适合所有人的电动汽车充电器！

　　2020 年 10 月，当 IEEE Spectrum 的主编 Harry Goldstein 要换掉他的 2008 年本田飞度时，他认真考虑过购买充电。哈利位于明尼苏达州明尼阿波利斯的200个单元的公寓楼，其五层楼的室内停车场没有电动汽车。在大约六个街区外的杂货店停车场里有两个 2 级充电站，但这不是一个方便或可靠的选择。哈里决定放弃购买电动汽车，但如果可负担性和充电问题都得到更优秀的解决，他仍然愿意购买一辆电动汽车。“我询问了在我们的车库安装充电站的问题，并被邀请向HOA（房主协会）董事会提出这样的一个问题，所有好主意都会在那里消亡，”他说。“他们拒绝了我的要求，允许骑自行车的人在大楼后面的小巷里用软管冲洗他们的自行车，这不花钱。考虑到与安装和维护相关的成本，并预计我可能会遇到阻力，我决定暂停我的哈里并不是唯一一个对电动汽车犹豫不决的人——其他公寓业主也普遍认同这一点，就绝对数量而言，更重要的是租房者。例如，J.D. Power的消费者调查显示，虽然27%的潜在购车者“非常有可能”将电动汽车作为他们的下一次购买，但只有17%的租车者表示同样的兴趣。美国向电动汽车的过渡将陷入困境，除非能够说服1.24亿租房家庭中的三分之一以上购买电动汽车。如果他们购买了电动汽车，他们往往会后悔。例如，《明尼阿波利斯星报》报道称，城外一家专门从事二手电动汽车的汽车经销商积极劝阻租房者购买它们，除非他们能够使用家用，因为公共充电器不可靠。这位经销商解释说，“大量买家正在退回他们购买的电动汽车”，直到他劝阻他们。除非目前居住在出租物业的1.24亿美国家庭中超过三分之一，以及居住在公寓中的数百万人能够被说服购买电动汽车，否则大规模向电动汽车的过渡将陷入困境。更重要的是，必须向数以万计的公寓社区协会以及数百万出租物业业主提出令人信服的理由，即他们应该安装电动汽车充电器。随着拟议的EPA尾气排放标准现在推动了这一转变，坑洼正在迅速变深。一家名为租房者面临的电动汽车挑战被大大低估了。通过浏览来自国家多户住房委员会 （NMHC） 和城市研究所等来源的大量租金统计数据，我发现了所涉及的障碍的全部范围和复杂性。例如，根据 NMHC 的数据，2020 年租房家庭的收入中位数为 45,191 美元，而所有美国家庭的收入中位数为 67,463 美元。到 2022 年底，新电动汽车的平均售价为 61,488 美元，普通美国家庭几乎负担不起，对于普通租房家庭来说，它们遥不可及。即使二手电动汽车价格下降，绝大多数仍然超出了大多数租房者的预算。2022 年 9 月 30 日，丽贝卡·德惠特 （Rebecca DeWhitt） 在她租住的俄勒冈州波特兰市住宅的车道上为她的电动汽车充电。她使用一根插入标准电源插座的延长线，因为 DeWhitt 和她的伴侣不允许使用出租屋的车库。 吉莉安·弗拉库斯（GILLIAN FLACCUS）/美国的租房者现在将收入的30%用于租金，几乎没有资金购买车辆。即使是二手汽油动力汽车，平均每月的汽车付款约为 525 美元。收入为 45,000 美元，建议的汽车付款为每月 416 美元。因此，房主（根据 NMHC 数据，家庭收入中位数为 82,210 美元）占美国所有新轻型汽车销量的近十分之九也就不足为奇了。加州大学伯克利分校（University of California， Berkeley）的一项研究发现，房主购买电动汽车的速度几乎是租房者的六倍，这也就不足为奇了。加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的研究观察到，即使在电动汽车友好的加州，富裕的租房者购买电动汽车的比例也只有同样富裕的房主的三分之一。一些州已经通过了“充电权”法律，允许租房者安装电动汽车 1 级和 2 级充电器，但他们负责所有安装费用。造成这种差异的一个原因是，大多数电动汽车车主能够在家中充电，大约68%的电动汽车车主使用2级充电在家充电。此外，大多数使用 1 级充电的剩余房主表示他们也可能升级到 2 级。对于很大一部分租房家庭来说，在家充电是可能的。