適合所有人的電動汽車充電器！

2020 年 10 月，當 IEEE Spectrum 的主編 Harry Goldstein 需要更換他的 2008 年本田飛度時，他認真考慮過購買電動汽車。有兩個障礙擋住了他的路。一是可負擔性。即使沒有即將上大學的兒子，電動汽車的溢價也是一個轉(zhuǎn)折點。
另一個挑戰(zhàn)是在哪里為電動汽車充電。哈利位于明尼蘇達州明尼阿波利斯的200個單元的公寓樓，其五層樓的室內(nèi)停車場沒有電動汽車充電器。在大約六個街區(qū)外的雜貨店停車場里有兩個 2 級充電站，但這不是一個方便或可靠的選擇。
哈里決定放棄購買電動汽車，但如果可負擔性和充電問題都得到更好的解決，他仍然愿意購買一輛電動汽車。
“我詢問了在我們的車庫安裝充電站的問題，并被邀請向HOA（房主協(xié)會）董事會提出這個問題，所有好主意都會在那里消亡，”他說?！八麄兙芙^了我的要求，允許騎自行車的人在大樓后面的小巷里用軟管沖洗他們的自行車，這不花錢?？紤]到與安裝和維護相關(guān)的成本，并預(yù)計我可能會遇到阻力，我決定暫停我的充電器運動。
哈里并不是唯一一個對電動汽車猶豫不決的人——其他公寓業(yè)主也普遍認同這一點，就絕對數(shù)量而言，更重要的是租房者。例如，J.D. Power的消費者調(diào)查顯示，雖然27%的潛在購車者“非常有可能”將電動汽車作為他們的下一次購買，但只有17%的租車者表示同樣的興趣。
美國向電動汽車的過渡將陷入困境，除非能夠說服1.24億租房家庭中的三分之一以上購買電動汽車。
如果他們購買了電動汽車，他們往往會后悔。例如，《明尼阿波利斯星報》報道稱，城外一家專門從事二手電動汽車的汽車經(jīng)銷商積極勸阻租房者購買它們，除非他們可以使用家用充電器，因為公共充電器不可靠。這位經(jīng)銷商解釋說，“大量買家正在退回他們購買的電動汽車”，直到他勸阻他們。
除非目前居住在出租物業(yè)的1.24億美國家庭中超過三分之一，以及居住在公寓中的數(shù)百萬人能夠被說服購買電動汽車，否則大規(guī)模向電動汽車的過渡將陷入困境。更重要的是，必須向數(shù)以萬計的公寓社區(qū)協(xié)會以及數(shù)百萬出租物業(yè)業(yè)主提出令人信服的理由，即他們應(yīng)該安裝電動汽車充電器。隨著擬議的EPA尾氣排放標準現(xiàn)在推動了這一轉(zhuǎn)變，坑洼正在迅速變深。一家名為Atom Power的公司可能擁有每個人都在尋找的解決方案。
出租物業(yè)的EV 障礙
租房者面臨的電動汽車挑戰(zhàn)被大大低估了。通過瀏覽來自國家多戶住房委員會 （NMHC） 和城市研究所等來源的大量租金統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我發(fā)現(xiàn)了所涉及的障礙的全部范圍和復雜性。例如，根據(jù) NMHC 的數(shù)據(jù)，2020 年租房家庭的收入中位數(shù)為 45,191 美元，而所有美國家庭的收入中位數(shù)為 67,463 美元。到 2022 年底，新電動汽車的平均售價為 61,488 美元，普通美國家庭幾乎負擔不起，對于普通租房家庭來說，它們遙不可及。即使二手電動汽車價格下降，絕大多數(shù)仍然超出了大多數(shù)租房者的預(yù)算。
 
2022 年 9 月 30 日，麗貝卡·德惠特 （Rebecca DeWhitt） 在她租住的俄勒岡州波特蘭市住宅的車道上為她的電動汽車充電。她使用一根插入標準電源插座的延長線，因為 DeWhitt 和她的伴侶不允許使用出租屋的車庫。 吉莉安·弗拉庫斯（GILLIAN FLACCUS）/美聯(lián)社
美國的租房者現(xiàn)在將收入的30%用于租金，幾乎沒有資金購買車輛。即使是二手汽油動力汽車，平均每月的汽車付款約為 525 美元。收入為 45,000 美元，建議的汽車付款為每月 416 美元。
