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次世代自動車の検証(5)<電動車(EV/PHEV)の充電>

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今月は電動車の充電について様々な角度から検証してみたいと思います。充電設備にはどのような種類があるのか? 充電規格はどのようになっているのか? 現在の充電設備および将来必要な充電設備は大丈夫なのか? 等々、特にEV充電を中心にお話をさせていただきます。

(注)本稿では先月に引き続き、国内の刊行物、ウェブ情報などの採用頻度からハイブリッド車はHV、プラグインハイブリッド車はPHEV、純電気自動車はEVと記述いたします。

 

[電動車(EV/PHEV)の充電-1]電動車充電設備の種類と仕組み
<電動車の充電ポート>

電動車用の充電設備には、「普通充電」と、短時間で充電可能な「急速充電」の2種類があり、国内主要メーカーのEV/PHEVには「普通充電」「急速充電」それぞれのポートが設置されています。

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電動車の充電ポート例(日東工業HP)
 
<充電シーンによる分類>

「充電シーン」は次図の3つに分類でき、それぞれに適切な充電器を整備することが重要です。

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充電シーンによる分類(日東工業HP)

「普通充電器」は充電に時間はかかりますが、急速充電器に比べて設備導入費用の負担が少なく、自宅、事務所、宿泊施設など長時間駐車する場所での日々の基礎的な充電に適しています。「急速充電器」は、より高い電圧で電流を流すことで、一般的に30分程度で約80%まで充電可能となっており、出先での継ぎ足し充電や緊急充電に適しています。

 

<普通充電の設備>

満充電もできる普通充電は、私たちが日常的に利用している100Vまたは200Vの家庭用電源を利用するものです。200V電源は、エアコン、IHクッキングヒーターなどに使用するもので、多くの住宅の分電盤には、200Vの供給が出来る電線が届いているはずです。それでは100Vと200Vの違いはどのくらいあるのでしょうか。電圧の違いは、一言でいえばパワーの差であり、充電時間に差が生じます。その例として100Vと200Vの両方の普通充電に対応する日産REAF EVの例をあげてみました。

普通充電(AC) 電圧 電力 充電時間(満充電)
LEAF(40kWh) LEAF e+(62kWh)
100V 0.6kW 64時間 98時間
200V 3kW 16時間 24.5時間
300V 6kW 8時間 12.5時間
日産LEAF EV (バッテリー容量40-62kWh)の家庭用電源充電時間(参考:Panasonic ELSEEV HP)

上記のように、100Vと200Vでは、充電時間が劇的に異なります。このため、200Vの利用が推奨されるのです。もっともEV の充電には、EV専用コンセントや充電器の設置が必要ですから、その工事と合わせて、200Vの電源を確保するのが一般的でしょう。しかも200Vなら、100V換算の2倍の電流が流せるので、アンペア出力を抑えることができ、結果的に電気代も抑えることができます。また200V電源ならば、より高出力な6kW普通充電器を設置も可能になります。上記にあるように、2倍の電力を供給できるので半分程度の時間で充電を終了できます。日常的に移動が多い人には、少し高価になりますが、6kWの普通充電器を設置するメリットもあるでしょう。

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家庭用充電器の一例(Panasonic ELSEEV cabi)
<急速充電の設備>

急速充電は、その名の通りスピード重視の充電ですが、EV用の急速充電器は非常に高価なため、個人で導入することは難しく、街中に整備されたものを利用することになります。

主な設置場所として、高速道のSA及びPA、商業施設などの駐車場、自動車販売店などの公共性の高い場所が中心です。急速充電器と一言でいっても、実は様々な規格があります。しかし、日本の場合は、ほぼひとつと言っても過言ではありません。それは日本で考えられた電気自動車用急速充電規格「CHAdeMO」で急速充電インフラの整備が進められているからです。例外と言えるのが、EV界の異端児、テスラ(米国)です。独自規格の急速充電器(スーパーチャージャー)を日本でも展開しています。ただテスラ車でも、CHAdeMOが利用できるようにアダプターを用意しています。

 

