EV 충전기 기술

중국과 미국의 EV 충전 기술은 대체로 유사합니다.두 국가 모두에서 코드와 플러그는 전기 자동차 충전에 압도적으로 지배적인 기술입니다.(무선 충전과 배터리 교환은 거의 존재하지 않습니다.) 충전 수준, 충전 표준 및 통신 프로토콜과 관련하여 양국 간에 차이가 있습니다.이러한 유사점과 차이점은 아래에서 논의됩니다.

A. 충전 수준

미국에서는 대부분의 EV 충전이 개조되지 않은 가정용 벽면 콘센트를 사용하여 120V에서 이루어집니다.이는 일반적으로 레벨 1 또는 "세류" ​​충전으로 알려져 있습니다.레벨 1 충전을 사용하면 일반적인 30kWh 배터리가 20%에서 거의 완전 충전까지 약 12시간이 걸립니다.(중국에는 120V 콘센트가 없습니다.)

중국과 미국 모두 220V(중국) 또는 240V(미국)에서 EV 충전이 많이 이루어집니다.미국에서는 이를 레벨 2 충전이라고 합니다.

이러한 충전은 개조되지 않은 콘센트나 특수 EV 충전 장비를 사용하여 이루어질 수 있으며 일반적으로 약 6~7kW의 전력을 사용합니다.220~240V로 충전할 때 일반적인 30kWh 배터리는 20%에서 거의 완전 충전까지 약 6시간이 걸립니다.

마지막으로, 중국과 미국 모두 일반적으로 24kW, 50kW, 100kW 또는 120kW의 전력을 사용하는 DC 고속 충전기 네트워크를 확장하고 있습니다.일부 스테이션에서는 350kW 또는 심지어 400kW의 전력을 제공할 수도 있습니다.이러한 DC 고속 충전기는 약 1시간에서 최소 10분 내에 차량 배터리를 20%에서 거의 완전 충전할 수 있습니다.

표 6:미국에서 가장 일반적인 충전 수준

출처: 미국 에너지부

나. 충전기준

나.중국

중국에는 전국적인 EV 고속 충전 표준이 하나 있습니다.미국에는 세 가지 EV 고속 충전 표준이 있습니다.

중국 표준은 China GB/T로 알려져 있습니다.(이니셜은GB국가 표준을 의미합니다.)

중국 GB/T는 수년간의 개발 끝에 2015년에 출시되었습니다.124 이제 중국에서 판매되는 모든 신규 전기 자동차에 의무적으로 적용됩니다.Tesla, Nissan, BMW를 포함한 국제 자동차 제조업체는 중국에서 판매되는 EV에 GB/T 표준을 채택했습니다.GB/T는 현재 최대 237.5kW 출력(950V 및 250A)의 고속 충전을 허용합니다.

중국 DC 고속 충전기는 50kW 충전을 제공합니다.새로운 GB/T는 2019년 또는 2020년에 출시될 예정이며, 이는 대형 상용차의 경우 최대 900kW 충전을 포함하도록 표준을 업그레이드할 것으로 알려졌습니다.GB/T는 중국에만 적용되는 표준입니다. 해외로 수출되는 소수의 중국산 EV는 다른 표준을 사용합니다.125

2018년 8월 중국전력위원회(CEC)는 일본에 본사를 둔 CHAdeMO 네트워크와 초고속 충전을 공동 개발하기 위한 양해각서(MOU)를 발표했습니다.목표는 고속 충전을 위한 GB/T와 CHAdeMO 간의 호환성입니다.두 조직은 협력하여 중국과 일본을 넘어 국가로 표준을 확장할 것입니다.126

ii.미국

미국에는 DC 고속 충전을 위한 EV 충전 표준이 CHAdeMO, CCS SAE Combo, Tesla 등 세 가지가 있습니다.

CHAdeMO는 2011년에 최초의 EV 고속 충전 표준이었습니다. 이는 도쿄에서 개발되었습니다.