因此，房主（根據(jù) NMHC 數(shù)據(jù)，家庭收入中位數(shù)為 82,210 美元）占美國所有新輕型汽車銷量的近十分之九也就不足為奇了。加州大學伯克利分校（University of California， Berkeley）的一項研究發(fā)現(xiàn)，房主購買電動汽車的速度幾乎是租房者的六倍，這也就不足為奇了。加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的研究觀察到，即使在電動汽車友好的加州，富裕的租房者購買電動汽車的比例也只有同樣富裕的房主的三分之一。
一些州已經(jīng)通過了“充電權(quán)”法律，允許租房者安裝電動汽車 1 級和 2 級充電器，但他們負責所有安裝費用。
造成這種差異的一個原因是，大多數(shù)電動汽車車主能夠在家中充電，大約68%的電動汽車車主使用2級充電在家充電。此外，大多數(shù)使用 1 級充電的剩余房主表示他們也可能升級到 2 級。
對于很大一部分租房家庭來說，在家充電是可能的。大約有1400萬戶家庭租用單戶住宅，另有200萬戶家庭租用移動房屋，其中相當多的家庭有專用停車位。這兩種類型的單戶住宅都可以使用 1 級充電，而不會產(chǎn)生任何額外的電力基礎(chǔ)設(shè)施費用或房東的許可。然而，擁有電動汽車的租房者是否會發(fā)現(xiàn) 1 級充電比擁有電動汽車的房主更令人滿意，這是一個懸而未決的問題。
包括加利福尼亞州、科羅拉多州、康涅狄格州、夏威夷州、佛羅里達州、馬里蘭州、新澤西州、紐約州、俄勒岡州和弗吉尼亞州在內(nèi)的幾個州也通過了“充電權(quán)”法律，允許單戶或多戶住宅的租房者在其出租場所安裝電動汽車 1 級和 2 級充電器，但租戶負責所有安裝費用。一些州，如加利福尼亞州，也要求責任保險來承保充電器可能造成的損壞或傷害。此外，一旦安裝，許多出租房屋和公寓業(yè)主在他們的租約中規(guī)定，租戶在租賃協(xié)議到期后對房產(chǎn)所做的任何改進都屬于業(yè)主。
雖然沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明在這些充電權(quán)州有多少擁有電動汽車的租房者安裝了充電器，但考慮到他們的費用和租房者在房產(chǎn)中停留的時間相對較短，這個數(shù)字可能非常小。例如，單戶租戶平均居住三年，而公寓單元租戶在搬走之前停留兩年多一點。
租房者的電動汽車困境
根據(jù)NMHC的數(shù)據(jù)，除了1600萬美國家庭居住在單戶出租單元中外，還有大約2200萬出租家庭居住在擁有五個或更多公寓單元的公寓樓中，以及大約600萬個家庭居住在擁有兩到四個公寓單元的建筑物中。這些公寓樓幾乎每棟都沒有任何現(xiàn)場電動汽車充電。
例如，美國國家可再生能源實驗室 （NREL） 最近的一份季度電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施趨勢報告顯示，整個美國的私人多戶住宅中只有 1,246 個電動汽車充電端口，幾乎所有端口都是 2 級充電器。在它們確實存在的地方，港口通常位于豪華公寓中，這在明尼阿波利斯就是如此。
當然，最好的選擇是公寓樓業(yè)主在他們的建筑物中安裝電動汽車充電站供租戶使用。然而，這并不容易做到。
第一個障礙是安裝成本。加州能源委員會 （CEC） 2022 年的一項詳細研究調(diào)查了在洛杉磯縣西南部近二十個現(xiàn)有多單元住宅中安裝電動汽車充電器的潛在成本。為了支持 2 級充電，幾乎每個住宅都需要升級配電盤，有些住宅需要升級公用事業(yè)服務(wù)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，成本與從配電盤到充電器所在停車位的距離直接相關(guān)。超過 100 英尺的距離很快變得昂貴。雖然每個 2 級停車位的平均成本估計約為 5,400 美元，但有些接近 17,000 美元或更多。
