電気自動車 (EV) 充電の市場規模は急激に成長しています。世界各地で多くの自動車メーカーが将来は EV のみを販売すると公約し、各国政府は信頼性の高い急速充電ネットワークの建設を支援しています。EV が必要とする EV 充電ステーションは、急速、効率的、強力であることが求められています。
この記事では、EV の充電に関する 11 の誤解について考察します。
1：AC 電源から EV への直接充電が可能
確かに、EV チャージャ (充電器) を AC (交流) 電源に接続し、チャージャから EV への充電を行うことは可能です。ただし、EV に直接 AC 電力を供給しているわけではありません。オンボード・チャージャが AC を DC (直流) に変換することが必須であり、そのうえで、最終的に DC 電力を使用して EV への充電を行うことができます。ほかの方法として、最初に AC 電力を DC に変換し AC から DC へのオンボード変換を回避し EV バッテリを直接充電するEVチャージャもあります。一般的に、DC チャージャはより大きい電力レベルで動作し、充電時間を短縮します。
2：すべての EV 充電ステーションは共通の充電技術を使用している
EV 充電ステーションは、さまざまな技術を使用しています。まず、オンボード・チャージャを活用して AC を DC に変換する方法で、 EV に対して AC 電力を直接充電する方法があります。
ほかの方法として、「DC チャージャ」と呼ぶ EV チャージャは AC から DC へのオンボード変換を回避し、チャージャ自体が AC を DC に変換して EV バッテリを直接充電します。AC から DC への変換を行う際に、さまざまな電源トポロジを採用することができます。
3：各種 EV チャージャは同じ電力レベルを使用している
EV チャージャ (または 充電パイル) は、図 1 に示すように、複数の電力レベルに分類できます。レベル 1 と 2 は、最大 20kW の AC チャージャです。レベル 3 は急速 DC チャージャであり、通常は 50kW またはそれ以上です。中には、最大 350kW のチャージャもあります。
図 1：EV チャージャの分類表
4：EV 充電ステーションを運営しているのはグリッド企業 (送電網運営会社、日本の場合は大手電力会社が兼任) または電力公益企業である
これは正しくありません。グリッド企業や電力会社が充電ステーションを運営していることもありますが、一部の自動車メーカーは独自の充電ステーション・ネットワークを運営しており、他社の EV も使用できます。ほかにも、サード・パーティーの充電ステーション・ネットワーク事業者が存在します。それらの事業者は、電力会社でも、EV の製造会社でもありません (日本の場合、ガソリン元売り企業が充電ステーションを運営している例があります)。
5：大電力チャージャは、電力効率がより優れている
電源トポロジ、制御方式、設計、部品選定は、チャージャの全体的な電力効率に大きな影響を及ぼすことがあります。たとえば、ゼロ電圧スイッチング (ZVS) とゼロ電流スイッチング (ZCS) の各電源トポロジは、スイッチング損失を大幅に低減するので、電力効率が向上します。
一方、小電力チャージャは、大電力チャージャほど効率的ではないのが普通です。小電力チャージャは、オンボード・チャージャを使用して AC を DC に変換し、次いで EV への充電を行います。結論として、さまざまな要因がチャージャの電力効率を決定することになるので、「チャージャの電力レベルが特定の水準であれば、他の電力レベルのチャージャより効率的である」と断言することはできません。実装にもよりますが、一般的な効率は 95% ～ 99% の間です。
6：高電圧 EV チャージャは信頼性が低いことが知られている
新しいバッテリ技術の登場に伴い、自動車のバッテリは 800V またはそれを上回る電圧への移行が進みつつあります。このトレンドが続く可能性が高い現状で、EV チャージャの設計者が一般的に抱く疑問は、「絶縁定格とシステムの信頼性を維持するにはどうすればよいだろうか」というものです。
ソーラー・エネルギー向けの技術 (ソーラー・インバータ) の場合、DC バス電圧は 1,000V ～ 1,200V の範囲にあり、この技術は EV 充電の設計でも広く採用されています。これらの絶縁技術は 10 年以上にわたる実績があり、信頼性が高いことが広く知られています。
