アメリカ規格装填杭認証（III）－交流装填杭の設計詳細（入力ライン前端および出力ガンヘッド）

製品原理の観点から見ると、アメリカ規格の交流充電ステーションは、各国規格やヨーロッパ規格と何ら変わりません。どちらも大型の電気スイッチとして機能し、電力網から車載充電器（OBC）に交流電力を供給し、車載充電器が交流電力を直流電力に変換してバッテリーを充電します。

両者は概ね同じではあるものの、多くの点で国内規格や欧州規格とは大きな違いがある。そうでなければ、何の変更も加えずに米国で直接販売できてしまうので、あまりにも都合が良すぎるだろう。

（１）

北米の交流充電ステーションの入力線について説明する前に、まずは米国の交流電力網の電圧システムについて説明しましょう。

世界のほとんどの国の電力網システムは、ヨーロッパのシステム（植民地主義と戦争の影響）に準拠しており、家庭用電圧は220V～230Vac 50Hz、産業用三相電圧は380V～400Vac 50Hzとなっています。産業用電力の電圧は、家庭用電圧の3倍、つまり線間電圧と相間電圧の差であることは明らかです。

米国の電圧システムは独特で、家庭用電圧は120V/240V 60Hz、産業用電圧は480V/277Vac 60Hzが主流となっています。商業施設や高密度住宅地で使用される電圧は120V/208Vac 60Hzですが、一部の大規模重工業では347V/600Vac 60Hzが使用されています。

アメリカの電圧システムがこれほど混乱していることに、あなたも驚いていますか？

110Vの電圧の使用はエジソンに端を発しています。電球の発明者として有名なエジソンは、数々の実験と比較の結果、電圧が110Vのときに電球の発光効率が最も高く、寿命も最も長くなることを発見しました。そこで1882年、エジソンはパールストリート発電所で、米国初の商用直流発電所として、110Vの直流電力を正式に市場に導入しました。

しかし、直流には長距離送電時の大きな欠点、すなわち大量の電力損失という問題があることは周知の事実です。長距離送電時の過剰なエネルギー損失を避けるため、ニコラ・テスラは交流（AC）システムを開発しました。交流は最終的に直流に取って代わりましたが、当時すでにアメリカの家庭や工場には、110V専用の家電製品や機器が数千台も設置されていました。

交流時代への円滑な移行を促進するため、テスラは妥協案として、家庭用交流電圧を110Vに設定した。これは既存ユーザーの設備投資を保護するだけでなく、当時広く人体に有害だと信じられていた高電圧交流に対する人々の恐怖心を払拭することにもつながった。

したがって、米国における110V交流電源の採用は、110V直流電源への対応の結果である。

電気時代の到来とともに、技術者たちは、ヨーロッパで後に採用された220V/240Vの電圧と比較して、米国の110Vシステムは高出力電力の送電時に大きな損失を被り、発熱を防ぐために太い銅線が必要であることを徐々に認識するようになった。しかし、全面的に220Vacにアップグレードするとコストが高すぎる。米国中の何百万もの家庭の家電製品、コンセント、ヒューズ、さらには都市全体の配電網までもが、すべて110Vに基づいて設計されている。

このため、米国の電気技術者たちは、非常に高度な「土壌方式」である分割相技術を発明した。

中央の活線と中性線の間には110V/120Vの電圧が形成され、携帯電話、テレビ、電球などの小型家電製品向けに特別に設計されています（安全で、触っても熱くなりません）。

2本の活線が重ね合わされると、瞬時に220V/240Vに変化し、エアコン、電気温水器、乾燥機などの「電気機器」向けに特別に設計されています（高効率かつ低電力消費）。

120Vacと240Vacの由来を理解すれば、208Vacの由来も容易に理解できます。208Vは120Vの線間電圧（平方根の3倍）です。

（II）

アメリカ合衆国の電圧システムを理解したところで、次にアメリカの交流電源の入力電圧を見ていきましょう。

米国で一般的に使用されている交流充電ステーションの電圧には、120V、208V、240Vacの3種類があります。基本的に、充電ステーションの販売促進は、110～120Vacまたは200～240Vacといった対応電圧帯に基づいて行われます。

208V入力の充電ステーションは、ヨーロッパの三相5線式入力に類似していると考えられている16kWや22kWではなく、単相入力であることに注意が必要です。ただし、米国では三相入力の充電ステーションはごく少数しか存在せず、市場調査を行ってもまだ見つかっていません。

中でも、110～120Vacは標準的なプラグ接続で、最大16Aの電流入力に対応できます。

200V～240Vac（208Vacまたは240Vac）入力のAC充電ステーションの場合、入力ラインの先端はプラグまたはケーブル端子のいずれかになります。米国における240Vac入力の「高電圧」ソケット（2本の活線、1本のニュートラル線、1本のアース線の4本の線で構成）の設置は、専門の電気技師が行う必要があります。

ちなみに、240Vac AC充電ステーションの入力プラグを接続するソケットは、NEMA14-50の要件を満たす必要があります。最大許容電流は50Aです。米国電気設備規格NFPA 70の要件によると、電気機器が使用する最大電流は、定格ソケットの80%を超えてはなりません。したがって、プラグ付きの240V入力AC充電ステーションの最大電流は40Aまでで、電力は9.6kWとなります。

（３）

アメリカ規格の交流充電ステーションの入力側の要件について説明したので、筐体については触れずに、出力側を直接見ていきましょう。

通信充電ステーションの出力側は非常にシンプルで、銃ホルダーと、その銃ホルダーに適合する銃用ケーブルだけです。

米国の通信ステーションのウェブサイトを閲覧すると、どの充電ステーションにも2種類のガンソケットが用意されていることがわかります。1つはSAE J1772規格に準拠したTYPE1インターフェース、もう1つはテスラSAE J3400規格に準拠したNACSインターフェースです。

2つのインターフェースを備えた銃頭および銃ホルダーの具体的な構造と寸法については、該当する規格を参照してください。

内部的には、テスラのNACSインターフェースとSAE J 1772のTYPE1インターフェースに違いはなく、どちらもL/N/PE/CP/PPの5本のワイヤで構成されています。もちろん、テスラの設計は非常に巧妙で、DCインターフェースとACインターフェースは同じ構成になっています。

北米の通信機器市場に関して言えば、出力充電インターフェースは旧式のTYPE1インターフェースからNACSインターフェースへと移行しつつあり、今後ますます多くの車がテスラ製インターフェースに対応するようになるだろう。TYPE1インターフェースを搭載した初期のAC充電ステーションは、新しいNACSへの充電に対応していなかった。

もちろん、あまり心配する必要はありません。市販の変換アダプターはたくさんありますので、それらを活用すれば解決できます。

銃頭アダプターは欧州規格IEC 61851-1:2017で厳しく禁止されていますが、米国規格UL 2594にはそのような規定はありません。法律で禁止されているわけではないので、そのまま使用してください。

以上が、アメリカ規格のAC充電ステーションの入力側と出力側の説明です。次回の記事では、「筐体」の設計詳細についてご紹介します。