大约有1400万户家庭租用单户住宅，另有200万户家庭租用移动房屋，其中相当多的家庭有专用停车位。这两种类型的单户住宅都能够正常的使用 1 级充电，而不会产生任何额外的电力基础设施费用或房东的许可。然而，拥有电动汽车的租房者是否会发现 1 级充电比拥有电动汽车的房主更令人满意，这是一个悬而未决的问题。包括加利福尼亚州、科罗拉多州、康涅狄格州、夏威夷州、佛罗里达州、马里兰州、新泽西州、纽约州、俄勒冈州和弗吉尼亚州在内的几个州也通过了“充电权”法律，允许单户或多户住宅的租房者在其出租场所安装电动汽车 1 级和 2 级充电器，但租户负责所有安装费用。一些州，如加利福尼亚州，也要求责任保险来承保充电器可能造成的损坏或伤害。此外，一旦安装，许多出租房屋和公寓业主在他们的租约中规定，租户在租赁协议到期后对房产所做的任何改进都属于业主。虽然没有统计数据表明在这些充电权州有多少拥有电动汽车的租房者安装了充电器，但考虑到他们的费用和租房者在房产中停留的时间相对较短，这个数字可能非常小。例如，单户租户平均居住三年，而公寓单元租户在搬走之前停留两年多一点。根据NMHC的数据，除了1600万美国家庭居住在单户出租单元中外，还有大约2200万出租家庭居住在拥有五个或更多公寓单元的公寓楼中，以及大约600万个家庭居住在拥有两到四个公寓单元的建筑物中。这些公寓楼几乎每栋都没有任何现场电动汽车充电。例如，美国国家可再生能源实验室 （NREL） 最近的一份季度电动汽车充电基础设施趋势报告显示，整个美国的私人多户住宅中只有 1,246 个电动汽车充电端口，几乎所有端口都是 2 级充电器。在它们确实存在的地方，港口通常位于豪华公寓中，这在明尼阿波利斯就是如此。当然，最好的选择是公寓楼业主在他们的建筑物中安装电动汽车充电站供租户使用。然而，这并不容易做到。第一个障碍是安装成本。加州能源委员会 （CEC） 2022 年的一项详细研究调查了在洛杉矶县西南部近二十个现有多单元住宅中安装电动汽车充电器的潜在成本。为了支持 2 级充电，几乎每个住宅都需要升级配电盘，有些住宅需要升级公用事业服务。此外，研究之后发现，成本与从配电盘到充电器所在停车位的距离直接相关。超过 100 英尺的距离很快变得昂贵。虽然每个 2 级停车位的平均成本估计约为 5,400 美元，但有些接近 17,000 美元或更多。CEC的研究还发现，它调查的大多数住宅都可以提供1级充电空间，估计成本约为2,300美元，尽管该研究承认1级充电可能无法满足大多数电动汽车车主的需求。美国公寓楼的绝对数量带来了另一个挑战。全国多户住房委员会的数据显示，2800万套公寓出租家庭分布在约71,000栋拥有50个或更多公寓单元的公寓楼，75,000栋拥有25至49个公寓单元的公寓楼，约419,000栋拥有5至24个公寓单元的建筑物，以及高达220万栋拥有2至4个单元的建筑物。此外，城市研究所的补充数据表明，49%的5个或更多单元的公寓楼和66%的2至4个单元的公寓楼的楼龄超过40年。在大费城地区可以看到多户出租住房的典型年龄组合，如图 1 所示，来自特拉华河谷地区规划委员会的报告。许多最古老的多户出租单元都在费城，这种情况在美国大多数城市都重复出现。低收入和少数族裔租房者也倾向于住在较旧的出租物业中。此外，在 1960 年代和 1970 年代建造了大量 2 至 4 个单元的出租物业，这在美国各地也是如此。

　　建筑年龄创造了另一个需要克服的障碍。40 年以上的建筑物通常有可疑的电气系统。根据大纽约互助保险公司的说法，“在已有40多年历史的电气系统中，电气火灾的频率不成比例地高。GNY表示，原因包括电气系统不足和过载，电气元件老化，断路器失效，损坏或无效，或滥用延长线等。一般来说，汽车制造商不愿意使用延长线为他们的电动汽车供电，对于较旧的建筑物来说，这并不是一个完全安全的策略。从这些旧建筑的电气系统为电动汽车充电几乎肯定需要广泛而昂贵的升级，以支持所需的能源负荷，如果不是 2 级充电器，如果不是 1 级充电器的话。考虑到成本，建筑物所有者是否想要安装电动汽车充电器是值得怀疑的。只有最新的公寓楼才有可能考虑到电动汽车充电负载。