EV充電器テクノロジー

中国と米国のEV充電技術はほぼ似ています。両国とも、電気自動車の充電技術としてはコードとプラグが圧倒的に主流です。 （ワイヤレス充電とバッテリー交換は、せいぜいマイナーな存在です。）両国の間には、充電レベル、充電規格、通信プロトコルに関して違いがあります。これらの類似点と相違点については以下で説明します。

A. 充電レベル

米国では、ほとんどの EV 充電が、改造されていない家庭用コンセントを使用して 120 ボルトで行われています。これは一般にレベル 1 または「トリクル」充電として知られています。レベル 1 の充電では、一般的な 30 kWh のバッテリーが 20% からほぼ完全に充電されるまでに約 12 時間かかります。 （中国には120ボルトのコンセントはありません。）

中国と米国の両国では、EV の充電の大部分は 220 ボルト (中国) または 240 ボルト (米国) で行われます。米国では、これはレベル 2 充電として知られています。

このような充電は、改造されていないコンセントまたは専用の EV 充電装置を使用して行われる場合があり、通常は約 6 ～ 7 kW の電力を使用します。 220 ～ 240 ボルトで充電する場合、一般的な 30 kWh のバッテリーは、20% からほぼ完全に充電されるまでに約 6 時間かかります。

最後に、中国と米国の両国では、一般的に 24 kW、50 kW、100 kW、または 120 kW の電力を使用する DC 急速充電器のネットワークが成長しています。ステーションによっては、350 kW または 400 kW の電力を提供する場合もあります。これらの DC 急速充電器は、およそ 1 時間からわずか 10 分の範囲の時間で車両バッテリーを 20% からほぼフル充電まで充電できます。

表6:米国で最も一般的な充電レベル

出典: 米国エネルギー省

B. 充電基準

私。中国

中国には全国規模の EV 急速充電規格が 1 つあります。米国には 3 つの EV 急速充電規格があります。

中国の標準は China GB/T として知られています。 (イニシャルGB国家規格の略です。）

中国 GB/T は、数年間の開発を経て 2015 年にリリースされました 124。現在、中国で販売されるすべての新しい電気自動車に義務付けられています。テスラ、日産、BMW などの国際自動車メーカーは、中国で販売される EV に GB/T 規格を採用しています。 GB/T では現在、最大 237.5 kW の出力 (950 V および 250 アンペア時) での急速充電が可能ですが、

中国の DC 急速充電器は 50 kW の充電を提供します。新しい GB/T は 2019 年または 2020 年にリリースされる予定で、大型商用車向けに最大 900 kW の充電を含むように規格がアップグレードされると伝えられています。 GB/T は中国のみの規格であり、海外に輸出される少数の中国製 EV は他の規格を使用しています125。

2018年8月、中国電力委員会（CEC）は、日本に拠点を置くCHAdeMOネットワークと超急速充電を共同開発する覚書を発表した。目標は、急速充電のためのGB/TとCHAdeMOの互換性です。 2 つの組織は提携して、この規格を中国と日本以外の国にも拡大する予定です126。

ii.米国

米国では、DC 急速充電には CHAdeMO、CCS SAE Combo、Tesla の 3 つの EV 充電規格があります。

CHAdeMO は 2011 年に開発された初の EV 急速充電規格であり、東京都によって開発されました。

127 CHAdeMO は現在、米国で最も売れている電気自動車の 1 つである日産リーフと三菱アウトランダー PHEV に使用されています。米国におけるリーフの成功は、中国と米国における電気自動車の充電

エネルギーポリシー.コロンビア.EDU | 2019年2月 |

これは、ディーラーやその他の都市部で CHAdeMO 急速充電インフラを展開するという日産の初期の取り組みの一部によるものです。128 2019 年 1 月の時点で、米国には 2,900 台以上の CHAdeMO 急速充電器がありました (日本では 7,400 台以上、日本では 7,900 台以上)。ヨーロッパでは).129

2016年、CHAdeMOは、初期充電レートの70から標準をアップグレードすると発表しました。

130 2018 年 6 月、CHAdeMO は、1,000 V、400 アンペアの水冷ケーブルを使用した 400 kW の充電機能の導入を発表しました。トラックやバスなどの大型商用車のニーズを満たすために、より高い充電が可能になります131。

米国の 2 番目の充電規格は、CCS または SAE Combo として知られています。 2011年に欧米の自動車メーカーグループによって発売された。言葉コンボは、プラグに AC 充電 (最大 43 kW) と DC 充電の両方が含まれていることを示します。132 In

ドイツでは、CCS の広範な採用を主張するために、Charging Interface Initiative (CharIN) 連合が結成されました。 CHAdeMOとは異なり、CCSプラグにより​​1ポートでDC充電とAC充電が可能となり、車体に必要なスペースや開口部を削減できます。ジャガー、