CEC的研究還發(fā)現(xiàn)，它調(diào)查的大多數(shù)住宅都可以提供1級充電空間，估計成本約為2,300美元，盡管該研究承認1級充電可能無法滿足大多數(shù)電動汽車車主的需求。
美國公寓樓的絕對數(shù)量帶來了另一個挑戰(zhàn)。全國多戶住房委員會的數(shù)據(jù)顯示，2800萬套公寓出租家庭分布在約71,000棟擁有50個或更多公寓單元的公寓樓，75,000棟擁有25至49個公寓單元的公寓樓，約419,000棟擁有5至24個公寓單元的建筑物，以及高達220萬棟擁有2至4個單元的建筑物。
此外，城市研究所的補充數(shù)據(jù)表明，49%的5個或更多單元的公寓樓和66%的2至4個單元的公寓樓的樓齡超過40年。在大費城地區(qū)可以看到多戶出租住房的典型年齡組合，如圖 1 所示，來自特拉華河谷地區(qū)規(guī)劃委員會的報告。許多最古老的多戶出租單元都在費城，這種情況在美國大多數(shù)城市都重復出現(xiàn)。低收入和少數(shù)族裔租房者也傾向于住在較舊的出租物業(yè)中。此外，在 1960 年代和 1970 年代建造了大量 2 至 4 個單元的出租物業(yè)，這在美國各地也是如此。
特拉華河谷十年內(nèi)建造的多戶出租單元的百分比
 

特拉華河谷十年內(nèi)建造的多戶出租單元的百分比。

建筑年齡創(chuàng)造了另一個需要克服的障礙。40 年以上的建筑物通常有可疑的電氣系統(tǒng)。根據(jù)大紐約互助保險公司的說法，“在已有40多年歷史的電氣系統(tǒng)中，電氣火災(zāi)的頻率不成比例地高。GNY表示，原因包括電氣系統(tǒng)不足和過載，電氣元件老化，斷路器失效，損壞或無效，或濫用延長線等。一般來說，汽車制造商不愿意使用延長線為他們的電動汽車供電，對于較舊的建筑物來說，這并不是一個完全安全的策略。
從這些舊建筑的電氣系統(tǒng)為電動汽車充電幾乎肯定需要廣泛而昂貴的升級，以支持所需的能源負荷，如果不是 2 級充電器，如果不是 1 級充電器的話?？紤]到成本，建筑物所有者是否想要安裝電動汽車充電器是值得懷疑的。只有最新的公寓樓才有可能考慮到電動汽車充電負載。
房東面臨的問題
從公寓樓業(yè)主的角度來看，公寓租戶的電動汽車困境更加明顯。他們的第一個問題是，“當我的大多數(shù)租戶沒有或買不起電動汽車時，我為什么要承擔安裝電動汽車充電器的費用？
例如，一棟擁有200個單元的大型公寓樓預(yù)計每個單元將提供約1.25個停車位（盡管根據(jù)當?shù)亟ㄖ?guī)范而有所不同）。在這 250 個停車位中，地方和州政府鼓勵至少 10% 的停車位做好電動汽車準備（也就是說，如果租戶想安裝自己的電動汽車充電器，請準備好所有接線），或者更好的是，讓這些停車位配備 1 級或 2 級充電器。
但正如加州能源委員會的研究表明的那樣，用 2 級充電器改造現(xiàn)有停車位的成本可能很昂貴，即使建筑物所有者安裝了它們，也不能保證在合理的時間范圍內(nèi)獲得積極的投資回報。即使是公共充電站，投資回報也可能需要十多年的時間。對于公寓樓業(yè)主來說，時間可能會更長。雖然當前租戶可能擁有電動汽車，但下一個租戶也擁有電動汽車的可能性有多大？NMHC/Grace Hill 租房者偏好調(diào)查報告指出，對電動汽車充電站感興趣的公寓租戶中有 27% 愿意每月額外支付 28.12 美元的租金來使用電動汽車充電器;相比之下，大多數(shù)接受調(diào)查的租房者愿意每月額外支付 54.73 美元購買洗衣機/烘干機。
租房者真的需要電動汽車充電器嗎？
只有76%的公寓家庭擁有汽車，而所有家庭的這一比例為92%;然而，NHMC的數(shù)據(jù)還顯示，66%的公寓家庭仍然乘坐汽車，卡車，摩托車或出租車上班，這與美國所有家庭的76%相當。對于公寓居民和普通民眾來說，對汽車的依賴程度一樣大，而對于低收入租戶來說，擁有汽車是擺脫貧困的唯一成功手段之一。
