電気自動車の販売台数は、予想通り年々増加していますが、気候変動対策目標の達成にはまだまだ遠い状況です。しかし、このデータ予測は楽観的に捉えることができます。2030年までに、世界中の電気自動車の台数は1億2,500万台を超えると予想されています。報告書によると、世界規模で調査対象となった企業のうち、電気自動車（BEV）の導入をまだ検討していない企業のうち、33%が目標達成の大きな障壁として公共充電ポイントの数を挙げています。電気自動車の充電は常に大きな懸念事項です。
EV充電は、超非効率なものから進化したレベル1充電器 にレベル2充電器住宅への急速充電は今や当たり前となり、運転時の自由と安心感を高めています。EV充電への期待は高まりつつあり、大電流、大出力、そしてより高速で安定した充電が求められています。この記事では、EV急速充電の開発と進化について考察します。
限界はどこにあるのでしょうか?
まず、急速充電の実現は充電器だけに頼るものではないことを理解する必要があります。車両自体のエンジニアリング設計も考慮する必要があり、動力電池の容量とエネルギー密度も同様に重要です。そのため、充電技術は電池パックのバランス調整技術を含む電池技術の発展にも左右され、急速充電によるリチウム電池の電気めっき減衰の問題を克服する必要があります。そのためには、電気自動車の電源システム全体、電池パックの設計、電池セル、さらには電池の分子材料に至るまで、革新的な進歩が求められる可能性があります。
第二に、車両のBMSシステムと充電器の充電システムは連携して、バッテリーと充電器の温度、充電電圧、電流、車両のSOCを常に監視・制御する必要があります。大電流がパワーバッテリーに安全かつ安定的に、そして効率的に入力されることを確保し、過度の熱損失なく機器が安全かつ確実に動作できるようにします。
急速充電の発展には、充電インフラの整備だけでなく、バッテリー技術の革新的な進歩と電力網送配電技術のサポートも必要であることがわかります。また、放熱技術にも大きな課題が突きつけられています。
より強力、より大電流：大規模DC急速充電ネットワーク
今日の公共DC急速充電は高電圧・大電流を採用しており、欧米市場では350kW充電ネットワークの導入が加速しています。これは世界中の充電設備メーカーにとって大きなチャンスであると同時に、大きな課題でもあります。充電設備は電力伝送時に放熱性を確保し、充電パイルが安全かつ確実に稼働することを保証することが求められます。周知の通り、電流伝送と発熱には正の指数関数的な相関関係があるため、これはメーカーの技術力とイノベーション能力を試す絶好の機会となります。
DC 急速充電ネットワークには、充電プロセス中に自動車のバッテリーと充電器をインテリジェントに管理して、バッテリーと機器の安全を確保できる複数の安全保護メカニズムを提供する必要があります。
さらに、公共の充電器の使用シナリオにより、充電プラグは防水性、防塵性、および高い耐候性を備えている必要があります。
Workersbeeは16年以上の研究開発と生産経験を持つ国際的な充電設備メーカーとして、長年にわたり業界をリードするパートナーと共に電気自動車充電技術の開発動向と技術革新を探求してきました。豊富な生産経験と強力な研究開発力により、今年、新世代のCCS2液冷式充電プラグを発売することができました。
一体型構造設計を採用し、液体冷却媒体は油冷または水冷に対応しています。電子ポンプが冷却剤を充電プラグ内に流入させ、電流の熱作用によって発生する熱を奪います。これにより、断面積の小さいケーブルでも大電流を流すことができ、温度上昇を効果的に抑制できます。発売以来、市場からの反響は大変良好で、著名な充電機器メーカーから満場一致で高い評価をいただいています。当社は現在も積極的にお客様からのフィードバックを収集し、製品性能を継続的に最適化することで、市場にさらなる活力を注入できるよう努めています。
現在、EV充電市場におけるDC急速充電ネットワークにおいて、テスラのスーパーチャージャーは絶対的な地位を占めています。新世代のV4スーパーチャージャーは出力が250kWに制限されていますが、350kWに増強され、バースト速度がさらに向上し、わずか5分で115マイル（約180km）の充電が可能になります。
多くの国の運輸省が発表した報告書データによると、運輸部門からの温室効果ガス排出量は、国全体の温室効果ガス排出量の約4分の1を占めています。これには小型乗用車だけでなく、大型トラックも含まれます。トラック業界の脱炭素化は、気候変動の改善にとってさらに重要かつ困難な課題です。大型電気トラックの充電のために、業界はメガワットレベルの充電システムを提案しています。Kempowerは、最大1.2MWの超急速DC充電装置の発売を発表し、2024年第1四半期に英国で導入する予定です。
