急速充電ステーションはどのように充電速度を調整するのですか？

故障または瀕死の電気自動車を急速充電ステーションに停めて、プラグを差し込んだだけで 1 分後に充電器の画面が 150 kW から 80 kW に急上昇するのを見たことがある人なら、おそらく疑問に思ったことがあるでしょう。なぜ速度が変化するのでしょうか?急速充電ステーションのサプライヤーとして、私は新しい EV 所有者、好奇心旺盛な通行人、さらには独自の充電インフラの設置を検討している他の事業主からも、この質問をよく受けます。実のところ、急速充電速度は固定されておらず、ステーションと車の間、さらには天候や電力網の需要などの外部要因の間で動的に行き来します。これがどのように機能するのか、そしてなぜそれが依存する人にとって重要なのかを詳しく見てみましょう。EV車の急速充電彼らの旅を順調に進めるために。

まず、このダンスの最大のプレーヤーである EV のバッテリー管理システム (BMS) から始めましょう。 BMS はバッテリー パックの頭脳であると考えてください。その役割は、温度、充電状態 (SOC)、電圧、さらには各セルがいつでも安全に処理できる電流量など、バッテリー内のすべてのセルを監視することです。急速充電器に接続すると、BMS と充電器自体の制御ユニット (電源制御ユニット、つまり PCU と呼ばれることが多い) が、CCS や CHAdeMO などの標準プロトコルを使用して簡単な会話を行います。このチャットは交渉の余地のないものです。充電器に「バッテリーは現在 X 個の電力を消費する可能性があります。それ以上電力を供給しないでください。そうしないと、過熱したりセルが損傷したりする危険があります。」と伝えます。

たとえば、バッテリーが完全に空の状態でステーションに到着すると、BMS はバッテリーがフルパワー (たとえば、新しい長距離 EV で一般的な 350 kW) を供給する準備ができていることを充電器に伝えます。そのため、新しい EV オーナーは、10 分間のフラットで 0% から 50% に変化するとショックを受けることがよくあります。しかし、バッテリーが SOC の約 80% に達すると、化学反応が変化します。リチウムイオン電池は、カソードからアノードへのイオンの流れが多いときに最も速く充電されますが、アノードがイオンでほぼ完全に飽和すると、リチウム金属がアノードに蓄積し、時間の経過とともに短絡を引き起こす可能性があるリチウムメッキの危険を冒すことなく、それほど多くのイオンを受け入れることができなくなります。これを防ぐために、BMS は充電器に電源をダイヤルバックするように指示します。突然、その 350 kW の充電器が 100 kW を出力し、残りの 20% の充電に 10 分ではなく 20 ～ 30 分かかります。これは充電器の欠陥ではなく、バッテリーを長期間保護する BMS です。このため、信頼性が高くスケーラブルなインフラストラクチャを探している人は、ぜひチェックしてください。電気自動車の急速充電ステーション幅広い BMS 通信プロトコルで動作するように設計されています。

次は、充電器のハードウェアとデザインです。すべての急速充電器が同じように作られているわけではなく、その場で速度を調整できる機能はその構造によって異なります。最新の公共の急速充電器のほとんどは DC 急速充電器 (DCFC) であり、車の車載充電器をバイパスし、直流電流をバッテリーに直接送ります。これが私たち全員が依存する高速充電を可能にします。しかし、最も強力な DCFC にも限界があり、内部コンポーネントが処理できる速度でしか電力を供給できません。たとえば、50 kW の充電器は、パワー モジュール、冷却システム、配線によって、ピーク時に 50 kW しか出力できないという制限があります。しかし、150 kW の充電器であっても、接続するすべての自動車に 150 kW を供給するわけではありません。その PCU は、BMS から受け取る信号だけでなく、自身のハードウェア容量にも基づいて、電力出力をリアルタイムで調整するようにプログラムされています。充電器の内部温度が高くなりすぎると、たとえば 95 度の熱の中で 150 kW で 3 時間ノンストップで動作し続けた場合、過熱や損傷を防ぐために電力が抑制されます。うだるような夏の日には、高速走行できるはずの充電器が速度を落として動作しているのを時々見かけるのはそのためです。充電器は自分自身を保護し、ひいてはあなたの車を保護しているのです。

自宅で充電したい人にも、同じロジックが適用されますが、電力レベルは低くなります。あ50kw家庭用充電器は BMS と連携して速度を調整しますが、家庭での充電はそれほど速度が必要ないときに夜間に行われることが多いため、これらの充電器は通常、ピーク電力よりも効率を優先します。彼らはまだ調整しています。BMS がバッテリーが冷えていると判断した場合、損傷を防ぐために、バッテリーが温まるまで供給電力を下げる可能性があります。電力網の需要がピークに達している場合 (たとえば、暑い夏の夜、全員がエアコンを使用しているときなど) は、ローカル電力網に余分な負担がかからないよう、家庭用充電器の電力をわずかに調整することもあります。それが理由です自宅の充電ポイントスマート グリッド機能を備えて設計されたスマート グリッドの人気が高まっています。電力会社と連携して、グリッドのニーズに基づいて充電速度を調整できるため、多くの場合、バッテリーを健全な状態に保ちながら、オフピーク時に安価に充電できます。