フォルクスワーゲン、ゼネラルモーターズ、BMW、ダイムラー、フォード、FCA、ヒュンダイが CCS をサポートしています。 Tesla も連合に参加し、2018 年 11 月に欧州での自社車両に CCS 充電ポートが装備されると発表しました 133。米国で CCS 充電を使用する人気の EV には、シボレー ボルトと BMW i3 があります。現在の CCS 急速充電器は約 50 kW での充電を提供しますが、Electrify America プログラムには 350 kW の急速充電が含まれており、わずか 10 分でほぼ完全な充電が可能になります。

米国における 3 番目の充電規格は、テスラによって運営されており、テスラは 2012 年 9 月に米国で独自のスーパーチャージャー ネットワークを立ち上げました。134 テスラ

スーパーチャージャーは通常 480 ボルトで動作し、最大 120 kW で充電できます。として

2019 年 1 月、テスラの Web サイトには米国内の 595 か所のスーパーチャージャー設置場所がリストされており、追加の 420 か所が「間もなく追加される」135。2018 年 5 月、テスラは、将来的にはスーパーチャージャーが 350 kW もの出力レベルに達する可能性があると示唆しました。136

このレポートの調査では、米国のインタビュー対象者に、DC急速充電に関する単一の国家規格の欠如がEV導入の障壁になると考えるかどうかを尋ねました。肯定的に答える人はほとんどいませんでした。複数の DC 急速充電規格が問題とみなされない理由は次のとおりです。

● ほとんどの EV 充電は、レベル 1 および 2 の充電器を使用して自宅や職場で行われます。

● これまでの公共および職場の充電インフラの多くはレベル 2 充電器を使用していました。

● EV と充電器が異なる充電規格を使用している場合でも、EV 所有者がほとんどの DC 急速充電器を使用できるようにするアダプターが用意されています。 (主な例外である Tesla スーパーチャージャー ネットワークは、Tesla 車のみに公開されています。) 特に、急速充電アダプターの安全性についてはいくつかの懸念があります。

● プラグとコネクタは急速充電ステーションのコストのほんの一部に相当するため、ステーションの所有者にとっては技術的または経済的課題はほとんどなく、給油所でのさまざまなオクタン価ガソリン用のホースに匹敵する可能性があります。多くの公共充電ステーションでは 1 つの充電ポストに複数のプラグが接続されており、あらゆるタイプの EV を充電できます。実際、多くの管轄区域ではこれを要求または奨励しています。中国と米国における電気自動車の充電

38 |世界エネルギー政策の中心 |コロンビア シパ

一部の自動車メーカーは、専用の充電ネットワークは競争戦略を表していると述べています。 BMW のエレクトロモビリティ責任者であり、CharIN 会長である Claas Bracklo 氏は 2018 年に、「私たちは権力の地位を築くために CharIN を設立した」と述べました。137 多くのテスラ所有者と投資家は、独自のスーパーチャージャー ネットワークがセールス ポイントであると考えていますが、テスラは引き続き表明しています。他の車種でも、使用量に比例した資金を提供することを条件に、そのネットワークの使用を許可する意向です。138 テスラは、CCS を推進する CharIN にも参加しています。 2018年11月、欧州で販売されるモデル3車にCCSポートが搭載されると発表した。 Tesla の所有者は、CHAdeMO 急速充電器にアクセスするためのアダプターを購入することもできます。139

C. 充電通信プロトコル 充電通信プロトコルは、ユーザーのニーズ (充電状​​態、バッテリー電圧、安全性の検出) およびグリッド (以下を含む) に合わせて充電を最適化するために必要です。

140 中国 GB/T と CHAdeMO は CAN として知られる通信プロトコルを使用しますが、CCS は PLC プロトコルで動作します。 Open Charging Alliance によって開発された Open Charge Point Protocol (OCPP) などのオープン通信プロトコルは、米国やヨーロッパでますます人気が高まっています。

このレポートのための私たちの調査では、米国のインタビュー対象者の何人かが、オープンな通信プロトコルとソフトウェアへの移行を政策の優先事項として挙げています。特に、米国復興再投資法 (ARRA) に基づいて資金提供を受けた一部の公共充電プロジェクトでは、独自のプラットフォームを備えたベンダーを選択したが、その後財政難に陥り、交換が必要な壊れた機器が放置されたことが挙げられている141。この調査のために連絡を受けたネットワークは、オープン通信プロトコルへの支持と、充電ネットワーク ホストがプロバイダーをシームレスに切り替えられるようにするためのインセンティブを表明しました。142

D. コスト

家庭用充電器は米国よりも中国の方が安い。中国では、一般的な 7 kW の壁掛け家庭用充電器が、1,200 人民元から 1,800 人民元の間でオンライン販売されています。143 設置には追加費用が必要です。 （ほとんどの民間の EV 購入には充電器が付属しており、設置も含まれています。）米国では、レベル 2 の家庭用充電器の費用は 450 ドルから 600 ドルの範囲で、これに設置費用が平均約 500 ドルかかります。144 DC 急速充電装置は、アメリカではかなり高価です。両国。費用は大きく異なります。このレポートのためにインタビューしたある中国の専門家は、中国での 50 kW DC 急速充電ポストの設置には通常 45,000 人民元から 60,000 人民元の費用がかかり、充電ポスト自体に約 25,000 人民元から 35,000 人民元、ケーブル配線、地下インフラ、人件費がかかると推定しています。 145 米国では、DC 急速充電にはポストごとに数万ドルの費用がかかる場合があります。 DC 急速充電装置の設置コストに影響を与える主な変数には、溝、変圧器のアップグレード、新規またはアップグレードされた回路と電気パネル、美的アップグレードの必要性が含まれます。標識、許可、障害者へのアクセスも追加の考慮事項です。146

