電気のお勉強〜電気自動車を理解するための基礎知識〜

はじめに

電気自動車が日常生活にどんどん浸透してきている今、その使い方や性能、充電方法を理解するためには電気に関する基本的な知識が必要です。

私はテスラモデル3を購入しましたが、その下調べとして、各メーカーの電気自動車の性能などを調査しました。しかし、昔から電気関係が苦手な私には、電気に関する情報が全く理解できませんでした。

ここでは、電気自動車の理解に役立つ、電力、エネルギー、電流と電圧、ACとDC、充電速度とエネルギー効率といった基本的な電気の概念について分かりやすくまとめています。
電気自動車を知る上で最低限の知識だと思いますが、これらを身につけることで電気自動車の選択や使用に自信を持つことが出来ると思います。

もともと電気についてよく知っている方には物足りないレベルの内容ですが、電気自動車を検討する際には何かと役に立つと思いますので、ぜひ参考にしてください。

電圧と電流の理解

電圧と電流は電気の基本的な概念であり、これらを理解することは電気自動車の動作原理や性能を理解するために重要です。

電圧

電圧は「電気を押し出す力」です。
電圧が高いと、電気は一つの場所から別の場所へとより強く押し出されます。電圧が高ければ高いほど、電流（電気の流れ）はより強くなります。

電気自動車の充電に関しては、充電器や電源の電圧が高いほど、より多くの電気エネルギーをより速く車両に送ることができます。

水の流れに例えると…
電圧は「水の高さ」に似ています。水が高いところから低いところへ流れるように、電圧も高いところから低いところへ電気を動かします。
つまり、電圧は電気の「力」、「押す力」を示します。

電流

電流は「どれだけの電気が一定時間で流れるか」を表します。
電流が大きいということは、一定時間内に多くの電子が流れている、つまり多くの電気が流れているということを意味します。

電気自動車の性能や充電能力に関しては、バッテリーが一度に受け入れることができる電流量が重要になります。

水の流れに例えると…
電流は「水が流れる量」に似ています。水道の蛇口を全開にすれば、水がたくさん流れます。蛇口を少しだけ開ければ、水は少しだけ流れます。
同じように、電流は電気がどれだけ流れるかを示します。

電力

電力は電圧と電流との掛け算で計算されます。これは、エネルギーがどれだけ速く供給または消費されるかを表します。

電力［W］= 電流［A］× 電圧［V］

この式を理解することで、電気自動車のバッテリーの性能や充電速度を理解するために役立ちます。

水車に例えると…
水の高さ（電圧）が高く、その結果として水（電流）が速く流れると、水車は大きな力（電力）で回ります。逆に、水の高さ（電圧）が低いか、または水（電流）がゆっくり流れていると、水車はそれほど力強くは回りません。
つまり、電力（水車が回る力）は電圧（水の高さ）と電流（水の流れる速さ）の両方に依存すると考えることができます。

電力とエネルギーの理解

電力とエネルギーは電気の基本的な概念で、その違いを理解することは電気自動車について理解するために重要です。

これらの概念を理解することで、電気自動車のバッテリーの容量や充電速度を理解したり、さまざまなモデルを比較したりするのに役立ちます。

電力

電力は「電気の流れ」（電流）と「押し出す力」（電圧）を掛け合わせたものです。単位時間あたりに発生、または消費するエネルギーのことで、単位はワット（W）です。

電力は、電気自動車の性能（加速性能や最高速度など）や充電速度に直接関係します。

充電器の出力は電力（kW）で表され、どれだけ速く車を充電できるかを示します。

自転車に例えると…
電力は自転車の「ペダルを漕ぐ速度」に例えることができます。つまり、どれだけ早くペダルを漕げるか、ということです。これが大きいほど、速く進むことができます。

エネルギー

エネルギーは仕事を行う能力や、物体が持つ動きや位置から生じる力を指します。

電気の世界では、電気エネルギーとして表現されます。

電気エネルギーは「電力 × 時間」の計算で表されます。エネルギーの単位としてよく使われるワット時間（Wh）やキロワット時間（kWh）は、それぞれ1ワット、または1キロワットの電力を1時間使ったときのエネルギーの量を表しています。

例えば、100ワットの電球を1時間点けると、100ワット×1時間＝100ワット時間（Wh）のエネルギーを使います。

電気自動車のバッテリーの容量は通常、キロワット時（kWh）で示され、これは車がどれだけのエネルギーを蓄えられ、どれだけの距離を走行できるかを示す一つの指標となります。
例えば「75kWh」と表されることが多いですが、これはそのバッテリーが75キロワットの電力を1時間持続できる、つまり75キロワットの電力を1時間分蓄えることができるという意味になります。この値が大きいほど、一度の充電でより長い距離を走行できます。

自転車に例えると…
エネルギーは自転車の「総走行距離」に例えることができます。これがエネルギーに相当します。
30km/hで2時間走ったとしたら、その自転車が走った「総走行距離」（つまりエネルギー）は60kmとなります。

交流電流と直流電流の理解

交流電流（AC）と直流電流（DC）は電気エネルギーの伝達方法を表し、その違いと電気自動車の充電との関連を説明します。

交流電流（AC）

ACは電流と電圧が定期的に方向を変える流れ方です。これは家庭の電源や一般的な電力供給ネットワークで広く使われています。

ACの利点は、変圧器を使用して電圧を簡単に上げ下げできることです。これにより、電力損失を最小限に抑えつつ電力を長距離に送ることが可能になります。

水に例えると…
交流は、海岸で来ては引いてを繰り返す波のようなものです。
電気の流れる方向が定期的に変わって流れます。

直流電流（DC）

DCは一定の方向に流れる電気の流れです。バッテリーや燃料電池、太陽電池などが生成するのが直流電流です。

DCは電力をデバイスに供給するのに一般的に使用されます。電気自動車のバッテリーも直流電流で動作します。

水に例えると…
直流は、まっすぐに進む川の流れのようなものです。
電気が一方向にしか流れません。

電気自動車の充電との関連性

電気自動車の充電には、通常、ACとDCの両方の形式が利用されます。

家庭用の充電器や公共の普通充電器などは、DCを用います。しかし、車のバッテリーは直流電流を必要とするため、ACは車載用充電器でDCに変換されます。

一方、急速充電器は、DCが直接車両のバッテリーに供給されます。このため、大量の電力を短時間で車両に供給することが可能で、より短時間での充電を可能にします。

充電速度とエネルギー効率

充電速度とエネルギー効率は、電気自動車の性能を理解するために重要です。

充電速度

これは一定の時間内に電池にどれだけのエネルギーを補給できるかを示します。一般に、充電速度が高いと電池が早く満充電になることを意味します。

充電速度は充電器の出力電力（kW）と車両の充電回路の能力によって決まります。

急速充電器（DC）は一般的に50kWから150kW（一部の高出力充電器を除く）の範囲で、家庭用の充電器（AC）は一般的に1.5kWから3kW程度です。

走り回る子どもの元気さに例えてみると…
子どもが元気いっぱいだと、たくさん走り回ることができます。これが充電が速い状態です。逆に、子どもが疲れていると、あまり走り回れません。これが充電が遅い状態です。
つまり、充電速度が速いほど、電気自動車は短時間でたくさんのエネルギーを蓄えることができます。