外部要因も急速充電ステーションの速度調整に大きな影響を及ぼしますが、最も過小評価されている要因の 1 つは温度です。バッテリーは扱いにくいもので、寒すぎたり暑すぎたりするとうまく充電されません。氷点下の温度では、リチウムイオンの移動が非常に遅くなるため、BMS が高出力を受け入れる準備ができていても、化学反応が追いつくことができません。その結果、BMS は損傷を防ぐために充電速度を制限します。そのため、寒い冬の日中に、充電の最初の 10 分間に急速充電器が通常の半分の電力しか供給していないことに気づくかもしれません。逆に、バッテリーが熱すぎる場合（100 度の暑さの中で高速道路を 30 分間運転した後など）、イオンの流れが不安定になる可能性があるため、BMS はバッテリーが冷えるまで充電を遅くします。一部の高度な急速充電器には、グリッドからの電力を使用して充電を開始する前にバッテリーを温めたり冷やしたりするバッテリーの事前調整機能も組み込まれています。バッテリーが冷えた状態で公共の充電器に接続すると、充電器は速度を上げる前にバッテリーを最適な温度 (約 20 ～ 25°C) にするためにピーク電力を数分間遅らせ、長期的には時間を節約します。

電力網の需要も、特に公共の急速充電ステーションにとっては重要な外部要因です。電力会社はピーク時間帯（通常は正午と夕方）に電気料金を高くすることが多く、送電網の過負荷を避けるために、多くの充電ステーション運営者は送電網の容量に基づいて出力を調整できる充電器を設置しています。たとえば、ローカル グリッドが充電器のグループに対して 1 MW の電力しかサポートできず、それぞれ 150 kW の能力を持つ DCFC が 10 台ある場合、グリッド管理システムは電力を動的に割り当てます。 1 台の車だけが充電されている場合、150 kW をフルに充電できます。 2 台の車が同時に接続されている場合、システムは利用可能な電力 (たとえば、それぞれ 100 kW) を分割するため、どちらの車も不足せず、送電網が過負荷になることはありません。これが、最新の公共充電器が古いモデルよりもスマートである大きな理由です。車だけでなく、ローカルグリッドとも通信して速度をリアルタイムに調整できるため、誰にとっても効率的に充電できるようになります。のサプライヤーとして公共DC急速充電ステーションソリューションでは、この動的な調整をシームレスにする内蔵グリッド管理モジュールを使用してユニットを設計しているため、オペレーターはグリッドの制約によって顧客の充電速度が妨げられることを心配する必要がありません。

また、高出力の充電器が常に高速であるとは限らないという一般的な通説を打ち破ることも重要です。 350 kW の充電器の速度は、バッテリーが電力を受け入れることができる速度に限られます。 EV の BMS が特定の充電状態で 100 kW しか処理できない場合、350 kW の充電器に接続しても、充電器がどれほど強力であっても最大 100 kW しか供給されません。そのため、より大型で高度なバッテリー パックを搭載した新しい EV は、より高い電力レベルを処理できるように設計されており、市場で最速の充電器を活用できます。たとえば、75 kWh のバッテリーを搭載した Tesla Model 3 の消費電力は最大 250 kW ですが、40 kWh のバッテリーを搭載した古い日産リーフの最大消費電力は約 50 kW です。そのため、リーフが 350 kW の充電器に接続すると、SOC の上限に達するまではほとんどの充電で 50 kW でのみ充電され、その後はさらに遅くなります。この不一致は意図的なものであり、バッテリーの寿命と安全性がすべてです。

では、EV ドライバー、または充電インフラの設置を検討している企業にとって、これは何を意味するのでしょうか?ドライバーにとって、充電速度がどのように調整されるかを理解することで、長旅のストレスを軽減できます。到着した充電器が宣伝されているよりも動作が遅い場合、それは充電器に欠陥があることはほとんどありません。BMS がバッテリーを保護しているか、充電器自体が冷却されているか、温度などの要因が原因です。企業にとって、適切な充電ステーションを選択することは、最新のすべての EV BMS システムと効果的に通信し、外部送電網の需要に対応し、現実世界の状況に適応できる充電器を構築するサプライヤーと提携することを意味します。

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参考文献

1. 国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)。 （2022年）。 DC 急速充電パフォーマンスとバッテリーの安全性。米国エネルギー省。
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3. 自動車技術者協会 (SAE)。 （2021年）。電気自動車導電性充電システムの規格 (SAE J1772/CCS)。
4. バッテリー大学。 （2022年）。リチウムイオン電池の充電の基礎。カデックス エレクトロニクス株式会社
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