米国エネルギー省（DOE）は以前、超急速充電規格XFCを提唱しており、電気自動車の普及拡大に向けて克服すべき重要な課題と位置付けています。これは、バッテリー、車両、充電設備を含む包括的な技術体系です。充電は15分以内で完了するため、内燃機関（ICE）の燃料補給時間と競合可能です。
スワップ、起訴された：パワースワップステーション
充電ステーションの建設を加速させるだけでなく、「スワップ・アンド・ゴー」方式の電力交換ステーションも、急速エネルギー補給システムにおいて大きな注目を集めています。バッテリー交換はわずか数分で完了し、フル充電状態で走行し、燃料車よりも速く充電できます。これは非常に魅力的であり、多くの企業が投資を誘致するでしょう。
NIOパワースワップサービス、自動車メーカーNIOが発売したこのシステムは、フル充電されたバッテリーを3分で自動交換できます。交換のたびにバッテリーと電源システムが自動的にチェックされ、車両とバッテリーを最良の状態に保ちます。
これは非常に魅力的で、将来的にはバッテリー残量が少ない状態から満充電状態までシームレスに繋がる未来が見えているように思えます。しかし、現実には市場にはEVメーカーが多すぎて、メーカーごとにバッテリーの仕様や性能が異なります。市場競争や技術的な障壁といった要因により、全ての、あるいはほとんどのEVブランドのバッテリーを統一し、サイズ、仕様、性能などを完全に統一し、相互に交換可能にすることは困難です。これは、電力交換ステーションの経済化における最大の制約にもなっています。
路上で：ワイヤレス充電
携帯電話の充電技術の発展経路と同様に、ワイヤレス充電も電気自動車の発展方向の一つです。主に電磁誘導と磁気共鳴を利用して電力を伝送し、磁場に変換した後、車載受信装置で電力を受信して蓄電します。充電速度はそれほど速くありませんが、走行中に充電できるため、航続距離の不安を軽減できると考えられます。
Electreonは最近、米国ミシガン州で正式に電化道路を開通させ、2024年初頭には大規模な試験運用を開始する予定です。このシステムにより、道路を走行または駐車中の電気自動車は、プラグを差し込むことなくバッテリーを充電できるようになります。当初は4分の1マイル（約1/4マイル）の範囲で開始され、今後は1マイル（約1.6キロメートル）まで延長されます。この技術の開発はモバイルエコシステムを大きく活性化させましたが、非常に大規模なインフラ構築と膨大なエンジニアリング作業が必要となります。
さらなる挑戦
EVがさらに普及すると、充電ネットワークの整備が進み、より多くの電流を出力する必要が生じるため、電力網への負荷圧力はより大きくなります。エネルギー、発電、送配電のいずれにおいても、私たちは大きな課題に直面することになるでしょう。
まず、世界的なマクロ視点から見ると、エネルギー貯蔵の開発は依然として大きなトレンドです。同時に、あらゆるリンクにおいてエネルギーが効率的に循環できるよう、V2Xの技術的実装とレイアウトを加速させる必要があります。
第二に、人工知能（AI）とビッグデータ技術を活用し、スマートグリッドを構築し、電力系統の信頼性を向上させます。電気自動車の充電需要を分析し、効果的に管理し、時間帯別に充電を誘導します。これにより、電力系統への影響リスクを軽減するだけでなく、自動車所有者の電気料金も削減できます。
第三に、政策圧力は理論上は効果があるものの、どのように実施されるかがより重要です。ホワイトハウスは以前、充電ステーションの建設に75億ドルを投資すると主張していましたが、実際にはほとんど進展がありません。その理由は、政策上の補助金要件と施設の性能を一致させることが難しく、請負業者の利益追求が活性化されていないためです。
最後に、大手自動車メーカーは高電圧超急速充電に取り組んでいます。800Vの高電圧技術を活用する一方で、バッテリー技術と冷却技術を大幅に向上させ、10～15分の超急速充電を実現しようとしています。業界全体が大きな課題に直面することになるでしょう。
様々な急速充電技術は、様々な場面やニーズに適していますが、それぞれの充電方法には明らかな欠点もあります。自宅での急速充電には三相充電器、高速道路ではDC急速充電、走行中のバッテリー交換にはワイヤレス充電、そしてバッテリーを素早く交換するにはパワースワップステーションなど、様々な用途があります。電気自動車技術の発展に伴い、急速充電技術も進化を続け、800Vプラットフォームが普及すれば、400kW以上の充電設備が充実し、これらの信頼性の高い機器によって電気自動車の航続距離に対する不安は徐々に解消されるでしょう。Workersbeeは、業界パートナーの皆様と共に、環境に優しい未来を創造していきます。
投稿日時: 2023年12月19日