新エネルギー車の開発が本格化する中、エネルギー補給の問題も業界が注力する課題の一つとなっています。過充電やバッテリー交換のメリットが議論される中、新エネルギー車の充電には「プランC」があるのでしょうか？
スマートフォンのワイヤレス充電の影響を受けてか、自動車のワイヤレス充電もエンジニアが克服してきた技術の一つとなっています。メディア報道によると、つい最近、自動車のワイヤレス充電技術は画期的な研究成果を上げました。ある研究開発チームは、ワイヤレス充電パッドは100kWの出力で自動車に電力を供給でき、20分以内にバッテリーの充電状態を50%向上させることができると主張しています。
もちろん、車載ワイヤレス充電技術は新しい技術ではありません。新エネルギー車の台頭に伴い、BBA、ボルボ、そして国内の様々な自動車メーカーなど、様々な勢力が長年にわたりワイヤレス充電の研究を進めてきました。
全体として、車載ワイヤレス充電技術はまだ初期段階にあり、多くの地方自治体もこの機会を利用して、将来の交通機関のさらなる可能性を模索しています。しかし、コスト、電力、インフラといった要因により、車載ワイヤレス充電技術は大規模に商用化されています。依然として克服すべき多くの困難が残っており、車載ワイヤレス充電の新たな物語を語るのはまだ容易ではありません。
ご存知の通り、ワイヤレス充電は携帯電話業界において目新しいものではありません。自動車のワイヤレス充電は携帯電話ほど普及していませんが、既に多くの企業がこの技術に注目しています。
ワイヤレス充電方式は、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電界結合方式、電波方式の4つが主流です。携帯電話や電気自動車では、主に電磁誘導方式と磁界共鳴方式が採用されています。
そのうち、電磁誘導ワイヤレス充電は、電磁気と磁気の電磁誘導原理を利用して発電します。充電効率は高いものの、有効充電距離が短く、充電場所の要件も厳しいです。一方、磁気共鳴ワイヤレス充電は、場所の要件が低く、充電距離が長く、数センチメートルから数メートルまで対応できますが、充電効率は前者よりもわずかに低くなります。
そのため、ワイヤレス充電技術の検討初期段階では、自動車メーカーは電磁誘導ワイヤレス充電技術を好んでいました。代表的な企業としては、BMW、ダイムラーなどの自動車メーカーが挙げられます。その後、QualcommやWiTricityなどのシステムサプライヤーに代表される磁気共鳴ワイヤレス充電技術が徐々に普及してきました。
BMWとダイムラー（現メルセデス・ベンツ）は、2014年7月に電気自動車向けワイヤレス充電技術の共同開発に関する協力協定を発表しました。2018年にはBMWがワイヤレス充電システムの生産を開始し、5シリーズのプラグインハイブリッドモデルにオプション装備として搭載しました。定格充電電力は3.2kW、エネルギー変換効率は85%に達し、3.5時間でフル充電が可能です。
ボルボは2021年、スウェーデンでXC40電気タクシーを用いたワイヤレス充電実験を開始する予定です。ボルボはスウェーデンのヨーテボリ市街地に複数のテストエリアを特別に設置しました。充電車両は道路に埋め込まれたワイヤレス充電装置に駐車するだけで、自動的に充電が開始されます。ボルボによると、ワイヤレス充電の出力は40kWに達し、30分で100km走行可能です。
自動車のワイヤレス充電分野において、中国は常に業界の最前線を走っています。2015年には、中国南方電力網広西電力研究所が国内初の電気自動車ワイヤレス充電試験レーンを建設しました。2018年には、上汽栄威（SAIC Roewe）がワイヤレス充電機能を搭載した初の純電気自動車を発売しました。一汽紅旗（FAW Hongqi）は2020年にワイヤレス充電技術に対応した紅旗E-HS9を発売しました。2023年3月には、上汽知基（SAIC Zhiji）が同社初の11kW高出力車載用インテリジェントワイヤレス充電ソリューションを正式に発表しました。
