主要なポイント（要点）
- 電気自動車の充電速度は、車両に搭載されている充電器の容量、充電ステーションの出力、バッテリーの充電状態および温度によって制限されます。
- DC急速充電（レベル3）はACレベル2よりもはるかに高速ですが、ほとんどの電気自動車はバッテリーの寿命を延ばすために、持続的な急速充電を制限しています。
- バッテリー管理システムは、バッテリーが非常に低温、高温、または充電状態が80%を超えている場合に、充電速度を制限します。
- 「80％ルール」が存在するのは、その閾値を超えると充電速度が劇的に低下するためであり、最後の20％の充電には最初の80％と同じくらいの時間がかかる場合があるからだ。
- 車両と充電器の互換性は重要です。CCS対応車両を定格出力の低い充電器で使用する場合、充電能力は車両自体の性能ではなく、充電器の出力によって制限されます。
- 充電制御システムが正しく機能するためには、12V補助バッテリーが正常な状態である必要があります。12Vバッテリーが弱っていると、充電エラーが発生する可能性があります。
スケジュールを守ろうとする通勤者や旅行者は、通常、ガソリン スタンドで 5 分ほどでガソリンを満タンにすることができます。ほとんど混乱はなく、遅れをとらずに旅行に押し込むことができます。しかし、電気自動車を運転する場合、充電ステーションに立ち寄るだけでコンビニでコーヒーを買うのに十分な時間があるわけではありません。カップ全体を注ぐだけで十分です。
内燃機関車（ICE）と比較すると、電気自動車（EV）の充電には数倍の時間がかかります。最も充電速度の速い電気自動車でも、ピーク時でも1分間に13～20マイルしか走行距離を伸ばすことができません。また、レベル1またはレベル2の家庭用充電器では、充電にさらに長い時間がかかります。充電速度の遅さはEV普及の大きな障壁となっており、抜本的な改善が必要な分野として認識されています。
EV の充電にこれほど時間がかかるのはなぜですか?それを改善できるものはありますか?
EVの充電にはどのくらい時間がかかりますか?
一般的な電気自動車（EV）の充電にはどれくらいの時間がかかるのでしょうか？内燃機関車（ICE）のガソリンタンクと同様に、バッテリーパックのサイズは多種多様なので、正確な時間は一概には言えません。例えば、DC急速充電でバッテリーを80%まで充電するには、約30～45分かかります。レベル2充電では充電速度は飛躍的に遅く、1時間あたり約20～30マイル（約32～48キロメートル）の航続距離が追加されます。ほとんどの車両では、バッテリー残量ゼロから満充電までには一晩かかる計算になります。
ただし、レベル 1 の充電しか利用できない場合、充電時間はレベル 2 の約 XNUMX 倍になります。時速約 XNUMX ～ XNUMX マイルの充電速度では、ほとんどの長距離 EV は充電に XNUMX 日以上かかります。ほぼ空。
自宅で車を充電するインフラがないドライバーにとって、DC 急速充電は最速のオプションです。充電速度の高速化の妨げとなるものを探ってみましょう。
リチウムイオン電池の充電の仕組み
バッテリーの放電はかなり単純な概念です。プラス端 (カソード) とマイナス端 (アノード) を備えた単 3 形電池を想像してください。 2 つの間には、電子ではなくリチウム イオンのみが通過できる障壁として機能するセパレーター材料があります。バッテリーが満充電になると、イオンはすべて陰極に集まります。バッテリーは使用とともにゆっくりと確実に消耗するため、イオンはセパレーターの片側からアノードに移動します。陰極側にほとんどイオンが残っていない場合、バッテリーの充電量は少なくなります。
バッテリーを再充電するには、バッテリーに電流を流します。基本的に、リチウムイオンの流れを逆にし、リチウムイオンはカソード側に戻り、再びエネルギーが必要になるまで保持されます。
しかし、バッテリーを急速充電すると、バッテリー内部に膨大な運動エネルギーが発生し、熱が生じます。過度の熱はバッテリーに永久的な損傷を与える可能性があります。また、リチウムイオンバッテリーの場合、負極でインターカレーション（めっき効果）が発生し、充電性能が低下することがあります。危険な反応を防ぐためには、充電を最適化する必要があります。
充電速度が遅くなる
急速充電はマイナスの影響を与える可能性がありますが、通常はバッテリーがフル充電に近づくまでは心配ありません。バッテリーが 80% 以上充電されると、運動エネルギーが本格的に高まります。急速充電ステーションにいるとき、またはレベル 2 の充電器を使用しているときは、80% のしきい値に達すると、充電速度が大幅に低下することに気づくでしょう。
これは仕様によるものです。車が最大 80% ポイントまで充電できる最速の充電が可能になります。このポイントではレートが調整されます。最後の 20% には、最初の 80% と同じくらい時間がかかることがあります。たとえば、空の状態から 30% になるまでに 80 分かかる場合、30% の容量に達するまでさらに 100 分かかる可能性があります。