Electric Power Company는 "Charge to Move"(일본어 말장난)의 약자입니다.127 CHAdeMO는 현재 미국에서 가장 많이 팔리는 전기 자동차 중 하나인 Nissan Leaf와 Mitsubishi Outlander PHEV에 사용되고 있습니다.The Leaf의 미국에서의 성공은 아마도중국과 미국에서 충전되는 전기 자동차

에너지 정책.COLUMBIA.EDU |2019년 2월 |

이는 부분적으로 대리점 및 기타 도시 지역에 CHAdeMO 고속 충전 인프라를 구축하겠다는 Nissan의 초기 약속에 기인합니다.128 2019년 1월 현재 미국에는 2,900개 이상의 CHAdeMO 고속 충전기가 있었습니다(일본에는 7,400개 이상, 7,900개 이상). 유럽).129

2016년에 CHAdeMO는 초기 충전 속도인 70에서 표준을 업그레이드할 것이라고 발표했습니다.

kW, 150kW 제공.130 2018년 6월 CHAdeMO는 1,000V, 400A 수냉식 케이블을 사용하여 400kW 충전 기능을 도입한다고 발표했습니다.트럭이나 버스와 같은 대형 상업용 차량의 요구를 충족시키기 위해 더 높은 충전이 가능할 것입니다.131

미국의 두 번째 충전 표준은 CCS 또는 SAE 콤보로 알려져 있습니다.2011년 유럽 및 미국 자동차 제조업체 그룹에 의해 출시되었습니다.단어콤보플러그에 AC 충전(최대 43kW)과 DC 충전이 모두 포함되어 있음을 나타냅니다.132

독일에서는 CCS의 광범위한 채택을 옹호하기 위해 CharIN(Charging Interface Initiative) 연합이 결성되었습니다.CHAdeMO와 달리 CCS 플러그를 사용하면 단일 포트로 DC 및 AC 충전이 가능하므로 차체에 필요한 공간과 개구부가 줄어듭니다.재규어,

폭스바겐, 제너럴 모터스, BMW, 다임러, 포드, FCA 및 현대는 CCS를 지원합니다.Tesla도 이 연합에 합류하여 2018년 11월에 유럽의 차량에 CCS 충전 포트가 장착될 것이라고 발표했습니다.133 Chevrolet Bolt와 BMW i3는 CCS 충전을 사용하는 미국에서 인기 있는 EV 중 하나입니다.현재 CCS 고속 충전기는 약 50kW의 충전을 제공하지만 Electrify America 프로그램에는 350kW의 고속 충전이 포함되어 있어 10분 만에 거의 완전 충전이 가능합니다.

미국의 세 번째 충전 표준은 Tesla가 운영하며, Tesla는 2012년 9월 미국에서 자체 슈퍼차저 네트워크를 출시했습니다.134 Tesla

슈퍼차저는 일반적으로 480V에서 작동하며 최대 120kW의 충전을 제공합니다.처럼

2019년 1월 현재 Tesla 웹사이트에는 미국 내 595개의 슈퍼차저 위치가 나열되어 있으며 추가로 420개 위치가 "곧 출시될 예정"입니다.135 2018년 5월 Tesla는 미래에 자사의 슈퍼차저가 최대 350kW의 전력 수준에 도달할 수 있다고 제안했습니다.136

이 보고서에 대한 조사에서 우리는 미국 인터뷰 대상자들에게 DC 고속 충전에 대한 단일 국가 표준이 없다는 점을 EV 채택의 장벽으로 간주하는지 물었습니다.긍정적으로 대답한 사람은 거의 없었습니다.여러 DC 고속 충전 표준이 문제로 간주되지 않는 이유는 다음과 같습니다.

● 대부분의 EV 충전은 집과 직장에서 레벨 1과 2 충전기로 이루어집니다.

● 현재까지 공공 및 직장 충전 인프라의 대부분은 레벨 2 충전기를 사용해 왔습니다.

● EV와 충전기가 다른 충전 규격을 사용하더라도 EV 소유자는 대부분의 DC 급속 충전기를 사용할 수 있도록 어댑터를 사용할 수 있습니다.(주요 예외인 Tesla 슈퍼차징 네트워크는 Tesla 차량에만 개방됩니다.) 특히 고속 충전 어댑터의 안전성에 대한 우려가 있습니다.

● 플러그와 커넥터는 고속 충전소 비용의 작은 부분을 차지하므로 이는 충전소 소유자에게 기술적 또는 재정적 어려움을 거의 주지 않으며 주유소의 다양한 옥탄 휘발유용 호스와 비교할 수 있습니다.많은 공공 충전소에는 단일 충전소에 여러 개의 플러그가 연결되어 있어 모든 유형의 EV를 충전할 수 있습니다.실제로 많은 관할권에서는 이를 요구하거나 인센티브를 제공합니다.중국과 미국에서 충전되는 전기 자동차

