Teknologi Pengisi Daya EV

Teknologi pengisian daya kendaraan listrik di Tiongkok dan Amerika Serikat secara umum serupa. Di kedua negara, kabel dan colokan merupakan teknologi yang sangat dominan untuk mengisi daya kendaraan listrik. (Pengisian daya nirkabel dan penggantian baterai paling banyak hanya sedikit digunakan.) Terdapat perbedaan antara kedua negara terkait tingkat pengisian daya, standar pengisian daya, dan protokol komunikasi. Persamaan dan perbedaan ini dibahas di bawah ini.

A. Tingkat Pengisian Daya

Di Amerika Serikat, sebagian besar pengisian daya kendaraan listrik dilakukan pada tegangan 120 volt menggunakan stopkontak rumah yang tidak dimodifikasi. Ini umumnya dikenal sebagai pengisian daya Level 1 atau "trickle". Dengan pengisian daya Level 1, baterai 30 kWh pada umumnya membutuhkan waktu sekitar 12 jam untuk terisi dari 20% hingga hampir penuh. (Tidak ada stopkontak 120 volt di Tiongkok.)

Baik di Tiongkok maupun Amerika Serikat, sebagian besar pengisian daya kendaraan listrik dilakukan pada tegangan 220 volt (Tiongkok) atau 240 volt (Amerika Serikat). Di Amerika Serikat, ini dikenal sebagai pengisian daya Level 2.

Pengisian daya semacam itu dapat dilakukan dengan stopkontak yang tidak dimodifikasi atau peralatan pengisian daya kendaraan listrik khusus dan biasanya menggunakan daya sekitar 6–7 kW. Saat pengisian daya pada 220–240 volt, baterai 30 kWh pada umumnya membutuhkan waktu sekitar 6 jam untuk terisi dari 20% hingga hampir penuh.

Terakhir, baik Tiongkok maupun Amerika Serikat memiliki jaringan pengisi daya cepat DC yang terus berkembang, umumnya menggunakan daya 24 kW, 50 kW, 100 kW, atau 120 kW. Beberapa stasiun pengisian daya mungkin menawarkan daya 350 kW atau bahkan 400 kW. Pengisi daya cepat DC ini dapat mengisi daya baterai kendaraan dari 20% hingga hampir penuh dalam waktu mulai dari sekitar satu jam hingga paling cepat 10 menit.

Tabel 6:Tingkat pengisian daya paling umum di AS

Sumber: Departemen Energi AS

B. Standar Pengisian Daya

i. Tiongkok

Tiongkok memiliki satu standar pengisian cepat kendaraan listrik nasional. AS memiliki tiga standar pengisian cepat kendaraan listrik.

Standar Cina dikenal sebagai China GB/T. (InisialGB(singkatan dari standar nasional.)

GB/T Tiongkok dirilis pada tahun 2015 setelah beberapa tahun pengembangan.124 Sekarang, standar ini wajib untuk semua kendaraan listrik baru yang dijual di Tiongkok. Produsen mobil internasional, termasuk Tesla, Nissan, dan BMW, telah mengadopsi standar GB/T untuk kendaraan listrik mereka yang dijual di Tiongkok. GB/T saat ini memungkinkan pengisian cepat dengan daya maksimum 237,5 kW (pada 950 V dan 250 amp), meskipun banyak

Pengisi daya cepat DC Tiongkok menawarkan pengisian daya 50 kW. GB/T baru akan dirilis pada tahun 2019 atau 2020, yang kabarnya akan meningkatkan standar tersebut hingga mencakup pengisian daya hingga 900 kW untuk kendaraan komersial yang lebih besar. GB/T adalah standar khusus Tiongkok: beberapa kendaraan listrik buatan Tiongkok yang diekspor ke luar negeri menggunakan standar lain.125

Pada Agustus 2018, Dewan Listrik Tiongkok (CEC) mengumumkan nota kesepahaman dengan jaringan CHAdeMO, yang berbasis di Jepang, untuk bersama-sama mengembangkan pengisian daya ultra-cepat. Tujuannya adalah kompatibilitas antara GB/T dan CHAdeMO untuk pengisian daya cepat. Kedua organisasi akan bermitra untuk memperluas standar ini ke negara-negara di luar Tiongkok dan Jepang.126

ii. Amerika Serikat

Di Amerika Serikat, ada tiga standar pengisian daya EV untuk pengisian cepat DC: CHAdeMO, CCS SAE Combo, dan Tesla.

