A diferencia de CHAdeMO, un enchufe CCS permite la carga de CC y CA con un solo puerto, lo que reduce el espacio y las aberturas necesarias en la carrocería del vehículo. Jaguar.
Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA y Hyundai apoyan la CCS. Tesla también se unió a la coalición y, en noviembre de 2018, anunció que sus vehículos en Europa estarían equipados con puertos de carga CCS.133 El Chevrolet Bolt y el BMW i3 se encuentran entre los vehículos eléctricos más populares en Estados Unidos que utilizan la carga CCS. Si bien los cargadores rápidos CCS actuales ofrecen una carga de aproximadamente 50 kW, el programa Electrify America incluye una carga rápida de 350 kW, que podría permitir una carga casi completa en tan solo 10 minutos.
El tercer estándar de carga en los Estados Unidos es operado por Tesla, que lanzó su propia red patentada de Supercharger en los Estados Unidos en septiembre de 2012.134 Tesla
Los supercargadores suelen funcionar a 480 voltios y ofrecen una carga de un máximo de 120 kW.
En enero de 2019, el sitio web de Tesla enumeraba 595 ubicaciones de Supercargadores en los Estados Unidos, y 420 ubicaciones adicionales "próximamente".135 En mayo de 2018, Tesla sugirió que en el futuro sus Supercargadores podrían alcanzar niveles de potencia de hasta 350 kW.136
En nuestra investigación para este informe, preguntamos a los entrevistados estadounidenses si consideraban que la falta de una norma nacional única para la carga rápida de CC era un obstáculo para la adopción de vehículos eléctricos. Pocos respondieron afirmativamente. Las razones por las que la existencia de múltiples normas de carga rápida de CC no se considera un problema incluyen:
● La mayor parte de la carga de vehículos eléctricos se realiza en casa y en el trabajo, con cargadores de nivel 1 y 2.
● Gran parte de la infraestructura de carga pública y en el lugar de trabajo hasta la fecha ha utilizado cargadores de nivel 2.
● Existen adaptadores que permiten a los propietarios de vehículos eléctricos usar la mayoría de los cargadores rápidos de CC, incluso si el vehículo eléctrico y el cargador utilizan estándares de carga diferentes. (La principal excepción, la red de supercarga de Tesla, solo está disponible para vehículos Tesla). Cabe destacar que existen algunas preocupaciones sobre la seguridad de los adaptadores de carga rápida.
● Dado que el enchufe y el conector representan un pequeño porcentaje del costo de una estación de carga rápida, esto presenta un pequeño desafío técnico o financiero para los propietarios de las estaciones y podría compararse con las mangueras para gasolinas de diferente octanaje en una gasolinera. Muchas estaciones de carga públicas tienen varios enchufes conectados a un solo poste de carga, lo que permite cargar cualquier tipo de vehículo eléctrico. De hecho, muchas jurisdicciones lo exigen o lo incentivan.CARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA Y ESTADOS UNIDOS
38 | CENTRO DE POLÍTICA ENERGÉTICA GLOBAL | COLUMBIA SIPA
Algunos fabricantes de automóviles han afirmado que una red de carga exclusiva representa una estrategia competitiva. Claas Bracklo, director de electromovilidad en BMW y presidente de CharIN, declaró en 2018: «Hemos fundado CharIN para construir una posición de poder».137 Muchos propietarios e inversores de Tesla consideran su red de supercargadores patentada un atractivo comercial, aunque Tesla sigue expresando su disposición a permitir que otros modelos de coches utilicen su red, siempre que aporten una financiación proporcional al uso.138 Tesla también forma parte de CharIN y promueve la CCS. En noviembre de 2018, anunció que los Model 3 vendidos en Europa vendrían equipados con puertos CCS. Los propietarios de Tesla también pueden adquirir adaptadores para acceder a los cargadores rápidos CHAdeMO.139
C. Protocolos de comunicación de carga Los protocolos de comunicación de carga son necesarios para optimizar la carga para las necesidades del usuario (para detectar el estado de carga, el voltaje de la batería y la seguridad) y para la red (incluida la
Capacidad de la red de distribución, tarificación por tiempo de uso y medidas de respuesta a la demanda).140 China GB/T y CHAdeMO utilizan un protocolo de comunicación conocido como CAN, mientras que CCS trabaja con el protocolo PLC. Los protocolos de comunicación abiertos, como el Protocolo de Punto de Carga Abierto (OCPP), desarrollado por la Open Charging Alliance, son cada vez más populares en Estados Unidos y Europa.