7：給油の目的でガソリン・スタンドへ行くのと同様、EV を使用する場合、ドライバーは充電を行うために引き続き充電ステーションへ行く必要がある
家庭での充電を行えるように、多様なオプションが使用可能になっています。たとえば、消費者は住宅にチャージャを設置し、電力料金が安い夜間の時間帯に EV の充電を自動的に行うことができます。最新の住宅や、車庫を取り付けた住宅の場合、240V プラグ (日本の場合、一般的な 100V 以外に比較的簡単に利用できるのは商用電圧の 200V) を使用すると、夜間に 100 ～ 200 マイル (161 ～ 322km) の航続距離に相当する充電レートを達成できます。
最小電力レベルのチャージャを住宅の車庫に取り付け、標準的な 120V プラグに接続する場合であっても、一晩で 40 ～ 60 マイル (64.3 ～ 96.5km) の航続距離に相当する充電が可能です。大半のドライバーにとって、家庭で毎日充電を行うのが最も簡単、なおかつ最も利便性の高いオプションです。
8：EV は充電に過度に時間を要し、DC 充電ステーションではあまり急速に充電をすることができない
DC 充電ステーションが設置している レベル 3 のチャージャは、120 ～ 240kW の範囲の電力レベルを供給できます。この種の充電ステーションは外部チャージャを使用し、高電圧 (300V ～ 750V) DC で最大 400A を自動車のバッテリに直接供給します。レベル 3 チャージャは通常、30 分以下で、最大充電の 80% の水準まで充電を行うことができます。
複数のモジュラー・コンバータをスタックし、それより大きい電力レベルを達成することも可能です。世界各地のさまざまな規格 (たとえば、中国の ChaoJi 規格) は、レベル 3 で最大 900kW の大電力水準を許容しています。その結果、バッテリ容量にもよりますが、充電時間が最短 10 分にまで短縮されます。
9：EV チャージャとクラウドの間にワイヤレス・ネットワークを確立する必要はない
建物ごとに電力量に上限があるので、EV チャージャとクラウドの間にワイヤレス・ネットワークを確立する必要があります。ワイヤレス・ネットワークを確立すると、運営者は全体的な EV 充電負荷をリアルタイムで管理することができます。
加えて、ワイヤレス・ネットワークは、各 EV 充電ポイントでの電力配分の制御にも役立ちます。また、ワイヤレス・ネットワークはオフ・ピーク (ピーク以外) の時間帯に EV を充電することで、電力コストを削減する余地も生み出します。
10：既存ビルのインフラと駐車場スペースは、EV 充電目的ですでに事前配線を済ませている
EV 充電ステーションを新しく設置する場合、有線接続ではなく、ワイヤレス・コネクティビティが最も利便性の高いソリューションになります。ワイヤレス・コネクティビティ規格は、課題の多い無線周波数環境に対処する必要があり、データ・スループットと待ち時間に関する要件も課されます。通常、1 秒につき 1 回の更新レートで充電データを送受信します。ワイヤレス・コネクティビティ (メッシュ型ネットワーク) を採用すると、数百台から数千台に上る EV チャージャに対応できるスケーラブルなシステムの構築に役立ちます。
11：EV 充電に関してコネクティビティは重要な役割を演じない
コネクティビティは、ユーザー・インターフェイスとアクセス制御の要件を満たすことで、 EV 充電への取り組みを支援します。アクセス制御をクラウドから管理できるようになり、多くの場合はユーザーのスマートフォン・アプリ経由で操作することができます。加えて、コネクティビティにより、課金情報や占有データ (充電ステーションを使用しているかどうか、すでに何分使用し、充電状況がどれほどか) をクラウド宛に送信することができます。
著者情報
Harald Parzhuber (Texas Instruments)
※2022年3月31日 TECH+掲載のテキサス・インスツルメンツ寄稿記事を転載
※すべての登録商標および商標はそれぞれの所有者に帰属します。
※ご質問はE2E Support Forumにお願い致します。