CHAdeMO adalah standar pengisian cepat EV pertama, yang muncul pada tahun 2011. Standar ini dikembangkan oleh Tokyo

Electric Power Company dan merupakan singkatan dari “Charge to Move” (plesetan dalam bahasa Jepang).127 CHAdeMO saat ini digunakan di Amerika Serikat pada Nissan Leaf dan Mitsubishi Outlander PHEV, yang merupakan salah satu kendaraan listrik terlaris. Kesuksesan Leaf di Amerika Serikat mungkin disebabkan olehPENGISIAN DAYA KENDARAAN LISTRIK DI TIONGKOK DAN AMERIKA SERIKAT

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | FEBRUARI 2019 |

Hal ini sebagian disebabkan oleh komitmen awal Nissan untuk meluncurkan infrastruktur pengisian daya cepat CHAdeMO di dealer dan lokasi perkotaan lainnya.128 Hingga Januari 2019, terdapat lebih dari 2.900 pengisi daya cepat CHAdeMO di Amerika Serikat (serta lebih dari 7.400 di Jepang dan 7.900 di Eropa).129

Pada tahun 2016, CHAdeMO mengumumkan akan meningkatkan standarnya dari tingkat pengisian awal sebesar 70

kW akan menawarkan 150 kW.130 Pada bulan Juni 2018, CHAdeMO mengumumkan peluncuran kemampuan pengisian daya 400 kW, menggunakan kabel berpendingin cairan 1.000 V dan 400 amp. Pengisian daya yang lebih tinggi ini akan tersedia untuk memenuhi kebutuhan kendaraan komersial besar seperti truk dan bus.131

Standar pengisian daya kedua di Amerika Serikat dikenal sebagai CCS atau SAE Combo. Standar ini dirilis pada tahun 2011 oleh sekelompok produsen mobil Eropa dan AS. Istilah inikombomenunjukkan bahwa steker tersebut berisi pengisian daya AC (hingga 43 kW) dan pengisian daya DC.132 Dalam

Jerman, koalisi Charging Interface Initiative (CharIN) dibentuk untuk mengadvokasi adopsi CCS secara luas. Tidak seperti CHAdeMO, colokan CCS memungkinkan pengisian daya DC dan AC dengan satu port, sehingga mengurangi ruang dan bukaan yang diperlukan pada bodi kendaraan. Jaguar,

Volkswagen, General Motors, BMW, Daimler, Ford, FCA, dan Hyundai mendukung CCS. Tesla juga telah bergabung dengan koalisi ini dan pada November 2018 mengumumkan bahwa kendaraannya di Eropa akan dilengkapi dengan port pengisian daya CCS.133 Chevrolet Bolt dan BMW i3 termasuk di antara kendaraan listrik populer di Amerika Serikat yang menggunakan pengisian daya CCS. Meskipun pengisi daya cepat CCS yang ada saat ini menawarkan pengisian daya sekitar 50 kW, program Electrify America mencakup pengisian daya cepat sebesar 350 kW, yang memungkinkan pengisian daya hampir penuh hanya dalam 10 menit.

Standar pengisian daya ketiga di Amerika Serikat dioperasikan oleh Tesla, yang meluncurkan jaringan Supercharger miliknya sendiri di Amerika Serikat pada bulan September 2012.134 Tesla

Supercharger biasanya beroperasi pada 480 volt dan menawarkan pengisian daya maksimum 120 kW.