从公寓楼业主的角度来看，公寓租户的电动汽车困境更加明显。他们的第一个问题是，“当我的大多数租户没有或买不起电动汽车时，我为什么要承担安装电动汽车充电器的费用？例如，一栋拥有200个单元的大型公寓楼预计每个单元将提供约1.25个停车位（尽管根据当地建筑规范而有所不同）。在这 250 个停车位中，地方和州政府鼓励至少 10% 的停车位做好电动汽车准备（也就是说，如果租户想安装自己的电动汽车充电器，请准备好所有接线），或者更好的是，让这些停车位配备 1 级或 2 级充电器。但正如加州能源委员会的研究表明的那样，用 2 级充电器改造现有停车位的成本可能很昂贵，即使建筑物所有者安装了它们，也不能保证在合理的时间范围内获得积极的投资回报。即使是公共充电站，投资回报也可能需要十多年的时间。对于公寓楼业主来说，时间可能会更长。虽然当前租户可能拥有电动汽车，但下一个租户也拥有电动汽车的可能性有多大？NMHC/Grace Hill 租房者偏好调查报告指出，对电动汽车充电站感兴趣的公寓租户中有 27% 愿意每月额外支付 28.12 美元的租金来使用电动汽车充电器;相比之下，大多数接受调查的租房者愿意每月额外支付 54.73 美元购买洗衣机/烘干机。只有76%的公寓家庭拥有汽车，而所有家庭的这一比例为92%;然而，NHMC的数据还显示，66%的公寓家庭仍然乘坐汽车，卡车，摩托车或出租车上班，这与美国所有家庭的76%相当。对于公寓居民和普通民众来说，对汽车的依赖程度一样大，而对于低收入租户来说，拥有汽车是摆脱贫困的唯一成功手段之一。明尼阿波利斯说明了房东电动汽车充电投资的困境。明尼苏达州交通部 （MnDOT） 电动汽车仪表板显示，截至 2023 年 1 月，道路上估计有 35,238 辆电动汽车（23,121 辆电池电动汽车 （BEV） 和 12,117 辆插电式混合动力汽车 （PHEV）），其中约 13,811 辆这两种类型都居住在明尼阿波利斯。假设加州大学伯克利分校的研究发现，房主与租房者电动汽车购买者的比例为6：1，那么明尼阿波利斯的租房者拥有约1,972辆电动汽车。接下来，假设 MnDOT EV 仪表板报告的 2：1 BEV 与 PHEV 比率也成立，那么明尼阿波利斯的租房者拥有大约 600 辆 BEV。这意味着仅在明尼阿波利斯，每五栋拥有五个或更多单元的公寓楼中就可能有一个拥有BEV的租户。今天存在的是一个恶性循环，租房者即使负担得起，也不愿意购买电动汽车，因为没有方便、可靠和方便的充电，而出租物业的业主，尤其是公寓楼的业主，不会投资电动汽车充电器，因为没有租户或只有少数人使用它们。矛盾的是，联邦和地方政府提供更多城市和城市公共充电机会的举措，就像纽约市通过安装数千个杆式电动汽车充电器或创建电动汽车充电中心所做的那样，可能会进一步降低出租物业所有者在其物业上安装充电的动力。无论电动汽车对租房者来说有多实惠，电动汽车充电都必须对出租物业所有者具有经济意义，否则将不会被追求。许多不同的电动汽车充电公司，如Blink和EVgo，正试图解开出租物业的Gordian之结。位于北卡罗来纳州夏洛特的电动汽车充电器制造商或许能够解开这个难题，这是由韩国科技和能源巨头SK Inc.和SK Energy投资的1亿美元推动的。开发了世界上第一个也是唯一一个获得 UL 认证且商用的固态数字断路器，并正在颠覆 100 年的电气系统工程设计流程。在Atom Power的案例中，固态数字断路器被编程为“电动汽车智能充电器”，充电站本身是一个简单的接线端子，价格低廉。例如，电动汽车充电站必须在充电站本身及其电源之间有一个断路器。传统的断路器是包含电磁铁的机电开关。当电流超过预定义的电流限制时，电磁铁会拉开或“跳闸”开关，从而中断能量流。此过程大约需要 3 毫秒。

