電気自動車

世界はEV革命を解き放つ準備をしているので、適応の速度が遅いのは事実です。電気自動車（EV）は、より環境に優しく、よりスムーズで、より安価な輸送手段であるにもかかわらず、まだ実用的ではないようです。その理由は、コストとエコシステムという2つの言葉です。現在、EVの価格はガソリン車とほぼ同じであるため、購入者にとってそれほど重要な選択肢ではありません。バッテリー技術と政府のスキームの進歩により、将来的にEVのコストが下がると予想されます。

2つ目の部分は、購入者が手間をかけずに電気自動車を使用するための適切なエコシステムがないことです。 「エコシステム」とは、バッテリーがなくなったときにEVを充電する充電ステーションを指します。町にガソリンスタンドがなく、補充できる場所が自宅だけであるときにガソリン車を使用することを想像してみてください。さらに、一般的なEVを充電するには最低6〜8時間必要です。テスラ、EVgo、充電ポイントなどの多くの企業は、全国に充電ステーションを設置することで、この問題をすでに認識しています。 2035年までにガソリンエンジンを放棄することを約束したオランダのような国では、将来の道路が内燃機関を介してEVに置き換えられ、多くのEV充電ステーションが私たちの周りに出現することは確実です。

しかし、EV充電ステーションはどのように機能しますか？1つの充電ステーションですべてのタイプの電気自動車を充電できますか？電気自動車の充電器の種類は何ですか？EV充電器のプロトコルは何ですか？この記事では、これらすべての質問に対する回答について説明し、電気自動車充電ステーションとその背後にあるサブシステムを構成するものについても理解します。先に進む前に、電気自動車で使用されるバッテリーと、電気自動車内でバッテリー管理システムがどのように機能するかについて読む必要があります。

電気自動車供給装置（EVSE）

電気自動車充電ステーションを構成する機器は、まとめて電気自動車供給機器（EVSE）と呼ばれます。この用語はより一般的であり、充電ステーションを指すだけです。充電ステーションの略であるECSと呼ばれることもあります。

EVSEは、電力供給用のグリッドを使用してバッテリーパックを充電するように設計および設計されています。これらのバッテリーパックは、電気自動車（EV）またはプラグイン電気自動車（PEV）に搭載されている場合があります。これらのEVSEの電源、コネクタ、およびプロトコルは、この記事で説明する設計に基づいて異なります。

車載充電器と充電ステーション

充電ステーションに入る前に、EVの内部に何があり、充電器がどの部分に接続されるかを理解することが重要です。今日のほとんどのEVには、オンボード充電器（OBC）が付属しており、メーカーは車両と一緒に充電器も提供しています。これらの充電器とオンボード充電器は、お客様が家に帰るとすぐに自宅の電源コンセントからEVを充電するために使用できます。しかし、これらの充電器は非常に基本的であり、高度な機能が付属していないため、通常、一般的なEVの充電には約8時間かかります。

EV充電ステーション（EVSE）の種類

充電ステーションは、AC充電ステーションとDC充電ステーションの2種類に大別できます。

その名前が示すように、AC充電ステーションはグリッドからEVにAC電力を供給し、EVはオンボード充電器を使用してDCに変換されて車両を充電します。これらの充電器は、レベル1およびレベル2充電器とも呼ばれ、住宅および商業施設で使用されます。AC充電ステーションの利点は、車載充電器がEVの必要に応じて電圧と電流を調整するため、充電ステーションがEVと通信する必要がないことです。不利な点充電時間を長くする低出力です。典型的なAC充電システムを下の写真に示します。グリッドからのACがEVSEを介してOBCに直接供給されていることがわかるように、OBCはそれをDCに変換し、BMSを介してバッテリーを充電します。パイロット線は、EVに接続されている充電器のタイプを検知し、OBCに必要な入力電流を設定するために使用されます。これについては後で詳しく説明します。

A充電ステーションDCは、 AC電源形にそれにより通過オンボード充電器（OBS）をすることによって、直接バッテリーパックを充電グリッドとDC電圧および使用に変換して取得します。これらの充電器は通常、最大600Vの高電圧と最大400Aの電流を出力するため、AC充電器の8〜16時間と比較して、30分未満でEVを充電できます。これらはレベル3充電器とも呼ばれ、一般にDC急速充電器（DCFC）またはスーパー充電器として知られています。このタイプの充電器の利点は充電時間が速いことですが、欠点は複雑なエンジニアリングですEVと通信して効率的かつ安全に充電する必要がある場所。EVSEがOBSをバイパスしてバッテリーパックに直接DCを提供することがわかるように、典型的なDC充電システムを以下に示します。EVSEはスタックに配置されて大電流を供給しますが、電源スイッチの制限により、単一のスタックでは大電流を供給できません。

通常、レベル1充電器は住宅用です。これらは、標準の家庭用電源コンセントを介してEVを充電するために使用できるEVとともにメーカーから提供される充電器です。そのため、単相AC電源で動作し、12A〜16Aの範囲で出力でき、24kWHのEVを充電するのに約17時間かかります。レベル1の充電器は、充電ステーションでない多くの役割を担っています。