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일부 자동차 제조업체는 독점 충전 네트워크가 경쟁 전략을 의미한다고 말했습니다.BMW의 전기 이동성 책임자이자 CharIN의 회장인 Claas Bracklo는 2018년에 "우리는 강력한 위치를 구축하기 위해 CharIN을 설립했습니다"라고 말했습니다. 137 Tesla는 계속해서 표명하고 있지만 많은 Tesla 소유주와 투자자는 독점 슈퍼차저 네트워크를 판매 포인트로 간주합니다. 사용량에 비례하여 자금을 제공하는 경우 다른 자동차 모델이 자사 네트워크를 사용하도록 허용할 의지가 있습니다.138 Tesla는 CCS를 홍보하는 CharIN의 일부이기도 합니다.2018년 11월에는 유럽에서 판매되는 Model 3 자동차에 CCS 포트가 장착될 것이라고 발표했습니다.Tesla 소유자는 CHAdeMO 고속 충전기에 액세스하기 위해 어댑터를 구입할 수도 있습니다.139

C. 충전 통신 프로토콜 충전 통신 프로토콜은 사용자 요구(충전 상태, 배터리 전압 및 안전 감지)와 그리드(포함)에 대한 충전을 최적화하는 데 필요합니다.

배전 네트워크 용량, 사용 시간 가격 책정 및 수요 반응 측정).140 중국 GB/T 및 CHAdeMO는 CAN이라는 통신 프로토콜을 사용하는 반면 CCS는 PLC 프로토콜과 함께 작동합니다.OpenCharging Alliance에서 개발한 OCPP(Open Charge Point Protocol)와 같은 개방형 통신 프로토콜은 미국과 유럽에서 점점 더 대중화되고 있습니다.

이 보고서에 대한 우리의 연구에서 몇몇 미국 인터뷰 대상자들은 개방형 커뮤니케이션 프로토콜과 소프트웨어로의 전환을 정책 우선순위로 언급했습니다.특히, ARRA(미국 회복 및 재투자법)에 따라 자금을 지원받은 일부 공공 충전 프로젝트는 독점 플랫폼을 갖춘 공급업체를 선택했지만 나중에 재정적 어려움을 겪어 교체가 필요한 장비가 파손된 것으로 언급되었습니다.141 대부분의 도시, 유틸리티 및 충전 본 연구를 위해 접촉한 네트워크는 충전 네트워크 호스트가 공급자를 원활하게 전환할 수 있도록 개방형 통신 프로토콜과 인센티브에 대한 지지를 표명했습니다.142

D. 비용

가정용 충전기는 미국보다 중국이 더 저렴합니다.중국에서는 일반적인 7kW 벽걸이형 가정용 충전기가 온라인으로 RMB 1,200~RMB 1,800에 판매됩니다.143 설치에는 추가 비용이 필요합니다.(대부분의 개인 EV 구매에는 충전기와 설치가 포함되어 있습니다.) 미국에서 레벨 2 가정용 충전기의 가격은 $450~$600이며, 평균 설치 비용은 약 $500입니다.144 DC 고속 충전 장비는 미국에서 훨씬 더 비쌉니다. 두 나라 모두.비용은 매우 다양합니다.이 보고서를 위해 인터뷰한 한 중국 전문가는 중국에 50kW DC 고속 충전소를 설치하는 비용은 일반적으로 RMB 45,000~RMB 60,000이며, 충전소 자체 비용은 약 RMB 25,000~RMB 35,000, 케이블링, 지하 인프라 및 인건비를 차지한다고 추정했습니다. 나머지는.145 미국에서는 DC 고속 충전 비용이 포스트당 수만 달러에 달할 수 있습니다.DC 고속 충전 장비 설치 비용에 영향을 미치는 주요 변수에는 트렌칭, 변압기 업그레이드, 신규 또는 업그레이드된 회로 및 전기 패널, 미적 업그레이드의 필요성이 포함됩니다.장애인을 위한 표지판, 허가 및 접근은 추가적인 고려 사항입니다.146

E. 무선 충전

무선 충전은 미적 측면, 시간 절약, 사용 편의성 등 여러 가지 장점을 제공합니다.