これらの急速充電器を利用すれば、数十分間の充電でも多くの電気を蓄えることが出来ますが、普通充電と異なり、満充電にはできず、およそ80%が最大となります。

これは満充電に近づくほど、充電スピードが遅くなるため。効率を重視すれば、80%がベターなのです。ただ多くの人が共用する急速充電器では、1回の利用が30分に制限されていることが一般的です。このため、EVにより搭載バッテリーの総容量や種類により急速充電器の性能が異なるため、どの程度充電が回復できるかは、ケースバイケースとなります。それでも1回の充電では数10kW単位での充電が出来るため、出先での充電には重宝します。ただし、急速充電を頻繁に繰り返すとバッテリーの寿命が短くなるといわれています。したがって、普通充電との使い分けが必要になります。

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高速道路用の新型急速充電設備(イーモビリティパワー)
[電動車(EV/PHEV)の充電-2]日本国内の充電設備の普及状況

国内のEV/PHEV用の充電設備の設置状況をEV充電スタンド情報共有サイト「GoGoEV」で調べてみました。なお、テスラ専用充電設備については参考数値としてください。

 

<国内EV/PHEV充電設備の数>

次表は2021年10月9日現在の日本国内のEV/PHEV用の充電設備の総数です。全国のガソリンスタンド総数が3万店舗弱ですので、2万基を超える数は一見かなり多いようですが、この中には個人住宅用や公共施設用の充電時間が半日以上必要な普通充電設備も含まれています。また、急速充電設備も自動車ディーラー、自動車工場、電気工事業者等が保有する設備も含まれていますので、EV/PHEVユーザーが外出時に使用できる急速充電設備の数は表中の7,773基よりさらに少なくなります。

普通充電設備(J1772) 急速充電設備(CHAdeMO) テスラ専用充電設備
100V 200V 低速(20kW未満) 中速(20-40kW) 高速(40-90kW) 超高速(90kW以上)  
215 13,672 64 3,773 3,801 135 212
13,887 7,773 212
21,872
2021年10月現在の日本全国のEV/PHEV用充電設備の設置数量(単位:基)

 

<一般道路上(1)のEV/PHEV充電設備の数>

それでは電動車で外出時に使うことができる急速充電設備はどのくらいの数になるでしょうか。

まず、一般道で外出、ドライブする場合を想定して、比較的立ち寄りやすい、ガソリンスタンド、コンビニ、レストラン、道の駅の充電設備の数を次表でみると、急速充電設備は約2,000基ということになります。ただし、EV充電に限ってみれば、前項でお話をしましたように80%充電が1時間以内で可能な40kW以上の高速、超高速充電設備は200基程度になってしまいます。しかも、この中で高速・超高速充電設備を保有しているガソリンスタンドは現在たったの44店舗という少なさです。

普通充電設備(J1772) 急速充電設備(CHAdeMO) テスラ専用充電設備
100V 200V 低速(20kW未満) 中速(20-40kW) 高速(40-90kW) 超高速(90kW以上)  
27 335 11 1,776 222 9 11
362 2,018 11
2,391
一般道路上(スタンド、コンビニ、レストラン、道の駅)のEV/PHEV用充電設備の設置数量(単位:基)

 

<一般道路上(2)のEV/PHEV充電設備の数>

次に、電動車によるドライブ旅行の旅先でじっくり滞在できる場合を想定してみましょう。

この場合は時間がありますので、駅、空港、公共施設、ホテル・温泉などの宿泊施設での充電が可能でしょう。また充電時間も数時間あれば事足りる場合も多いでしょうから、EVでも低速以上の急速充電設備があれば大丈夫かもしれません。この場合の急速充電設備は800基になります。半日あるいは1日以上充電時間をかけてもOKであれば、普通充電設備を使えるので、2,300基に増加しますが、それでもPHEVであれば何とかなりますが、EV用ではあまり実用的とはいえません。

普通充電設備(J1772) 急速充電設備(CHAdeMO) テスラ専用充電設備
100V 200V 低速(20kW未満) 中速(20-40kW) 高速(40-90kW) 超高速(90kW以上)  
40 2,291 23 491 273 2 89
2,331 789 89
3,209
一般道路上(駅、空港、公共施設、宿泊施設)のEV/PHEV用充電設備の設置数量(単位:基)