レベル2の充電器がレベル1充電器のアップデートとして提供され、それがいずれかの家に設置することができ、特別な要求に家を提供した分割相電源を有しているか、公共/商業充電ステーションで使用することができるだけでなく。これらの充電器は、入力電圧が高いため最大80Aの出力電流を供給でき、8時間でEVを充電できます。レベル3の充電器やスーパーチャージャーは、単独の公共の充電ステーションのためのものです。それらはグリッドからの多相AC入力を必要とし、240 kW以上を消費します。これは、私たちの家の一般的な空調ユニットのほぼ10倍です。したがって、これらの充電器を操作するには、グリッドからの特別な許可が必要です。

レベル2及びレベル3の充電器は、レベル1充電器よりも効率的であると考えられているAC / DCおよびDC / DC変換がEVSE自体で行われるからです。レベル2およびレベル3の充電器はサイズが大きく複雑であるため、EVの重量が増加し、効率が低下するため、EV内に構築することはできません。

充電ステーションタイプ	充電器レベル	AC電源の電圧と電流	充電器の電力	24kWHバッテリーパックを充電する時間
AC充電ステーション	レベル1-住宅	単相– 120 / 230Vおよび〜12〜16A	〜1.44 kW〜〜1.92kW	〜17時間
AC充電ステーション	レベル2-コマーシャル	スプリットフェーズ– 208 / 240Vおよび〜15〜80A	〜3.1 kW〜〜19.2 kW	〜8時間
DC充電ステーション	レベル3–スーパーチャージャー	単相– 300 / 600Vおよび〜400A	〜120 kW〜〜240 kW	〜30分

EV充電コネクタの種類

ヨーロッパ人が220V50Hzで動作し、アメリカ人が110V 60Hzで動作するのと同じように、EVにも製造国に応じてさまざまなタイプの充電コネクタがあります。これは、すべてのEVで簡単にユニバーサルにすることができないため、ESVEメーカー間で混乱を招きました。AC充電器とDC充電器のコネクタの主な分類を以下に示します。

電気自動車用AC充電ソケット：

3つの中で最も一般的なタイプのAC充電ソケットは、北米で人気のあるJSAE1772ソケットです。プラグ/コネクタには複数の接続があることがわかりますが、3つの広いピンはフェーズ、ニュートラル、およびグラウンド用であり、2つの小さなピンは充電器とEV（パイロットインターフェイス）間の通信に使用されます。これについては後で詳しく説明します。MennekesまたはVDE-AR-Eは、ヨーロッパで三相AC充電システムに使用されているため、最大44kWの高電力を出力できます。Le-Grandも同様のソケットで、破片が充電ソケットに入るのを防ぐための安全シャッターが付いています。技術基準によると、HSAE 1772およびVDE-AR-Eソケットのみが、将来のすべてのAC充電器で使用されることが提案されています。

電気自動車用DC充電ソケット：

DC充電器側には、最も人気のあるタイプのソケットであるCHAdeMO充電器ソケットがあります。それは日本によって導入され、すぐにフランスと韓国によって適応されました。今日、日産リーフ、起亜などのほとんどのEVには、これらのタイプのソケットがあります。ソケットには、DC電源レール用の2つの広いピンと、CANプロトコル用の通信ピンがあります。私たちが知っているように、レベル3 DC充電器はオンボード充電器を使用しないため、EVのバッテリーパックに必要な電圧と電流を単独で提供する必要があります。これは、バッテリーパックのBMSとのコントロールエリアネットワーク（CAN）プロトコルを介した通信リンク（パイロットリンク）を確立することによって行われます。次に、BMSは充電器に充電プロセスを開始するように指示し、それを監視してから、充電器に充電を停止するように要求します。

テスラ車は、スーパーチャージャーと呼ばれる充電器の独自の種類を持っているので、上記のようにコネクタの自分のタイプを持っています。ただし、ポートをCHAdeMOまたはCSS充電器で充電できるように変換できるアダプターを販売しています。CDD充電器は、ACタイプとDCタイプの両方の充電器を組み合わせたもう1つの人気のある充電器ソケットです。画像でわかるように、充電器はDCとACの両方をサポートするために2つのセグメントに分割されています。CANおよび電力線通信（PLC）をサポートでき、アウディ、BMW、フォード、GM、ポルシェなどのヨーロッパ車で広く使用されています。最大400kWのDC出力と43kWのAC出力をサポートできます。

EVSEAC充電ステーション-レベル1およびレベル2の充電器

レベル1およびレベル2の充電ステーションは、電気自動車の車載充電器にAC電源を供給するだけで、充電プロセスが処理されます。これは一見すると見えるかもしれません。ただし、パイロットワイヤを介してEVバッテリーパックと通信することにより、EVバッテリーパックの要求に応じてグリッドから適切な量の電力を供給する責任があります。TIトレーニングドキュメントに示されている一般的なAC充電ステーションに存在するサブシステムを以下に示します。

レベル1の充電器16Aの最大出力電流を有するが、なぜなら家庭用電源ソケットの制限のレベル2充電器は、点で最大80Aを提供することができる三相電源で作動します。レベル1とレベル2の両方のAC充電器は、通常、SAEJ1772標準プラグコネクタを使用します。

ご覧のとおり、AC電源ライン（L1とL2）はリレーを介してJ1772コネクタに接続されています。このリレーは、充電プロセスを開始するために閉じられ、充電が完了すると開きます。パイロット信号通信はバッテリーの状態を検出するために使用され、ホスト処理システムはオンボード充電器に供給する電力量を決定します。私たちは議論する予定です