En nuestra investigación para este informe, varios entrevistados estadounidenses mencionaron la transición hacia protocolos y software de comunicación abiertos como una prioridad política. En particular, se mencionó que algunos proyectos de carga pública financiados por la Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense (ARRA) eligieron proveedores con plataformas propietarias que posteriormente experimentaron dificultades financieras, lo que dejó equipos dañados que requirieron reemplazo.141 La mayoría de las ciudades, empresas de servicios públicos y redes de carga contactadas para este estudio expresaron su apoyo a los protocolos de comunicación abiertos y a los incentivos para que los proveedores de las redes de carga puedan cambiar de proveedor sin problemas.142
D. Costos
Los cargadores domésticos son más baratos en China que en Estados Unidos. En China, un cargador doméstico típico de 7 kW montado en la pared se vende en línea por entre RMB 1,200 y RMB 1,800.143 La instalación requiere un costo adicional. (La mayoría de las compras de vehículos eléctricos privados vienen con el cargador y la instalación incluidos). En Estados Unidos, los cargadores domésticos de Nivel 2 cuestan en el rango de $450-$600, más un promedio de aproximadamente $500 para la instalación.144 El equipo de carga rápida de CC es significativamente más caro en ambos países. Los costos varían ampliamente. Un experto chino entrevistado para este informe estimó que instalar un poste de carga rápida de CC de 50 kW en China generalmente cuesta entre RMB 45,000 y RMB 60,000, con el poste de carga en sí representando aproximadamente RMB 25,000 - RMB 35,000 y el cableado, la infraestructura subterránea y la mano de obra representando el resto.145 En Estados Unidos, la carga rápida de CC puede costar decenas de miles de dólares por poste. Las principales variables que afectan el costo de instalación de equipos de carga rápida de CC incluyen la necesidad de excavación de zanjas, la actualización de transformadores, circuitos y paneles eléctricos nuevos o mejorados, y mejoras estéticas. La señalización, los permisos y el acceso para personas con discapacidad son consideraciones adicionales.146
E. Carga inalámbrica
La carga inalámbrica ofrece varias ventajas, entre ellas la estética, el ahorro de tiempo y la facilidad de uso.
Estuvo disponible en la década de 1990 para el EV1 (uno de los primeros coches eléctricos), pero hoy en día es poco común.147 Los sistemas de carga inalámbrica para vehículos eléctricos (VE) que se ofrecen en línea tienen un coste que oscila entre los 1260 y los 3000 dólares aproximadamente.148 La carga inalámbrica para vehículos eléctricos conlleva una pérdida de eficiencia, ya que los sistemas actuales ofrecen una eficiencia de carga de alrededor del 85 %.149 Los productos de carga inalámbrica actuales ofrecen una transferencia de potencia de 3 a 22 kW; los cargadores inalámbricos disponibles para varios modelos de VE de Plugless cargan a 3,6 kW o 7,2 kW, equivalente a la carga de nivel 2.150 Si bien muchos usuarios de VE consideran que la carga inalámbrica no justifica el coste adicional,151 algunos analistas han pronosticado que la tecnología pronto se generalizará, y varios fabricantes de automóviles han anunciado que ofrecerán la carga inalámbrica como opción en futuros VE. La carga inalámbrica podría ser atractiva para ciertos vehículos con rutas definidas, como los autobuses públicos, y también se ha propuesto para futuros carriles de autopistas eléctricas, aunque su elevado coste, la baja eficiencia de carga y las bajas velocidades de carga serían inconvenientes.152
F. Cambio de batería
Con la tecnología de intercambio de baterías, los vehículos eléctricos podrían cambiar sus baterías agotadas por otras completamente cargadas. Esto reduciría drásticamente el tiempo de recarga de un vehículo eléctrico, con importantes beneficios potenciales para los conductores.