 

<高速道路上のEV/PHEV 充電設備の数>

EVで遠出をしたい、旅行をしたいとすれば前述の一般道路だけでなく、高速道路上の充電設備がどうなっているかが大きな問題になります。

次表をみるとCHAdeMOの高速道路上(SA,PA)で最も多い高速(40-90kW)充電設備は約400基になります。ただし、充電時間が短時間で済む超高速(90kW以上)充電設備は、まだたったの6基でしかありません。さらに、現在、高速道路(SA,PA)の充電器は1基1口のコンセント数ですから、充電設備が400基ということは、同時に充電できるEVが400台だけということになります。混雑するSA、PAでは多くの急速充電器を設置していなければ、充電渋滞が発生しやすいことになります。

普通充電設備(J1772) 急速充電設備(CHAdeMO) テスラ専用充電設備
100V 200V 低速(20kW未満) 中速(20-40kW) 高速(40-90kW) 超高速(90kW以上)  
2 4 0 9 397 6 1
6 412 1
419
高速道路上(SA,PA)のEV/PHEV用充電設備の設置数量(単位:基)

 

[電動車(EV/PHEV)の充電-3]高速道路を利用したEVの一充電走行可能距離

それでは、EVに乗り、高速道路の充電設備を使ってどれくらいの距離を走行可能か調べてみましょう。ただし充電に際してはいくつかの制約があります。多くのCHAdeMO急速充電器は1回の充電時間が30分の充電に制限され、また、バッテリーのために最大80%充電とします。そこで、これらの条件下、EVでは1 回の充電でどのくらいの距離を走れるかを日産LEAFとLEAF e+で計算してみましょう。なお、満充電時の走行距離は、LEAFおよびLEAF e+が公表している厳しい基準のEPA航続距離を採用しました。

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日産LEAF(40kWh)/LEAF e+(62kWh)
車種 バッテリー容量 対応急速充電出力 充電時間(80%充電)
日産LEAF 40kWh 最大50kW 約40分
日産LEAF e+ 62kWh 最大100kW 約60分(50kW充電時)
ホンダ e 35.5kWh 50kW以上 約30分
マツダMX-30 EV 35.5kW 最大40kW 約40分
急速充電設備による80%充電の充電時間例

 

(1) CHAdeMO高速充電設備(50kW)を利用した場合の走行距離

50kWの高速充電設備では、30分充電で理論値は25kWhですが、実際は22kWh程度の充電量です

*日産LEAF(バッテリー容量40kWh、EPA航続距離241km、80%充電時間40分/50kW)

80%充電前に30分の制限充電時間となり、22kWhの充電までで終了。

1充電(50kW)走行距離 = 241km x (22kWh/40kWh) = 約133km

満充電(40kWh)走行距離 + 1充電(50kW)走行距離 = 241km + 133km = 約374km

 

*日産LEAF e+(バッテリー容量62kWh、EPA航続距離364km 、80%充電時間60分/50kW)

80%充電前に30分の制限充電時間となります。

1充電(50kW)走行距離 = 364km x (22kWh/62kWh) = 約129km

満充電(62kWh)走行距離 + 1充電(50kW)走行距離 = 364km + 129km = 約493km

 

(2) CHAdeMO超高速充電設備(90kW)を利用した場合の走行距離

90kWの超高速充電設備では、30分充電で理論値は45kWhですが、実際は40kWh程度の充電量です。

*日産LEAF(バッテリー容量40kWh、EPA航続距離241km、80%充電時間24分/90kW)

30分の制限時間前、24分で80%充電が終了。

1充電(90kW)走行距離=241km x 80% = 約193km

満充電(40kWh) + 1充電(90kW)走行距離 = 241km + 193km = 約434km

 

*日産LEAF e+(バッテリー容量62kWh、EPA航続距離364km、80%充電時間33分/90kW)

80%充電前に30分の制限充電時間となる。

1充電(90kW)走行距離 = 364km x (40kWh/62kWh) = 約235km

満充電(62kWh) + 1充電(90kW)走行距離 = 364km + 235km = 約599km

 

