200V 15Aには何アンペアの契約が必要なのか？

PHEV

アウトランダーPHEVを家で充電しようと思っても、このような基本的なところから分からない...。普通充電に関するいろいろな知識と経験を書き留めておくのだ。

EV充電用コンセントの設置工事について

  • 200V 20Aを許容するコンセント・配線が必要。
  • 高速高感度型の漏電ブレーカー（0.1秒・15mA・容量20A以上）も必要。
  • 全日電工連「EV施工パートナー」による標準工事価格は54000円。
  • 自宅の場合、未使用の200Vエアコン用の配線を流用して18000円。
コンセント（WK4322Q）   3,000円
漏電ブレーカー（ZS 2P2E20-15）   4,000円
屋外への配線工事（5m程度） 10,800円
　　計 17,800円

200Vコンセント

分電盤と200V用漏電ブレーカー

バッテリー性能

  • 12kW、リチウムイオン電池（正極材料＝マンガン酸リチウム＝LiMn204）
  • 8個のセルを直列に繋げたパッケージを、さらに10個直列に繋げている。
  • 1セルの公称電圧＝3.75V、よってバッテリー全体の公称電圧＝3.75×8×10＝300V。
  • 1セルの最大電圧＝4.1V、よってバッテリー全体の最大電圧＝4.1×8×10＝328V。

充電中の車側

  • ハイブリッドモニターで充電中のアンペア表示を見ると8Aと表示される。
  • PHEVのバッテリーは公称300Vなので、300V×8A=2.4kWhの充電が3時間以上続くのだ。
    • 但し、充電電圧は1セルあたり最大4.1Vになるように充電しているようだ。
    • 4.1V×8×10=328V、328V×8A=2.624kWh
00.0%〜40.0%まで8Aで充電。
40.0%〜40.5%まで充電アンペアが1Aに低下する。（なぜ？何らかのメンテナンスか？）
40.5%〜90.0%まで8Aで充電。
100%に近づくと徐々に充電アンペアは低下してくる。

場合によっては、103.5％まで充電されることがある。（セル電圧を調整しているのか？）
最後まで充電すると100%になる。

充電中の家側

  • 一方、PHEVを充電する時の電力メーターはどれくらい電力を消費したことになるのか？
  • でんき家計簿で確認してみる。

  • 単相3線式の200Vは、+100V電線と−100V電線のどちらにも15Aが流れる。
  • 契約アンペア制限は、+100V側と−100V側の合算した電流（15A＋15A）で見ているので、30Aとなるのだ。
  • ここでは単純に30A＝3000VA（3kVA）と考えてしまってもいい。
    • 200V×15A=3000VA、
    • 100Vに換算すると、3000VA÷100V=30A。

よって、200V 15Aは、100Vの契約アンペアに換算すると、30Aである。

      • 現在の契約が30Aで、待機電力が0Aならば、そのまま30Aの契約でOKなのだ。追加する必要はない。
      • 但し、EV充電中にまったく他の家電が使えないのも不便なので、40A程度にしておくのが良さそう。
  • つまり、PHEVを自宅で充電するには、30A以上の契約が必要になるのだ。
    • 関西電力など一律6kVA（＝60Aと同等）のような契約形態の電力会社もある。
    • 6kVAでも最低料金（＝基本料金と同等）は、373.73円。
    • 同じ電力使用量なら東京電力より1000円前後お得になる。
    • 電力が自由化されたら、関西電力に乗り換える価値あり?!
  • ちなみに自宅は東京電力の従量電灯B 40A契約なので、PHEV充電中は他の家電の使用を1000W以下に抑える必要がある。
  • エアコン・炊飯器・トースター・電気ポット・電子レンジ・ドライヤー等の使用を控えればOK。
  • あるいは、三菱リモコンのタイマー充電を予約して、深夜1:00〜5:00の4時間で充電している。

交流から直流への変換

以上の経験から...