明尼阿波利斯說明了房東電動汽車充電投資的困境。明尼蘇達州交通部 （MnDOT） 電動汽車儀表板顯示，截至 2023 年 1 月，道路上估計有 35,238 輛電動汽車（23,121 輛電池電動汽車 （BEV） 和 12,117 輛插電式混合動力汽車 （PHEV）），其中約 13,811 輛這兩種類型都居住在明尼阿波利斯。假設(shè)加州大學伯克利分校的研究發(fā)現(xiàn)，房主與租房者電動汽車購買者的比例為6：1，那么明尼阿波利斯的租房者擁有約1,972輛電動汽車。接下來，假設(shè) MnDOT EV 儀表板報告的 2：1 BEV 與 PHEV 比率也成立，那么明尼阿波利斯的租房者擁有大約 600 輛 BEV。這意味著僅在明尼阿波利斯，每五棟擁有五個或更多單元的公寓樓中就可能有一個擁有BEV的租戶。
這并不完全是吸引公寓業(yè)主開始投入時間和金錢提供電動汽車充電的比例。
今天存在的是一個惡性循環(huán)，租房者即使負擔得起，也不愿意購買電動汽車，因為沒有方便、可靠和方便的充電，而出租物業(yè)的業(yè)主，尤其是公寓樓的業(yè)主，不會投資電動汽車充電器，因為沒有租戶或只有少數(shù)人使用它們。
矛盾的是，聯(lián)邦和地方政府提供更多城市和城市公共充電機會的舉措，就像紐約市通過安裝數(shù)千個桿式電動汽車充電器或創(chuàng)建電動汽車充電中心所做的那樣，可能會進一步降低出租物業(yè)所有者在其物業(yè)上安裝充電的動力。
廉價、可靠的充電解決方案
無論電動汽車對租房者來說有多實惠，電動汽車充電都必須對出租物業(yè)所有者具有經(jīng)濟意義，否則將不會被追求。許多不同的電動汽車充電公司，如Blink和EVgo，正試圖解開出租物業(yè)的Gordian之結(jié)。位于北卡羅來納州夏洛特的電動汽車充電器制造商Atom Power或許能夠解開這個難題，這是由韓國科技和能源巨頭SK Inc.和SK Energy投資的1億美元推動的。
IEEE Spectrum 于 2019 年首次強調(diào)的 Atom Power 開發(fā)了世界上第一個也是唯一一個獲得 UL 認證且商用的固態(tài)數(shù)字斷路器，并正在顛覆 100 年的電氣系統(tǒng)工程設(shè)計流程。
在Atom Power的案例中，固態(tài)數(shù)字斷路器被編程為“電動汽車智能充電器”，充電站本身是一個簡單的接線端子，價格低廉。
例如，電動汽車充電站必須在充電站本身及其電源之間有一個斷路器。傳統(tǒng)的斷路器是包含電磁鐵的機電開關(guān)。當電流超過預(yù)定義的電流限制時，電磁鐵會拉開或“跳閘”開關(guān)，從而中斷能量流。此過程大約需要 3 毫秒。
 

2023 年 1 月 27 日，位于北卡羅來納州亨特斯維爾的 Atom Power 總部的數(shù)字斷路器。Atom Power表示，其智能斷路器將使電動汽車充電像使用Wi-Fi一樣便宜和容易。雷切爾·杰森（RACHEL JESSEN）/彭博社/蓋蒂圖片社（GETTY IMAGES）
Atom Power的數(shù)字斷路器使用半導體來動態(tài)控制電流，從而可以改變中斷能量流的電流。數(shù)字斷路器的速度也是大多數(shù)機械斷路器的 3,000 倍左右，可實現(xiàn)高達 150,000 安培的斷路能力，這是當今斷路器的上限。
在大多數(shù)充電器設(shè)計中，“智能”都在昂貴且暴露的充電站中，而最受保護的元件是某處配電盤中的廉價、愚蠢的機械斷路器。如果充電站出現(xiàn)問題，修復它是一個昂貴且通常冗長的提議。需要召集了解該特定充電站的人進行故障排除，而該人群相對較小。
在Atom Power的案例中，固態(tài)數(shù)字斷路器被編程為“電動汽車智能充電器”，充電站本身是一個簡單的接線端子，價格低廉。固態(tài)數(shù)字斷路器位于電氣面板中，不會受到傷害，它嵌入了固件以及與本地和基于云的軟件的連接，使其能夠智能地管理充電站。如果充電站出現(xiàn)問題，任何電工都有技能進來更換充電站硬件或用另一個斷路器更換斷路器。