以上の計算でもわかるように、自宅での満充電の後、残量0kWhでタイミング良く高速道路(SA,PA)で急速充電1回を行う理論値では、バッテリー容量40kWhのEVでは、370km(50kW充電)~430km(90kW充電)、62kWhのEVでは、490km(50kW充電)~600km(90kW充電)の走行可能距離になります。ただし、EPA航続距離とは異なる実際の走行条件(充電タイミング、冷暖房時間、渋滞、乗車人数等)によって、計算上の走行距離よりさらに短い距離になると考えられます。また、前表より、現在90kWクラスの充電設備は国内の高速道路ではたったの6基しかありませんので、今のところ利用できる場所が限られています。

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高速道路SAのEV急速充電スタンド(NEXCO東日本)

 

[電動車(EV/PHEV)の充電-4]高速道路のEV充電設備強化計画

政府が取り組んでいる電動車の普及には課題が多く、特にEVについては購入予定者の多くが充電設備の不足を大きな不安、懸念材料と感じています。また、既存のEVユーザーも充電設備の拡充を強く望んでいるようです。EVでの移動距離が長い高速道路では、SAで買い物や食事をする間に長く充電する利用者が多く、30分充電でも充電待ちの渋滞が発生しやすくなります。また、前項での計算でもわかるようにSA、PAでの充電が、1ドライブ1回では足りなく、複数回の充電が必要な場合も多いと思われます。

<2025年度に高速道のEV充電器倍増>

このようなEV充電設備の不足を少しでも解消するために、 東京電力HDの子会社イーモビリティパワーが全国の高速道路会社と連携し、高速道路のSA、PAの急速充電設備の拡充を発表しました。

その内容は、“車体とCHAdeMO充電器を接続する部分の数(口数)を現在の約400口から、2025年度までに約2.5倍の約1000口に増やす。増設は、利用者の多い場所から進める。充電器の一定時間内での稼働(稼働率)が20%を超える約30か所のSAは、2022年度までに現在の「充電器1基1口」から「1基6口」へと置き換える。その後は稼働率15~20%の約70か所のSA、PAが対象になる。必要な駐車スペースが不足する場合、「1基2口の充電器を活用したり、隣接するPAに増設したりする。”・・・というものです(2021年8月24日読売新聞)。

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この計画で誤解してはいけないことは、「2.5倍、1000口に拡充するのは充電設備の基数ではなくコンセント数」のことです。もちろん充電設備も増やしますが、1基あたりの口数(コンセント数)を従来の1基1口から1基2~6口にするということです。1口90kWであればよいのですが、単純に考えれば、90kW充電器が1基2口の場合は、EVが2台同時に充電すれば1口あたり45kW、200kW充電器が1基6口の場合は、EVが6台同時に充電すれば1口あたり30kWに充電電力が減ってしまうということです。

すべてのSA、PAやすべての時間帯でこのようなことにはならないと思いますが、将来のEV普及にとってはこの程度の拡充ではEV普及の大きなインパクトにはならないかもしれません。

欧州ではすでに350kW級のEV充電設備が100か所以上に設置されています。また米国、中国でも同様の規模のEV充電設備の拡充が始まっています。

一方、日本では2035年までの電動化計画にはガソリンエンジンも使うHV、PHEVも含まれていますから、日本の政府は、国内のEV化の波は欧米ほど急速には来ないと考えているのかもしれません。

[電動車(EV/PHEV)の充電-5]電動車用充電器の規格の問題

現在の急速充電規格は、全世界で4つに集約されます。日本発の急速充電規格となったCHAdeMO規格、中国はCHAdeMO規格と類似したGB/T規格、欧米は新たに立ち上げたCCS(Combined Charging System)規格があります。なお、CCSは欧米にて若干形状が異なります。この3つは国際電気標準会議(IEC)で国際規格として承認されています。4つ目としてテスラが米国自動車技術者協会(SAE)で承認されたテスラ規格があります。ちなみに、2020年末での電動車用充電器の設置状況は、中国GB/T規格が30万基、CHAdeMO規格が海外を含めて3万6000基(日本:7千800基)、テスラ規格であるスーパーチャージャーが2万5000基、CCS規格が欧米で1万3000基となっています。