  • 家側は、3.0kWの交流
  • 車側は、2.4〜2.624kWの直流

0.6〜0.376kWの差分が発生している！

  • これは200V 15Aの交流電源を300〜328V 8Aの直流に変換した時の差分と思われる。
  • よって、変換効率は2.4〜2.624kW÷3.0kW=80〜87.5%となる。

充電にまつわるいろいろな計算

  • アウトランダーPHEVのバッテリー容量は、12kW 300V
  • バッテリー容量の28%前後まで、エンジンを止めたまま、バッテリーのみで走る。
  • 1分間に充電される電力は、2.4kWh÷60=0.04kWh
  • 1%あたりの電力は、12kWh÷100%=0.12kWh
  • 1%充電するために必要な時間は、0.12kWh÷0.04kWh=3分
  • 10%充電するために必要な時間は、3×10=30分
  • 1時間で充電されるバッテリー容量は、60÷3=20%

充電ガンのロック機能

  • 充電ガンのセキュリティホールに南京錠を取り付けると、勝手に抜けなくなる。
    • 南京錠によってロック解除ボタンが押せなくなるので
  • 南京錠は自分で用意する。
  • 必要な南京錠のスペック。

http://mitsubishi-motors.page-view.jp/miev_charger_set/pageview/pageview.html#page_num=8
      • それにしても、なにゆえ南京錠という枯れた技術に頼る必要があったのか...。
      • キーレスドアロックに連動して、充電ガンもロックするようにして欲しい。

交流について

  • 東京電力が供給する交流は、1秒間に50回プラスとマイナスが入れ替わっている。
  • 一方、乾電池やバッテリーの電気は、プラスとマイナスが変化することはなく、電圧が常に一定の直流なのだ。
    • 乾電池やバッテリーは使っているうちに電圧が低下するかもしれないが、決してプラスとマイナスが入れ替わることはない。
単相3線式 100V・200Vどちらも使える。
単相2線式 100Vしか使えない。
三相交流 200V×3。タイミングをずらした単相交流が3つ分配電されている。
元々はモータなどを駆動する動力用の電源だった。
現在はEV急速充電（CHAdeMO）の電源にも利用されている。
  • 三相交流は何やらややこしそう、できることなら使わずにやり過ごしたいのだけど、
  • 実は発電所から近所の電柱のトランスまで、三相交流として配電されているのだ。
  • 発電所で3万ボルトの三相交流として発電された電力は...
    • 一旦50万ボルトという超高圧に変電されて離れた地域に送電される。
    • 途中何箇所かの変電所を経由して、最寄りの変電所に届く時には2万2000ボルトになっている。
    • 最寄りの変電所から電柱のトランスまでは、6600ボルトで送電されている。（ここまで三相交流）
    • 電柱のトランスで単相200Vあるいは三相200Vに変電された電力が、各世帯に引き込まれている。

交流電力の謎

  • 交流の電圧のプラスとマイナスは周期的に変化している。
  • その変化をグラフにすると、それはサインカーブとなる。
  • サインカーブである交流の電力を求めるのはちょっと難しい...。
  • 直流だったら電圧×電流で簡単に求められるのは理解できる。
  • 一方、常に変化している交流なのに、電圧×電流で良いのか？
  • そもそも、電圧が常に変化しているのに100Vの交流ってどの時点の電圧が100Vなのだろうか？
  • そんな疑問を無視するかのように、多くの家電製品で、交流電力＝電圧×電流で計算している...。

果たして、それでいいのか？

  • 実は交流の電圧は、直流の電力計算と同じになるように調整されていた。
  • 例えば、直流100Vで100Wの電力消費をする白熱球を用意する。
  • その白熱球を交流に繋いだ時に、単位時間あたり平均1Aの電流が消費されるような交流電圧にしておくのだ。
  • 計算すると、平均100W 1Aの電流が流れる交流のサインカーブの最大値は、141.421356...Vになるそうだ。
  • つまり、サインカーブの最大値が√2Vとなる交流を1Vと考えれば、直流と同じように電力計算できるのだ！
  • よって、今まで100Vと思っていた家の交流電源は、実は瞬間的には最大値141.421356...Vまで電圧が上昇していたのだ！
    • 100Vを実効値と呼び、141.421356...Vを最大値と呼ぶ。
  • 交流電源のボルト表現においては、一般的に実効値が使われていたのだ。
  • 実効値を使うことで、直流と同じように単純な電流×電圧で計算できる。

参考リンク

以下のページがたいへん参考になりました。感謝です！