此外，借助 Atom 的云軟件，充電主機可以設(shè)置負載需求限制，并可以動態(tài)地對充電站進行近乎瞬時的能源管理，以確保電動汽車充電不會產(chǎn)生峰值負載費用。這些網(wǎng)絡(luò)安全的智能斷路器中最多可以放置 12 個，該電氣面板具有自己的高度安全的 ISP 連接。這使得Atom Power可以同時遠程管理幾乎無限數(shù)量的這些面板（及其數(shù)字斷路器），無論是獨立還是作為一個組。
Atom Power首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Ryan Kennedy表示，這降低了同時管理數(shù)百輛電動汽車充電的復雜性，這些電動汽車可能“跨越多個不同的饋線，跨越多個不同的分支電路，跨越多個不同的建筑物，所有這些都不在同一服務(wù)上”。
Atom Power就是這樣做的，在紐約市一家房地產(chǎn)公司經(jīng)營的幾棟不同的公寓樓中安裝了數(shù)百個電動汽車充電站。去年，Atom Power訂購了1000臺編程為充電器的斷路器，而今年該公司預(yù)計將出貨9000臺。

電動汽車充電器的價格是多少？
肯尼迪說，出租物業(yè)業(yè)主要問的第一個問題是，“我要花多少錢，會有多難？因此，他說，“電動汽車充電立即被視為成本中心。
肯尼迪解釋說，要改變這種觀點，需要做的是“降低進入成本和運營成本”。他說，Atom Power所取得的成就是將電動汽車充電從業(yè)主的成本轉(zhuǎn)變?yōu)椤八麄兛梢杂脕砦土糇【用竦谋憷O(shè)施，甚至是利潤中心”。

“斷路器是智能基礎(chǔ)設(shè)施，它做著電動汽車充電器的工作，做著能源管理系統(tǒng)的工作，當然還有智能斷路器的工作?！?/strong>
肯尼迪說，目標是“盡可能輕松地安裝和維護我們的電動汽車充電器，同時盡可能減少停機時間”，最終目標是“我們希望我們的客戶不必考慮電動汽車充電”。
提供廣泛的配電以及動態(tài)、遠程和大規(guī)模管理電動汽車充電負載的能力的重要性怎么強調(diào)都不為過。
例如，通過對電動汽車充電負載的全方位洞察，Atom Power 可以確保不會達到峰值需求——電動汽車車主喜歡充電的時間以及電力成本飆升的時間。在基于紐約實際電價數(shù)據(jù)的成本比較中，Atom Power表明，使用Atom的動態(tài)能源管理可以為每輛車每月節(jié)省458美元。這些好處顯然會迅速增加，尤其是在電動汽車充電站數(shù)量擴大和需求費用高的情況下。
能源管理還有另一個優(yōu)點：它可以減少電氣升級的數(shù)量和成本，特別是對于較舊的出租物業(yè)?！拔覀兊暮艽笠徊糠謽I(yè)務(wù)，”肯尼迪說，“正在支持舊的基礎(chǔ)設(shè)施。
這些類型的功能以及由此節(jié)省的費用將幫助租房者和公寓業(yè)主克服其建筑經(jīng)理和業(yè)主對安裝電動汽車充電器的反對意見。例如，Harry的大樓經(jīng)理提出了電力管理和費用等大問題，因為她認為當負載變得太大時，公寓協(xié)會將不得不為大樓提供額外的容量。
固態(tài)數(shù)字斷路器的另一個好處是，它可以集成到租賃（或商業(yè)）物業(yè)的整體電氣化中。許多州和城市都要求新的租賃和商業(yè)物業(yè)，包括重大裝修，不僅要支持電動汽車充電，還要使使用的每臺電器都電氣化。Atom Power 使這成為一個更簡單的命題。
“一切都直接落在斷路器上，”肯尼迪解釋道，“因為它是消耗能量的萬物之間的東西。斷路器是智能基礎(chǔ)設(shè)施，它做著電動汽車充電器的工作，做著能源管理系統(tǒng)的工作，當然還有智能斷路器的工作。
Atom Power可能無法解決每個出租物業(yè)所有者的電動汽車充電困境，但它應(yīng)該有助于說服許多人，也許他們畢竟可以支持電動汽車充電。