Pada bulan Januari 2019, situs web Tesla mencantumkan 595 lokasi Supercharger di Amerika Serikat, dengan tambahan 420 lokasi “segera hadir.”135 Pada bulan Mei 2018, Tesla menyarankan bahwa di masa depan Supercharger-nya mungkin mencapai tingkat daya setinggi 350 kW.136

Dalam riset kami untuk laporan ini, kami bertanya kepada narasumber di AS apakah mereka menganggap kurangnya standar nasional tunggal untuk pengisian cepat DC sebagai hambatan adopsi kendaraan listrik. Hanya sedikit yang menjawab ya. Alasan mengapa beberapa standar pengisian cepat DC tidak dianggap sebagai masalah antara lain:

● Sebagian besar pengisian daya EV dilakukan di rumah dan tempat kerja, dengan pengisi daya Level 1 dan 2.

● Sebagian besar infrastruktur pengisian daya publik dan tempat kerja hingga saat ini telah menggunakan pengisi daya Level 2.

● Tersedia adaptor yang memungkinkan pemilik EV menggunakan sebagian besar pengisi daya cepat DC, meskipun EV dan pengisi daya menggunakan standar pengisian daya yang berbeda. (Pengecualian utama, jaringan pengisian daya super Tesla, hanya tersedia untuk kendaraan Tesla.) Perlu dicatat, terdapat beberapa kekhawatiran tentang keamanan adaptor pengisian daya cepat.

● Karena colokan dan konektor hanya mewakili sebagian kecil dari biaya stasiun pengisian cepat, hal ini tidak menimbulkan banyak tantangan teknis atau finansial bagi pemilik stasiun dan dapat dibandingkan dengan selang untuk bensin dengan oktan berbeda di stasiun pengisian bahan bakar. Banyak stasiun pengisian umum memiliki beberapa colokan yang terpasang pada satu tiang pengisian daya, sehingga semua jenis kendaraan listrik dapat diisi dayanya di sana. Bahkan, banyak yurisdiksi mewajibkan atau memberikan insentif untuk hal ini.PENGISIAN DAYA KENDARAAN LISTRIK DI TIONGKOK DAN AMERIKA SERIKAT

38 | PUSAT KEBIJAKAN ENERGI GLOBAL | COLUMBIA SIPA

Beberapa produsen mobil menyatakan bahwa jaringan pengisian daya eksklusif merupakan strategi kompetitif. Claas Bracklo, kepala elektromobilitas di BMW dan ketua CharIN, menyatakan pada tahun 2018, "Kami mendirikan CharIN untuk membangun posisi yang kuat."137 Banyak pemilik dan investor Tesla menganggap jaringan supercharger miliknya sebagai nilai jual, meskipun Tesla terus menyatakan kesediaannya untuk mengizinkan model mobil lain menggunakan jaringannya asalkan mereka berkontribusi pendanaan yang proporsional dengan penggunaan.138 Tesla juga merupakan bagian dari CharIN yang mempromosikan CCS. Pada November 2018, mereka mengumumkan bahwa mobil Model 3 yang dijual di Eropa akan dilengkapi dengan port CCS. Pemilik Tesla juga dapat membeli adaptor untuk mengakses pengisi daya cepat CHAdeMO.139

C. Protokol Komunikasi Pengisian Daya Protokol komunikasi pengisian daya diperlukan untuk mengoptimalkan pengisian daya sesuai kebutuhan pengguna (untuk mendeteksi status pengisian daya, tegangan baterai dan keamanan) dan untuk jaringan (termasuk

kapasitas jaringan distribusi, penetapan harga berdasarkan waktu penggunaan, dan ukuran respons permintaan).140 China GB/T dan CHAdeMO menggunakan protokol komunikasi yang dikenal sebagai CAN, sementara CCS bekerja dengan protokol PLC. Protokol komunikasi terbuka, seperti Open Charge Point Protocol (OCPP) yang dikembangkan oleh Open Charging Alliance, semakin populer di Amerika Serikat dan Eropa.