E. ワイヤレス充電

ワイヤレス充電には、見た目の美しさ、時間の節約、使いやすさなど、いくつかの利点があります。

1990 年代には EV1 (初期の電気自動車) で利用可能でしたが、現在ではまれです。147 オンラインで提供されるワイヤレス EV 充電システムの価格は、1,260 ドルから約 3,000 ドルです。148 ワイヤレス EV 充電には効率性のペナルティがあり、現在のシステムでは充電効率が約 85%。149 現在のワイヤレス充電製品は 3 ～ 22 kW の電力伝送を提供します。 Plugless のいくつかの EV モデルで利用可能なワイヤレス充電器は、レベル 2 充電に相当する 3.6 kW または 7.2 kW で充電します。150 多くの EV ユーザーは、ワイヤレス充電には追加コストの価値がないと考えていますが、151 一部のアナリストは、この技術は間もなく普及すると予測しています。そしていくつかの自動車メーカーは、将来のEVのオプションとしてワイヤレス充電を提供すると発表しました。ワイヤレス充電は、公共バスなどのルートが定められた特定の車両にとって魅力的である可能性があり、将来の高速道路の電気車線にも提案されていますが、高コスト、低い充電効率、および遅い充電速度が欠点となります。152

F. バッテリーの交換

バッテリー交換技術を使用すると、電気自動車は、消耗したバッテリーを完全に充電されたバッテリーと交換できるようになります。これにより、EVの充電に必要な時間が大幅に短縮され、ドライバーにとって大きなメリットが得られる可能性があります。

中国のいくつかの都市や企業は現在、タクシーなど利用率の高い車両EVに焦点を当ててバッテリー交換の実験を行っている。杭州市は、地元で製造された衆泰の EV を使用するタクシー車両のバッテリー交換を導入しました。155 北京市は、地元の自動車メーカー BAIC の支援により、いくつかのバッテリー交換ステーションを建設しました。 2017 年後半、北京汽車は、2021 年までに全国に 3,000 か所の交換ステーションを建設する計画を発表した156。中国の EV スタートアップ NIO は、一部の車両にバッテリー交換技術を採用する計画であり、中国に 1,100 か所の交換ステーションを建設すると発表した。157 中国のいくつかの都市—杭州や青島を含む - バスのバッテリー交換も使用されています。158

米国では、乗用車用交換ステーションのネットワークを計画していたイスラエルのバッテリー交換新興企業プロジェクト・ベター・プレイスが2013年に破産したことを受けて、バッテリー交換に関する議論は下火になった[153]。2015年、テスラは交換ステーションを1つだけ建設した後、交換ステーション計画を放棄した。消費者の関心の欠如を非難。現在、米国で電池交換に関する実験が行われているケースはほとんどない[154]。電池コストの低下と、おそらく程度は低いが DC 急速充電インフラの導入により、米国での電池交換の魅力が減少している可能性が高い。米国。

バッテリー交換にはいくつかの利点がありますが、顕著な欠点もあります。 EV バッテリーは重量があり、通常は車両の底部に配置され、位置合わせと電気接続の工学的公差が最小限に抑えられた一体型の構造コンポーネントを形成します。今日のバッテリーは通常、冷却が必要であり、冷却システムの接続と取り外しは困難です。159 そのサイズと重量を考慮すると、バッテリー システムは、がたつきを避け、摩耗を軽減し、車両の中心を維持するために完全にフィットする必要があります。今日の EV に一般的なスケートボード バッテリー アーキテクチャは、車両の重量中心を下げ、前後の衝突保護を向上させることで安全性を向上させます。トランクなどにある取り外し可能なバッテリーにはこの利点がありません。ほとんどの車両所有者は主に自宅または自宅で充電しているため、中国と米国における電気自動車の充電職場では、バッテリー交換は必ずしも充電インフラの問題を解決するとは限りません。公共の充電と航続距離に対処するのに役立つだけです。また、ほとんどの自動車メーカーはバッテリー パックや設計を標準化することに消極的であるため、自動車はバッテリーとモーターを中心に設計されており、これが重要な独自の価値となっています160。バッテリー交換には、自動車会社ごとに個別の交換ステーション ネットワークが必要になるか、モデルやモデルごとに個別の交換装置が必要となる場合があります。車両のサイズ。移動式バッテリー交換トラックが提案されているが161、このビジネスモデルはまだ実装されていない。