テスラもまた、ワイヤレス充電の分野における開拓者の一つです。2023年6月、テスラは7,600万ドルを投じてWiferionを買収し、社名をTesla Engineering Germany GmbHに変更しました。低コストでワイヤレス充電を活用する計画です。以前、テスラのCEOであるマスク氏はワイヤレス充電に否定的な姿勢を示し、「エネルギー効率が低く非効率的」だと批判していました。しかし、今ではワイヤレス充電を有望な未来と呼んでいます。
もちろん、トヨタ、ホンダ、日産、ゼネラルモーターズなど多くの自動車会社もワイヤレス充電技術の開発に取り組んでいます。
多くの関係者がワイヤレス充電の分野で長年研究を重ねてきましたが、車載ワイヤレス充電技術はまだ実用化には程遠い状況です。その発展を阻む主な要因は出力です。紅旗E-HS9を例に挙げましょう。搭載されているワイヤレス充電技術の最大出力は10kWで、従来の低速充電スタンドの7kWをわずかに上回る程度です。一部のモデルでは、システム充電出力が3.2kWにしか達しません。つまり、このような充電効率では利便性は全くありません。
もちろん、ワイヤレス充電の出力が向上しれば話は別です。例えば、記事冒頭で述べたように、ある研究開発チームは100kWの出力を実現しており、もしそのような出力を実現できれば、理論上は約1時間で車両をフル充電できることになります。スーパーチャージとの比較はまだ難しいものの、エネルギー補給の新たな選択肢であることに変わりはありません。
利用シーンの観点から見ると、車載ワイヤレス充電技術の最大のメリットは、手作業の手間が省けることです。有線充電と比較すると、車の所有者は駐車、降車、バッテリーの取り出し、プラグを差し込んで充電するなど、一連の操作を行う必要があります。サードパーティ製の充電スタンドを利用する際には、様々な情報を入力する必要があるため、比較的面倒な作業となります。
ワイヤレス充電のシナリオは非常にシンプルです。ドライバーが車を駐車すると、デバイスが自動的に検知し、ワイヤレス充電を開始します。充電が完了すると、車はそのまま走り去り、オーナーはそれ以上の操作を行う必要はありません。ユーザーエクスペリエンスの観点からも、電気自動車を利用する際に高級感を与えることができます。
なぜ自動車のワイヤレス充電は企業やサプライヤーからこれほど注目を集めているのでしょうか？開発の観点から見ると、無人運転時代の到来は、ワイヤレス充電技術の大きな発展の時となるかもしれません。真の無人運転を実現するためには、充電ケーブルの束縛から解放されるワイヤレス充電が不可欠です。
そのため、多くの充電サプライヤーは、ワイヤレス充電技術の発展見通しについて非常に楽観的です。ドイツの巨大企業シーメンスは、欧州と北米における電気自動車向けワイヤレス充電市場が2028年までに20億米ドルに達すると予測しています。この目標達成に向けて、シーメンスは2022年6月という早い時期に、ワイヤレス充電サプライヤーであるWiTricityの少数株を取得するために2,500万米ドルを投資し、ワイヤレス充電システムの技術研究開発を推進しました。
シーメンスは、電気自動車のワイヤレス充電が将来的に主流になると考えています。ワイヤレス充電は、充電の利便性を高めるだけでなく、自動運転を実現するための必須条件の一つでもあります。自動運転車を本格的に普及させたいのであれば、ワイヤレス充電技術は不可欠です。これは、自動運転の世界への重要な一歩です。
もちろん、将来性は明るいものの、現実は厳しい。現在、電気自動車のエネルギー補給方法はますます多様化しており、ワイヤレス充電の将来性にも大きな期待が寄せられている。しかし、現状では、自動車用ワイヤレス充電技術はまだ試験段階にあり、高コスト、充電速度の遅さ、規格の不統一、実用化の遅れなど、多くの問題に直面している。
充電効率の問題は、課題の一つです。例えば、前述のHongqi E-HS9における効率の問題について議論しました。ワイヤレス充電の効率の低さは批判されてきました。現在、電気自動車のワイヤレス充電は、無線伝送時のエネルギー損失により、有線充電よりも効率が低くなっています。