本当に 100% 充電されたリチウムイオン電池は、危険な反応を起こす可能性があることに注意してください。そのため、車の充電状態 (SoC) インジケーターは充電済みであることを示しているかもしれませんが、メーカーのバッテリー管理システムは安全を保つためにある程度の余裕を残すように設計されています。
充電器が充電速度を制限している
しかし、充電速度を阻害する要因はバッテリーの化学組成だけではありません。充電ステーションには設置場所ごとの電力容量に限りがあります。充電ステーションを利用する車両の数によっては、利用可能な電力を管理するために充電速度が制限されたり、低下したりすることがあります。
しくみはこうです：
- 急速充電ステーションには 1MW の電力が利用可能です。
- 350 台の車が CCS 充電器で XNUMXkW の速度で充電を開始します。
- さらに 350 台の車両が到着しますが、ステーションには XNUMXkW の車両を XNUMX 台収容できる容量がありません。
- 250 台の車両はすべて、充電レートが XNUMXkW 以下の同じレートに調整されています。
- さらに 125 台の車両が到着すると、XNUMX 台すべてが XNUMXkW にスロットルされます。
- 車両が終了して出発すると、充電率は残りの車両間で平均化されます。
これは、すべての車両が同じ高い CCS レートで充電できることを前提としていますが、常にそうとは限りません。アルゴリズムが最大電力レベルを計算し、それに応じて電力を分散します。
一般的に、充電ステーションを使用する車両の数が増えるほど、潜在的な充電時間は遅くなる可能性があります。
EV はガソリン タンクを満タンにするのと同じくらいの速さで充電できるようになるでしょうか?
米国政府は、普及を支援し、移動中の人々に信頼できるオプションを提供するために、EV 充電インフラに数十億ドルを投資しています。この開発は急速に進んでいますが、バッテリー技術もテストして市場に投入する必要があります。
電気自動車（EV）技術には、バッテリー残量が少なくなった際の充電時間を大幅に短縮できるような改良が確かに進められています。固体電池は、充電速度を大幅に向上させるだけでなく、容量も大きく、安全性も高いバッテリーの一種です。また、カーボンナノチューブ電極などの設計に関する研究も、ガソリンを満タンにするのと同じくらい速く充電できるという目標達成に役立つ可能性があります。
よくある質問
EV の充電が 80% を超えると遅くなるのはなぜですか?
リチウムイオン電池は、容量が満充電に近づくにつれて過充電に対する感受性が高まります。バッテリー管理システムは、電池へのストレスを防ぐため、80%を超えると充電電流を低減します。このプロセスは「テーパリング」と呼ばれます。これにより、バッテリーの長期的な健全性が維持されますが、最後の20%の充電には最初の80%に比べて著しく長い時間がかかります。
レベル1、レベル2、レベル3のEV充電の違いは何ですか？
レベル1は標準的な120Vコンセントを使用し、1時間あたり3～5マイルの航続距離を追加します。レベル2は240V専用回路を使用し、1時間あたり15～30マイルの航続距離を追加します。レベル3（DC急速充電）は、車両と充電器の定格にもよりますが、30分で100～200マイル以上の航続距離を追加できます。日常的な充電のほとんどはレベル2で行われます。
寒さは電気自動車の充電速度を低下させるのか？
はい。低温ではリチウムイオン電池の導電率が低下するため、バッテリー管理システム（BMS）はバッテリーが温まるまで充電速度を制限します。そのため、急速充電器に到着する前にバッテリーを予熱しておく（自宅で電源に接続したままトラクションパックを使って最適な温度まで温めておく）ことで、充電速度が大幅に向上します。
電気自動車が急速充電器での充電を拒否するのはなぜですか？
充電されない、または充電が遅い状態になる原因はいくつか考えられます。バッテリーの温度が低すぎる、高すぎる、すでに80%を超えている、または12V補助バッテリーの容量が弱すぎて充電制御回路を支えきれない、などが挙げられます。12Vバッテリーが完全に放電している、または容量が不足している状態は、見落とされがちな一般的な原因です。EVの充電に関する不具合の診断には、xLVS-9000を用いたテストを必ず含めるべきです。
毎日100%まで充電すると、電気自動車のバッテリーにダメージを与えますか？
100%まで充電するよりも、80%まで充電する方がバッテリーの劣化を早めます。ほとんどのEVメーカーは、長距離走行時のみ100%充電し、日常的には80～90%まで充電することを推奨しています。そのため、多くのEVに搭載されているBMS（バッテリー管理システム）では、充電制限を設定できます。
充電器の互換性は充電速度にどのように影響しますか？
充電速度は常に、車両のオンボード充電器と充電ステーションの出力のうち、容量の低い方によって制限されます。150kWのDC急速充電に対応した車両でも、50kWの充電ステーションでは50kWでしか充電できません。また、充電を行うには、コネクタの互換性（CCS、NACS、CHAdeMO）も一致している必要があります。