Varias ciudades y empresas chinas están experimentando actualmente con el intercambio de baterías, centrándose en flotas de vehículos eléctricos de alta utilización, como los taxis. La ciudad de Hangzhou ha implementado el intercambio de baterías para su flota de taxis, que utiliza vehículos eléctricos Zotye de fabricación local.155 Pekín ha construido varias estaciones de intercambio de baterías en un esfuerzo apoyado por el fabricante local de automóviles BAIC. A finales de 2017, BAIC anunció un plan para construir 3000 estaciones de intercambio en todo el país para 2021.156 La startup china de vehículos eléctricos NIO planea adoptar la tecnología de intercambio de baterías para algunos de sus vehículos y anunció la construcción de 1100 estaciones de intercambio en China.157 Varias ciudades de China, incluidas Hangzhou y Qingdao, también han utilizado el intercambio de baterías para autobuses.158
En Estados Unidos, el debate sobre el intercambio de baterías se desvaneció tras la quiebra en 2013 de la empresa israelí de intercambio de baterías Project Better Place, que había planificado una red de estaciones de intercambio para turismos.153 En 2015, Tesla abandonó sus planes de estaciones de intercambio tras construir solo una instalación de demostración, alegando la falta de interés de los consumidores. Actualmente, hay pocos experimentos en marcha con respecto al intercambio de baterías en Estados Unidos, si es que hay alguno.154 La disminución de los costes de las baterías, y quizás en menor medida la implantación de infraestructura de carga rápida de CC, probablemente han reducido el atractivo del intercambio de baterías en Estados Unidos.
Si bien el intercambio de baterías ofrece varias ventajas, también presenta desventajas notables. La batería de un vehículo eléctrico es pesada y generalmente se ubica en la parte inferior del vehículo, formando un componente estructural integral con tolerancias de ingeniería mínimas para la alineación y las conexiones eléctricas. Las baterías actuales suelen requerir refrigeración, y conectar y desconectar los sistemas de refrigeración es difícil.159 Dado su tamaño y peso, los sistemas de baterías deben encajar perfectamente para evitar vibraciones, reducir el desgaste y mantener el vehículo centrado. La arquitectura de batería de patineta, común en los vehículos eléctricos actuales, mejora la seguridad al bajar el centro de gravedad del vehículo y mejorar la protección contra choques en la parte delantera y trasera. Las baterías extraíbles ubicadas en el maletero o en otro lugar carecerían de esta ventaja. Dado que la mayoría de los propietarios de vehículos cargan principalmente en casa oCARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CHINA Y ESTADOS UNIDOSEn el trabajo, el intercambio de baterías no resolvería necesariamente los problemas de infraestructura de carga; solo ayudaría a abordar la carga pública y la autonomía. Y dado que la mayoría de los fabricantes de automóviles no están dispuestos a estandarizar los paquetes o diseños de baterías (los automóviles se diseñan en torno a sus baterías y motores, lo que convierte esto en un valor propietario clave160), el intercambio de baterías podría requerir una red de estaciones de intercambio independiente para cada compañía automotriz o equipos de intercambio separados para diferentes modelos y tamaños de vehículos. Si bien se han propuesto camiones móviles para el intercambio de baterías161, este modelo de negocio aún no se ha implementado.
Hora de publicación: 20 de enero de 2021