 

なお、テスラ車は、他地域ではオプションであるアタッチメントを接続すればその国・地域の規格の充電器に接続できるようになっています。例えば、中国製モデル3/Yの場合、中国GB/T規格とテスラ規格の充電口が2つ設定されており、どちらでも使用できるようになっています。日本でも同様に、CHAdeMO規格の急速充電器であれば、テスラ車ユーザーは近くにスーパーチャージャーがなくても充電可能となっています。また、欧州向けテスラ車ではCCS急速充電にも対応した車両を販売開始しています。

また、急速充電器側を考えると、欧州で多いのはCHAdeMO規格とCCS規格を兼ね備えたダブルアームと呼ばれる方式です。ユーザーの充電規格に応じて、両腕のどちらかを使用できる方式となっていますから今のところ大きな問題にはなっていません。

 

しかし、急激にEVが増えてくると、急速充電規格は全世界で4つもあることから、このままで良いのかという課題が出てきます。これらの4つの規格が今後も別々に存在するとすれば、将来のEVの普及にとって、ユーザー、メーカーに対して大きな足かせになってしまうことになりかねません。

たとえば、自動車メーカー側からすれば、どのような急速充電規格を選ぶかは、仕様を決定する上で難しい選択肢となります。なぜならいったん選択すると、販売してしまったクルマに対して変更することは困難だからです。また一歩間違えればユーザーからの大きなクレームとなってしまいます。

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世界のEV急速充電器の規格と 2020 年末の普及状況

 

折しも、日本と中国の共同開発案件として超急速充電規格ChaoJi(チャオジ:中国語で超級)が開発中であり、2022~2023年の実用化を目指しています。このChaoJiプロジェクトにはテスラをはじめ、欧米の自動車メーカーなど約60の企業・団体も参画しています。最大出力900kWとこれまでにない大出力も可能であり、充電口の大きさも液冷を採用したことで従来の規格と比べて極めて小さくなります。

 

EVと充電インフラはクルマの両輪であり、EVが環境規制により急拡大するのであれば、充電インフラも変わらなければなりません。したがって、拡大するユーザーに対応するためにも、急速充電規格の統一化は必須となります。そのためには、自動車メーカー、急速充電規格団体が集まり、次世代充電規格をどうするか、早急に詰める段階に来ているのではないでしょうか。

以上今回は、電動車(EV/PHEV)の充電器について、充電器の種類、充電後の走行距離、国内の充電インフラ、充電器の規格などのお話をさせていただきました。

次回は「EVのライフサイクルCO2排出」および「各種電動車、ガソリン車のコスト」等についてのお話をさせていただく予定です。

<参考・引用資料>

「よくわかる!EV充電の基礎知識」日東工業株式会社ホームページ

https://www.nito.co.jp/quick/evstand/fundamental/

「電気自動車の充電ってなんで種類があるの?」グーネットマガジン

https://www.goo-net.com/magazine/newmodel/car-technology/49419/

「電気自動車の充電について学ぶ」Panasonic 充電設備 ELSEEV

https://www2.panasonic.biz/ls/densetsu/haikan/elseev/ev_kisotisiki.html

「充電スタンド検索」GoGoEV 充電スタンド検索ページ

https://ev.gogo.gs/search/

「EV急速充電規格はすでに4つ 「普及前夜」の今こそ統一を<和田憲一郎のモビリティ千思万考 1>」

https://merkmal-biz.jp/post/3505/2

「EV充電器 高速道倍増-東電25年度に1000口」読売新聞 2021年8月24日号(1面)

「高速道路SA・PAのEV用急速充電器はなぜ増えない? 背に腹はかえられない切ない事情」

ベストカーWeb https://bestcarweb.jp/feature/column/214906?prd=2

「電気自動車の急速充電器-CHAdeMO」CHAdeMO 協議会ホームページ

https://www.chademo.com/ja/

「日中共同による急速充電新規格は、世界標準となるのか」MONOist 2018年7月30日

https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1807/30/news007.html