EV急速充電ステーションのモジュール設計の利点

ガソリン車のドライバーは、サービスステーションや駐車場に車を走らせるとき、いたるところにある電気自動車（EV）の充電ステーションを目にすることに慣れてきています。しかし、長距離を移動するEVドライバーや、最近充電を忘れた短距離のEVドライバーにとっては、利用可能な充電ステーションを見つけるのに苦労します。これは、便利なEV充電オプションのニーズを満たす商用および産業用製品に対する需要の高まりを示す指標です。

ガソリン車をEVに置き換えるという政府の目標を達成するためには、充電インフラの整備が不可欠です。米国では2021年末ごろに、バイデン政権が2030年までに全米に50万基の公共EV充電器を建設する戦略を発表しましたが、エネルギー省の報告書によると、それまでに120万基が必要になるということです。英国、中国、EUも公共充電インフラへの投資を助成し、促進しています。

政府のインセンティブと排ガス規制により、EVの販売台数は2020年の200万台から2040年には7,300万台になると予測されており、これは全世界の自動車販売台数の61%を占め、日本、米国、EUではさらに高くなります。McKinseyは、米国の公共充電器のハードウェア、計画、設置（送電網と敷地の電気的アップグレードを除く）にかかるコストを、2030年までに350億ドル、さらに職場や車両基地に設置するものに160億ドルと見積もっています。

商用充電ソリューションの設計

道路を走るEVの数は日に日に増加しており、充電ソリューションの潜在的な市場は膨大なものとなっています。2024年初頭の公共充電ポートの設置台数に関する米国政府の予測は20万台未満です。

1分間の充電で約19マイル（約31km）の航続距離を実現するハイパワー充電（HPS）技術の採用により、EVに対する消費者の信頼が高まるにつれて需要が増加すると予想されます。これは、コンバインドチャージングシステム（CCS）規格の200kWの充電電力で1分間に2.5マイル（約4km）充電した場合と比べても遜色ありません。

商業用および産業用充電ソリューションには多くの設計上の考慮事項があり、進化するEV充電規格に適応する能力もそのひとつです。製品設計者は、以下のような主要な特徴を中心に、勝てるソリューションを創造することが不可欠です。

• 自動車、バス、トラックなど、さまざまな電気自動車のための高速で効率的な充電
• 充電に最大限の電力を使用し、熱損失を最小限に抑えるエネルギー効率
• 電圧変動があっても安定した充電が可能
• 長寿命でメンテナンスが容易
• 大規模な充電パークの運営や、予想されるEVの増加に対応するため、メガワット級まで拡張可能
• サージ保護、回路ブレーカ、過熱保護など、安全で信頼性の高い動作

EVに迅速かつ便利で信頼性の高い電力を供給するには、公共、商業および産業用途で使用できる高い効率性と柔軟性を備えた製品設計が必要です。

EV充電を高速化するモジュラー型電源

Phoenix Contactは、高速で効率的なEV充電用に設計されたモジュラー型CHARX電源モジュールを提供しています。また、車両や重機のオフハイウェイ充電、ACマイクログリッド、高電圧DCグリッド、エネルギー貯蔵、水素電解アプリケーションにも適しています。

1923年にドイツで設立された同社は、電気工学、電子工学、オートメーションにおけるコンポーネント、システム、ソリューションの世界的なマーケットリーダーです。「全電化社会」のビジョンに賛同し、各分野の電化、ネットワーク化、自動化を進めるとともに、信頼性の高い電力供給ソリューションへの依存度を高めていきます。そのために、高速で安全、かつ規格に準拠した充電ポイントや充電インターフェースを最新技術で提供することに注力しています。

充電ソリューション構築のための包括的な製品ラインアップの一部であるCHARX電源モジュール（図1）は、AC/DCおよびDC/DCバージョンがあり、EV充電ステーションで一般的に使用される標準的な19インチキャビネットにDINレールなしで直接取り付けることができます。CHARXモジュラープラグアンドプレイ設計は、プッシュインとT-LOX高速接続技術により、設置およびメンテナンスプロセスを簡素化し、高速化します。モジュール寸法は幅483mm、高さ134mm、奥行き550mmです。

