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Oct 01, 2023

より高い電圧がより良いEVにつながる理由

ほとんどの EV は 400 ボルトの電気アーキテクチャを使用しています。 800 ボルト以上が未来である理由がここにあります。 電気時代の到来により、自動車愛好家が理解できるまったく新しい用語集が登場します。

ほとんどの EV は 400 ボルトの電気アーキテクチャを使用しています。 800 ボルト以上が未来である理由がここにあります。

電気時代の到来により、自動車愛好家が慣れるためのまったく新しい用語集、つまりキロワット時、MPGe、SAE J1772 が登場しましたが、400 ボルトや 800 ボルトの EV ほどよく理解されていなかったり、議論されることが少ないものはほとんどないようです。 メーカー界でも、電圧が高いほど良い車であるという一般的な理解があるようです。 (この証拠は、ダッジのチャージャー デイトナ コンセプトで見ることができます。ダッジは、800 ボルトのバンシー アーキテクチャにより EV が「...すべての重要な性能基準においてヘルキャットよりも高速」になると発表しました。同社は、それがどのように正確に機能するかについては明らかにしませんでした。けれど。）

「多ければ多いほど良い」という以上に、曖昧になってしまいます。自動車メーカーですら、それを説明するのに苦労しています。それは当然のことです。なぜなら、より高い電圧がパフォーマンスに与える直接的な影響を測定するのは簡単ではないからです。日産リーフを高圧電圧に接続することはできません。パイロンを破壊し、ロータス エヴァイヤのドアを吹き飛ばすことも予想されますが、それでも重要です。

電圧がどのように車を速くするのかを理解するには、まず電圧とは何かを理解する必要があります。 それ自体は十分に単純な概念であり、電位エネルギーとして最も適切に説明されます。 電気工学 101 で最も簡単で最も頻繁に使用される例えは、電圧を油圧ループと比較することです。ウォーター ポンプ システムが回路である場合、電圧はパイプ内の圧力に相当します。 より強力なポンプを追加したり、水で満たされた大きなリザーバーを追加すると、パイプ内の圧力が増加します。

同様に、電源に高い電圧を加えるということは、より多くのエネルギーを送り込むこと、またはより少ない電流で同じ量のエネルギーを送り込むことを意味します。 水の例えで言えば、電流が少なくなると、より小さな直径のパイプを使用できることになります。 より多くの電流を追加するには、より大きなパイプを使用することになります。 数学的には非常に簡単で、電圧は抵抗と電流の積に等しいというオームの法則によって定義されます。 自動車メーカーはすでに抵抗を最小限に抑えようとしているため、電圧と電流が残された 2 つの変数になります。一方が大きいともう一方が小さくなり、その逆も同様です。

EV の観点から言えば、高電圧アーキテクチャでは、同じ量の電力をモーターに送り込むのに必要な電流が少なくなります。 これにはさまざまな利点があります。 電流が低いということは、使用できるワイヤの量が少なくなることを意味し、ワイヤリング ハーネスの大幅な軽量化につながります。 電子機器における主な熱発生源は電流であるため、電流を減らすと熱も減少します。 発熱が少ないということは、電子機器やバッテリーの寿命が長いことを意味します。 そして、EV メーカーの広告代理店にとって最も重要なことは、高電圧、低電流、低発熱のシステムにより、充電時間を大幅に短縮できることです。 通常、急速充電中の発熱が充電速度の制限要因となります。

ただし、電圧を加えてもモーターの出力が直接変化するわけではないことに注意してください。 電気モーターは特定の電圧で最も効率的かつ強力に動作するように設計されており、これらの負荷を処理するように設計されていないモーターにさらに多くの電圧をかけると、実際には出力が低下します。 モーターは電圧を考慮して構築する必要があります。

初期の EV は、当時のバッテリー技術によって制限されていたため、低電圧を使用する傾向がありました。 19 世紀後半の電動車両の黎明期から 70 年代のシティカーに至るまで、ほとんどの電気自動車は直列配線に依存していたため、100 ボルト未満のアーキテクチャ (通常は 48 ボルトまたは 72 ボルトのシステム) を使用していました。 6 ボルトまたは 12 ボルトの鉛酸バッテリーを組み合わせます。 (直列回路はバッテリーの電圧を加算しますが、並列回路は加算しません。)大きくて重い鉛蓄電池ではスペースと重量の制約が急速に問題となり、高電圧システムを構築することはほとんどの場合非現実的でした。

しかし、90 年代後半に EV が再び復活するにつれて、バッテリー技術とパッケージングも進化しました。 GM EV1 は、最初の反復では鉛蓄電池を使用していましたが、第 2 世代の車両ではニッケル水素 (NiMH) 電池が使用されていましたが、それでもなお、312 ボルト相当の電力をシャーシに詰め込むことに成功しました。 この時代の初期の EV のほとんどは、鉛蓄電池からはるかに軽量でエネルギー密度の高い NiMH またはニッケル水素電池に切り替わった後でも、300 ～ 400 ボルトの範囲で推移していました。 最初のリチウムイオン電池車の 1 つである日産 アルトラは、247 ボルト アーキテクチャを採用し、さらに低い電圧を目指しました。