1990년대 EV1(초기 전기 자동차)에 사용 가능했지만 현재는 드물다.147 온라인으로 제공되는 무선 EV 충전 시스템의 가격은 1,260달러에서 약 3,000달러에 이른다.148 무선 EV 충전은 효율성 저하를 수반하며 현재 시스템의 충전 효율성은 약 85%.149 현재 무선 충전 제품은 3~22kW의 전력 전송을 제공합니다.레벨 2 충전에 해당하는 3.6kW 또는 7.2kW의 플러그리스 충전을 통해 여러 EV 모델에 무선 충전기를 사용할 수 있습니다.150 많은 EV 사용자가 무선 충전이 추가 비용을 지불할 가치가 없다고 생각하지만151 일부 분석가는 이 기술이 곧 널리 보급될 것이라고 예측했습니다. 몇몇 자동차 제조업체는 미래의 EV에 무선 충전을 옵션으로 제공할 것이라고 발표했습니다.무선 충전은 공공 버스와 같이 경로가 정의된 특정 차량에 매력적일 수 있으며 미래의 전기 고속도로 차선에도 제안되었지만 높은 비용, 낮은 충전 효율성 및 느린 충전 속도가 단점이 될 수 있습니다.152

F. 배터리 교체

배터리 교환 기술을 통해 전기 자동차는 방전된 배터리를 완전히 충전된 다른 배터리로 교환할 수 있습니다.이는 EV 충전에 필요한 시간을 획기적으로 단축하고 운전자에게 상당한 잠재적 이점을 제공합니다.

몇몇 중국 도시와 기업은 현재 택시와 같이 활용도가 높은 차량용 EV에 중점을 두고 배터리 교체를 실험하고 있습니다.항저우 시에서는 현지에서 제작한 Zotye EV를 사용하는 택시 차량에 배터리 교체를 실시했습니다.155 베이징은 현지 자동차 제조업체인 BAIC의 지원을 받아 여러 개의 배터리 교체 스테이션을 건설했습니다.2017년 말, BAIC는 2021년까지 전국적으로 3,000개의 교환 스테이션을 구축할 계획을 발표했습니다.156 중국 EV 스타트업 NIO는 일부 차량에 배터리 교환 기술을 채택할 계획이며 중국에 1,100개의 교환 스테이션을 구축할 것이라고 발표했습니다.157 중국의 여러 도시— 항저우와 칭다오 등도 버스 배터리 교체를 사용했습니다.158

미국에서는 승용차용 교환 스테이션 네트워크를 계획했던 이스라엘 배터리 교환 스타트업 Project Better Place가 2013년 파산한 이후 배터리 교환에 대한 논의가 사라졌습니다.153 2015년 Tesla는 단 하나만 건설한 후 교환 스테이션 계획을 포기했습니다. 시연 시설, 소비자의 관심 부족을 비난.현재 미국에서는 배터리 교체와 관련하여 진행 중인 실험이 거의 없습니다.154 배터리 비용의 감소와 DC 고속 충전 인프라의 배치로 인해 배터리 교체의 매력이 줄어들었을 가능성이 높습니다. 미국.

배터리 교체는 여러 가지 장점을 제공하지만 주목할만한 단점도 있습니다.EV 배터리는 무겁고 일반적으로 차량 하단에 위치하며 정렬 및 전기 연결에 대한 엔지니어링 허용 오차가 최소화된 필수 구조 구성 요소를 형성합니다.오늘날의 배터리는 일반적으로 냉각이 필요하며 냉각 시스템을 연결하고 분리하는 것은 어렵습니다.159 크기와 무게를 고려할 때 배터리 시스템은 덜거덕거림을 방지하고 마모를 줄이며 차량을 중앙에 유지하기 위해 완벽하게 맞아야 합니다.오늘날 EV에 흔히 사용되는 스케이트보드 배터리 아키텍처는 차량의 무게 중심을 낮추고 전면 및 후면의 충돌 방지 기능을 향상시켜 안전성을 향상시킵니다.트렁크나 다른 곳에 위치한 탈착식 배터리에는 이러한 이점이 없습니다.대부분의 차량 소유자는 주로 집에서 충전하거나중국과 미국에서 충전되는 전기 자동차직장에서 배터리를 교체한다고 해서 충전 인프라 문제가 반드시 해결되는 것은 아닙니다. 공공 충전 및 주행 거리 문제만 해결하는 데 도움이 될 뿐입니다.그리고 대부분의 자동차 제조업체는 배터리 팩이나 디자인을 표준화하는 것을 꺼려하기 때문에(자동차는 배터리와 모터를 중심으로 설계되므로 이것이 주요 독점 가치가 됩니다)160, 배터리 교체에는 각 자동차 회사마다 별도의 교체 스테이션 네트워크가 필요하거나 다양한 모델 및 제품에 대해 별도의 교체 장비가 필요할 수 있습니다. 차량의 크기.이동식 배터리 교환 트럭이 제안되었지만161 이 비즈니스 모델은 아직 구현되지 않았습니다.