図1：AC/DCとDC/DCモデルがあるモジュラー型CHARX電源キャビネット。（画像提供：Phoenix Contact）

高電圧で高電流の直流充電用に最適化された各電源モジュールは、最大360kWの充電電力を供給できます。50%の負荷で95%の電力効率を実現し、スタンバイモードでは14W以下の低消費電力で、アクティブに使用しない場合の費用対効果を保証します。

充電電力は、モジュールとシステムキャビネットの柔軟な接続によって拡張可能です。適切な冷却技術により、CHARXモジュールは最大500kWのHPC電流まで充電が可能で、メガワット級までの充電パークに最適です。

3相1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW AC/DC電源モジュールの入力範囲は340V_AC～530V_ACです。1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW DC/DC電源モジュールは、多くのDC電圧設定で使用できる300V_DC～825V_DCの入力範囲を持っています。どちらの電源モジュールも出力範囲は30V_DC～1,000V_DCです。

DC/DCモジュールは、出力電力を最適化するために太陽電池アレイの入力電圧と電流を調整する連続最大電力点追従（MMPT）を提供します。これにより、日射量、温度、PVパネルの種類にかかわらず、最も効率的な出力を得ることができます。

1台のコントローラで複数のキャビネットに対応

コントローラエリアネットワーク（CAN）バスメッセージベースのプロトコルにより、複数の電源モジュールとキャビネットの効率的な運用が可能になり、ホストコンピュータなしで機器間の通信が可能になります。CANベースのグリッドチャージプロトコル（GCP）は、1つまたは複数の電源モジュールと充電コントローラ間の通信を提供し、ピアツーピア、マルチキャスト、ブロードキャストの通信方式をサポートします。

1624130 EV-PLCC-AC1-DC1プログラマブル充電コントローラモジュール（図2）は、DC充電ステーション用のAC/DCまたはDC/DC電源モジュールで動作します。充電システムの中心的なコンポーネントで、ネットワーク通信、ユーザー認証、負荷管理、安全機能を提供します。CANバスインターフェースは、急速充電アプリケーションの配電と通信を管理します。

図2：CHARX AC/DCおよびDC/DC電源モジュールで使用するEV-PLCC-AC1-DC1プログラマブル充電コントローラ。（提供：Phoenix Contact）

コントローラは、IEC 61851-1、IEC 61851-23、DIN SPEC 70121、およびCHAdeMO規格に準拠して動作し、さまざまな充電要件に対応する汎用性を提供します。デュアルEthernetインターフェースと、4Gオプションを含む統合ワイヤレスモデムも搭載しています。

1台のコントローラを複数のキャビネットに使用できるため、メンテナンスが簡素化され、設置コストと運用コストが削減されます。CHARXコントローラは、最大48台の電源モジュールに接続できます。充電ステーション管理システムとの通信にはOCPP 1.6J（コアプロファイル）を、外部システムやプラットフォームとの統合にはModbus/TCPやMQTT通信プロトコルをサポートしています。

コントローラは16のデジタル入力をサポートし、COMBICONコネクタを使用することで、柔軟な組み立てと電源モジュールへの確実な接続を実現しています。充電式バッテリが内蔵されているため、停電時にも継続的に動作します。

まとめ

Phoenix ContactのCHARX電源モジュールとコントローラは、高出力充電ステーションの設計に汎用性と信頼性の高いオプションを提供します。柔軟性と拡張性を備えたCHARXの製品ラインアップは、異なる充電アプリケーション用の複数のキャビネットと電源モジュールの効率的でコスト効率の高い管理、および異なる通信プロトコルや外部システムとのシームレスな統合を可能にするソリューションを提供します。