　　2023 年 1 月 27 日，位于北卡罗来纳州亨特斯维尔的 Atom Power 总部的数字断路器。Atom Power表示，其智能断路器将使电动汽车充电像使用Wi-Fi一样便宜和容易。雷切尔·杰森（RACHEL JESSEN）/彭博社/盖蒂图片社（GETTY IMAGES）Atom Power的数字断路器使用半导体来动态控制电流，从而可以改变中断能量流的电流。数字断路器的速度也是大多数机械断路器的 3,000 倍左右，可实现高达 150,000 安培的断路能力，这是当今断路器的上限。在大多数充电器设计中，“智能”都在昂贵且暴露的充电站中，而最受保护的元件是某处配电盘中的廉价、愚蠢的机械断路器。如果充电站出现问题，修复它是一个昂贵且通常冗长的提议。需要召集了解该特定充电站的人进行故障排除，而该人群相对较小。在Atom Power的案例中，固态数字断路器被编程为“电动汽车智能充电器”，充电站本身是一个简单的接线端子，价格低廉。固态数字断路器位于电气面板中，不会受到伤害，它嵌入了固件以及与本地和基于云的软件的连接，使其能够智能地管理充电站。如果充电站出现问题，任何电工都有技能进来更换充电站硬件或用另一个断路器更换断路器。此外，借助 Atom 的云软件，充电主机可以设置负载需求限制，并可以动态地对充电站进行近乎瞬时的能源管理，以确保电动汽车充电不可能会产生峰值负载费用。这些网络安全的智能断路器中最多可以放置 12 个，该电气面板具有自己的高度安全的 ISP 连接。这使得Atom Power可以同时远程管理几乎无限数量的这些面板（及其数字断路器），无论是独立还是作为一个组。Atom Power首席执行官兼联合创始人Ryan Kennedy表示，这降低了同时管理数百辆电动汽车充电的复杂性，这些电动汽车可能“跨越多个不同的馈线，跨越多个不同的分支电路，跨越多个不同的建筑物，所有这些都不在同一服务上”。Atom Power就是这样做的，在纽约市一家房地产公司经营的几栋不同的公寓楼中安装了数百个电动汽车充电站。去年，Atom Power订购了1000台编程为充电器的断路器，而今年该公司预计将出货9000台。

　　电动汽车充电器的价格是多少？肯尼迪说，出租物业业主要问的第一个问题是，“我要花多少钱，会有多难？因此，他说，“电动汽车充电立即被视为成本中心。肯尼迪解释说，要改变这种观点，需要做的是“降低进入成本和经营成本”。他说，Atom Power所取得的成就是将电动汽车充电从业主的成本转变为“他们能够用来吸引和留住居民的便利设施，甚至是利润中心”。

　　“断路器是智能基础设施，它做着电动汽车充电器的工作，做着能源管理系统的工作，并还有智能断路器的工作。”肯尼迪说，目标是“尽可能轻松地安装和维护我们的电动汽车充电器，同时尽可能减少停机时间”，最终目标是“我们大家都希望我们的客户不必考虑电动汽车充电”。提供广泛的配电以及动态、远程和大规模管理电动汽车充电负载的能力的重要性怎么强调都不为过。例如，通过对电动汽车充电负载的全方位洞察，Atom Power 能保证不会达到峰值需求——电动汽车车主喜欢充电的时间以及电力成本飙升的时间。在基于纽约实际电价数据的成本比较中，Atom Power表明，使用Atom的动态能源管理可以为每辆车每月节省458美元。这些好处显然会迅速增加，尤其是在电动汽车充电站数量扩大和需求费用高的情况下。能源管理还有另一个优点：它能够大大减少电气升级的数量和成本，特别是对于较旧的出租物业。“我们的很大一部分业务，”肯尼迪说，“正在支持旧的基础设施。这些类型的功能和由此节省的费用将帮助租房者和公寓业主克服其建筑经理和业主对安装电动汽车充电器的反对意见。例如，Harry的大楼经理提出了电力管理和费用等大问题，因为她认为当负载变得太大时，公寓协会将不得已为大楼提供额外的容量。固态数字断路器的另一个好处是，它可以集成到租赁（或商业）物业的整体电气化中。许多州和城市都要求新的租赁和商业物业，包括重大装修，不仅要支持电动汽车充电，还要使使用的每台电器都电气化。Atom Power 使这成为一个更简单的命题。“一切都直接落在断路器上，”肯尼迪解释道，“因为它是消耗能量的万物之间的东西。断路器是智能基础设施，它做着电动汽车充电器的工作，做着能源管理系统的工作，并还有智能断路器的工作。Atom Power可能没办法解决每个出租物业所有者的电动汽车充电困境，但它应该有助于说服许多人，也许他们毕竟能支持电动汽车充电。