コストの観点から見ると、車載ワイヤレス充電は更なる削減が必要です。ワイヤレス充電はインフラへの要求が高く、充電部品は一般的に地面に設置されるため、地盤改良などの問題が生じ、建設コストは必然的に一般的な充電スタンドよりも高くなります。さらに、ワイヤレス充電技術の普及初期段階では、産業チェーンが未成熟であるため、関連部品のコストが高く、同じ出力の家庭用AC充電スタンドの価格の数倍になることもあります。
例えば、英国のバス運行会社FirstBusは、車両の電動化を推進する過程でワイヤレス充電技術の活用を検討していました。しかし、調査の結果、地上充電パネルのサプライヤー各社が7万ポンドの見積もりを提示していることが判明しました。さらに、ワイヤレス充電道路の建設コストも高額です。例えば、スウェーデンでは1.6キロメートルのワイヤレス充電道路を建設するのに約1,250万米ドルかかります。
もちろん、安全性の問題もワイヤレス充電技術を制限する要因の一つとなり得ます。人体への影響という観点から見ると、ワイヤレス充電はそれほど大きな問題ではありません。工業情報化部が発表した「ワイヤレス充電（電力伝送）設備の無線通信管理に関する暫定規定（意見募集稿）」では、19～21kHzおよび79～90kHzの周波数帯域がワイヤレス充電車専用とされています。関連研究によると、充電電力が20kWを超え、人体が充電台に密着している場合にのみ、人体に一定の影響を与える可能性があることが示されています。しかし、消費者に認知されるまでには、関係者全員が安全性の普及に継続的に取り組む必要があります。
車載ワイヤレス充電技術がどれほど実用的で、利用シーンがどれほど便利であっても、大規模な商用化にはまだまだ長い道のりが残されています。実験室から現実世界への導入まで、車載ワイヤレス充電への道のりは長く、困難なものとなるでしょう。
各社が自動車向けワイヤレス充電技術の研究開発に注力する中、「充電ロボット」というコンセプトも静かに浮上しています。ワイヤレス充電が解決すべき課題は、ユーザーの充電利便性という問題であり、将来的には無人運転というコンセプトを補完することになります。しかし、ローマへの道は一つではありません。
そのため、「充電ロボット」も自動車のインテリジェント充電プロセスの補助手段として活用され始めています。つい最近、北京市副都心建設国家グリーン開発モデル区の新電力システム実験基地では、電気バスを充電できる全自動バス充電ロボットが稼働を開始しました。
電気バスが充電ステーションに入ると、ビジョンシステムが車両の到着情報を読み取り、バックグラウンドディスパッチシステムが即座にロボットに充電タスクを発行します。経路探索システムと歩行機構の支援を受けて、ロボットは自動的に充電ステーションまで走行し、充電ガンを自動的に掴みます。視覚測位技術を用いて電気自動車の充電ポートの位置を特定し、自動充電操作を実行します。
もちろん、自動車メーカーも「充電ロボット」のメリットに気づき始めています。2023年の上海モーターショーでは、ロータスがフラッシュ充電ロボットを発表しました。車両の充電が必要になると、ロボットは機械アームを伸ばし、自動的に充電ガンを車両の充電口に挿入します。充電後は、ロボットが自らガンを引き抜くことで、始動から充電までの全プロセスを完結します。
一方、充電ロボットはワイヤレス充電の利便性に加え、ワイヤレス充電の電力制限という課題も解決します。ユーザーは車から降りることなく、過充電の喜びを味わうことができます。もちろん、充電ロボットにはコストや、位置調整や障害物回避といったインテリジェントな課題も伴います。
要約：新エネルギー車のエネルギー補給問題は、業界関係者全員が常に重視する課題です。現在、過充電ソリューションとバッテリー交換ソリューションの2つが最も主流のソリューションです。理論的には、これら2つのソリューションでユーザーのエネルギー補給ニーズをある程度満たすことができます。もちろん、状況は常に進化しています。おそらく、無人運転時代の到来とともに、ワイヤレス充電や充電ロボットが新たな機会をもたらすでしょう。
投稿日時: 2024年4月13日