Dalam riset kami untuk laporan ini, beberapa narasumber di AS menyebutkan peralihan menuju protokol dan perangkat lunak komunikasi terbuka sebagai prioritas kebijakan. Khususnya, beberapa proyek pengisian daya publik yang menerima pendanaan berdasarkan Undang-Undang Pemulihan dan Reinvestasi Amerika (ARRA) disebut-sebut telah memilih vendor dengan platform kepemilikan yang kemudian mengalami kesulitan keuangan, sehingga peralatan rusak dan perlu diganti.141 Sebagian besar kota, utilitas, dan jaringan pengisian daya yang dihubungi untuk studi ini menyatakan dukungannya terhadap protokol komunikasi terbuka dan insentif yang memungkinkan penyelenggara jaringan pengisian daya untuk beralih penyedia dengan mudah.142

D. Biaya

Pengisi daya rumah lebih murah di Tiongkok daripada di Amerika Serikat. Di Tiongkok, pengisi daya rumah yang dipasang di dinding berdaya 7 kW dijual daring dengan harga antara RMB 1.200 dan RMB 1.800.143 Pemasangan memerlukan biaya tambahan. (Sebagian besar pembelian EV pribadi sudah termasuk pengisi daya dan pemasangan.) Di Amerika Serikat, pengisi daya rumah Level 2 berharga dalam kisaran $450-$600, ditambah rata-rata sekitar $500 untuk pemasangan.144 Peralatan pengisian cepat DC jauh lebih mahal di kedua negara. Biayanya sangat bervariasi. Seorang pakar Tiongkok yang diwawancarai untuk laporan ini memperkirakan bahwa memasang tiang pengisian cepat DC 50 kW di Tiongkok biasanya berharga antara RMB 45.000 dan RMB 60.000, dengan tiang pengisian itu sendiri sekitar RMB 25.000 – RMB 35.000 dan kabel, infrastruktur bawah tanah, dan tenaga kerja menyumbang sisanya.145 Di Amerika Serikat, pengisian cepat DC dapat menghabiskan biaya puluhan ribu dolar per tiang. Variabel utama yang memengaruhi biaya pemasangan peralatan pengisian cepat DC meliputi kebutuhan penggalian parit, peningkatan transformator, sirkuit dan panel listrik baru atau yang telah ditingkatkan, serta peningkatan estetika. Penanda, perizinan, dan akses bagi penyandang disabilitas juga merupakan pertimbangan tambahan.146

E. Pengisian Nirkabel

Pengisian daya nirkabel menawarkan beberapa keuntungan, termasuk estetika, penghematan waktu, dan kemudahan penggunaan.

Teknologi ini tersedia pada tahun 1990-an untuk EV1 (mobil listrik awal) tetapi kini sudah langka.147 Sistem pengisian daya EV nirkabel yang ditawarkan daring memiliki kisaran harga mulai dari $1.260 hingga sekitar $3.000.148 Pengisian daya EV nirkabel memiliki kekurangan efisiensi, dengan sistem yang ada saat ini menawarkan efisiensi pengisian daya sekitar 85%.149 Produk pengisian daya nirkabel saat ini menawarkan transfer daya 3–22 kW; pengisi daya nirkabel tersedia untuk beberapa model EV mulai dari pengisian daya tanpa colokan listrik (plugless) dengan daya 3,6 kW atau 7,2 kW, setara dengan pengisian daya Level 2.150 Meskipun banyak pengguna EV menganggap pengisian daya nirkabel tidak sepadan dengan biaya tambahannya,151 beberapa analis memperkirakan teknologi ini akan segera tersebar luas, dan beberapa produsen mobil telah mengumumkan bahwa mereka akan menawarkan pengisian daya nirkabel sebagai opsi pada EV di masa mendatang. Pengisian daya nirkabel dapat menarik untuk kendaraan tertentu dengan rute yang ditentukan, seperti bus umum, dan juga telah diusulkan untuk jalur jalan raya listrik di masa mendatang, meskipun biaya tinggi, efisiensi pengisian daya rendah, dan kecepatan pengisian daya yang lambat akan menjadi kekurangannya.152

F. Penggantian Baterai

Dengan teknologi pertukaran baterai, kendaraan listrik dapat menukar baterai yang habis dengan baterai lain yang terisi penuh. Hal ini akan secara drastis mempersingkat waktu pengisian daya EV, dengan potensi manfaat yang signifikan bagi pengemudi.

Beberapa kota dan perusahaan di Tiongkok saat ini sedang bereksperimen dengan pertukaran baterai, dengan fokus pada armada kendaraan listrik dengan utilisasi tinggi, seperti taksi. Kota Hangzhou telah menerapkan pertukaran baterai untuk armada taksinya, yang menggunakan kendaraan listrik Zotye buatan lokal.155 Beijing telah membangun beberapa stasiun pertukaran baterai dalam upaya yang didukung oleh produsen mobil lokal BAIC. Pada akhir 2017, BAIC mengumumkan rencana untuk membangun 3.000 stasiun pertukaran baterai di seluruh negeri pada tahun 2021.156 Perusahaan rintisan kendaraan listrik Tiongkok, NIO, berencana untuk mengadopsi teknologi pertukaran baterai untuk beberapa kendaraannya dan mengumumkan akan membangun 1.100 stasiun pertukaran di Tiongkok.157 Beberapa kota di Tiongkok—termasuk Hangzhou dan Qingdao—juga telah menggunakan pertukaran baterai untuk bus.158

Di Amerika Serikat, diskusi tentang pertukaran baterai meredup setelah kebangkrutan perusahaan rintisan pertukaran baterai Israel, Project Better Place, pada tahun 2013. Perusahaan tersebut telah merencanakan jaringan stasiun pertukaran untuk mobil penumpang.153 Pada tahun 2015, Tesla membatalkan rencana stasiun pertukarannya setelah hanya membangun satu fasilitas demonstrasi, dengan alasan kurangnya minat konsumen. Saat ini, hanya sedikit, jika ada, eksperimen terkait pertukaran baterai yang sedang berlangsung di Amerika Serikat.154 Penurunan biaya baterai, dan mungkin pada tingkat yang lebih rendah, penerapan infrastruktur pengisian daya cepat DC, kemungkinan telah mengurangi daya tarik pertukaran baterai di Amerika Serikat.

Meskipun penggantian baterai menawarkan beberapa keuntungan, ada juga kekurangannya. Baterai EV berat dan biasanya terletak di bagian bawah kendaraan, membentuk komponen struktural integral dengan toleransi teknis minimal untuk penyelarasan dan koneksi listrik. Baterai saat ini biasanya memerlukan pendinginan, dan menghubungkan serta melepaskan sistem pendingin sulit dilakukan.159 Mengingat ukuran dan beratnya, sistem baterai harus pas sempurna untuk menghindari getaran, mengurangi keausan, dan menjaga kendaraan tetap terpusat. Arsitektur baterai skateboard yang umum pada EV saat ini meningkatkan keselamatan dengan menurunkan pusat berat kendaraan dan meningkatkan perlindungan tabrakan di bagian depan dan belakang. Baterai yang dapat dilepas yang terletak di bagasi atau di tempat lain tidak akan memiliki keuntungan ini. Karena sebagian besar pemilik kendaraan mengisi daya terutama di rumah atauPENGISIAN DAYA KENDARAAN LISTRIK DI TIONGKOK DAN AMERIKA SERIKATDi tempat kerja, pertukaran baterai tidak serta merta menyelesaikan masalah infrastruktur pengisian daya—hal ini hanya akan membantu mengatasi masalah pengisian daya publik dan jangkauan. Dan karena sebagian besar produsen mobil enggan menstandardisasi kemasan atau desain baterai—mobil dirancang berdasarkan baterai dan motornya, menjadikannya nilai kepemilikan yang penting160—pertukaran baterai mungkin memerlukan jaringan stasiun pertukaran terpisah untuk setiap perusahaan mobil atau peralatan pertukaran terpisah untuk berbagai model dan ukuran kendaraan. Meskipun truk pertukaran baterai bergerak telah diusulkan,161 model bisnis ini belum diimplementasikan.