ブログランキングに参加しています。応援クリックお願いします。 「ほとんどの電車は、車両単体での航続可能距離はゼロkm。それでも走っているのは、架線からエネルギーを供給し続けているからだ。ガソリン車はタンクを積んで、時々、給油しなければならないが、電気自動車なら電車のようなエネルギー供給ができる」
東京大学・堀洋一教授
ワイヤレス送電技術の実用化されると期待されるのが、電気自動車への展開。
磁気共鳴方式の非接触型充電は、数ｍ程度の距離なら、離れたところからでも充電ができるから、路面やガードレール、又は駐車スペースなんかに給電側のコイルを設置したりすれば、傍を走ったり、そこに車を置くだけで充電できるような仕組みが実現できることになる。
東京大学新領域創成学研究科・先端エネルギー工学専攻の堀洋一教授は、電気自動車に電池を積むことなく、ワイヤレス給電で動かす方式の研究を進めている。
今の電気自動車は内臓した電池で動いているから、なるべく小型かつ蓄えられる電気量が大きい電池が要求され、またその充電を如何に簡単にするかに注目が集まっている。
三菱自動車の電気自動車「アイミーブ」も、総重量200kgのリチウムイオン電池を搭載している。
だけど、やはり充電１回あたりの航続距離には限りがあって、カーナビもエアコンも使わないエコ運転でも１５０～１６０ｋｍが精々のところ。街乗りを考えると実際はその半分程度であると思われる。
また、充電にかかる時間も馬鹿にならない。以前「次世代車の息吹」のエントリーで、２００８年６月に電気自動車で、東京から札幌市の北海道庁までの８５８．７ｋｍを７日で走破した「ＣＯ２削減ＥＶ洞爺湖キャラバン」を紹介したことがあるけれど、その際にも所々に専用の充電器設置ポイントが用意されていた。
※キャラバンでの走行実績では、フル充電１回あたりの航続距離は約８０Ｋｍ。
確かに専用の急速充電器を使えば、５分、１０分程度で満充電の８割くらいまでは充電できるそうだから、急速充電器のスタンドが、今のガソリンスタンド並みにあれば、なんとかなるかもしれないけれど、まだまだそこまで普及はしていない。
更に、リチウムイオン電池は、電池内部で化学反応を起こしながら充放電するから、そのたびに劣化していく。充放電の回数は1000～2000回が限度と言われていて、更にリチウム自身がレアメタルだから、将来にわたって供給が確保されているとは言い難い。
東京大学の堀洋一教授が研究している電気自動車は、電池を持たず、代わりに「コンデンサ(キャパシタ)」を使うのが特徴。
コンデンサ(キャパシタ)は通常、電子機器に使われる、ごく微量の電荷を充放電する部品なのだけれど、充放電自体に化学反応を伴うわけではないから、その寿命は半永久的ともいえるほど長く、100万～200万回の充放電に耐え、しかも高速充電が可能。
堀教授らのチームが試作した電気自動車「C-COMS」には、３Ｖ、１５００Ｆのキャパシタ・セル(コンデンサ・セル)を直列に５個つなぎ、これを３列並列に接続したものを、更に７つ直列に接続することで１００Ｖ、１００Ｆのモジュールを構成して、搭載している。これにより僅か３０秒の充電で、約２０分間、時速４０kmで走行できるそうだ。
この「C-COMS」の凄いところは、搭載しているキャパシタが５０Ｖから１００Ｖの範囲の範囲で動くところで、電圧変動に強く、この範囲内であれば充電エネルギーの約８０％が使えるという。
ただ、キャパシタ自身に蓄えられる電気エネルギーは、リチウムイオン電池と比べて、およそ１０分の１くらいしかなく、折角充電しても直ぐ空になってしまうという欠点を抱えている。
そこで、堀教授が注目したのが、磁気共鳴方式のワイヤレス送電技術。これを使えば、信号待ちの間とか、ちょっとした間にちょこちょこ充電しては走り続けることができる。
この発想は、架線から電気を貰って走るトロリーバスに通ずるものがあって、架線を無くす代わりに、磁気共鳴方式の送電コイルを其処彼処に設置してやればいい。
実は、まだワイヤレス送電とまではいかないけれど、キャパシタを使った交通機関を実用化して運用しているところがある。上海の電気バスがそれ。
この電気バスは１．６５Ｖ、８００００Ｆのキャパシタを１８個で１モジュールとして、２１モジュールを直列にし、トータル６００Ｖ、２００Ｆのキャパシタとして使用している。
充電はパス亭に停車している間に、天井のパンダグラフを上げて、２００Ａで充電。フル充電には２００秒くらい必要なのだけれど、実際は３０秒程の充電時間で運用している。
２００７年１２月の段階で、この上海の電気バスは７台運行されていて、２００６年８月の運行開始から１年半が経過しても、特に大きなトラブルはないという。この時点で、上海万博に向けて１００～２００台運行を目指しているということだったから、今はもっと多い筈。
この電気バスが運行している路線は、全て中国政府負担で運行しているという。この辺り、日本はまだまだ遅れているのではないか。
キャパシタ搭載電気自動車の主導権を、中国にすっかり奪われてから「そんなバカな～」なんて叫んでも、もう遅い。
堀教授は、将来的には電気自動車はみんなキャパシタを積むようになると言っているけれど、ワイヤレス充電が実用化できれば、その可能性は十分ある。
特に、日本なら、ガードレールとか、側溝とか、信号機付近とか、街中だといくらでも設置できる場所があるし、信号なんかで停車するだろうから、磁気共鳴方式のワイヤレス給電には向いている。
以前「ハイウェイトレイン構想」のエントリーで高速の中央分離帯に新幹線を走らせるという、ハイウェイトレイン構想なるものを紹介したことがあるけれど、高速に新幹線を走らせるということは、当然、電気を供給する設備も高速道路に敷設することになる。
だから、ついでにといってはあれかもしれないけれど、高速道路の側壁に全部送電コイルを埋めておけば、高速道路でも、ワイヤレス給電ができるかもしれない。
ただ、大切なことは、こうした技術も、それを可能とするインフラがあってのこと。特に日本のように、道路を地方の隅々にまで、くまなく張り巡らせているような国でこそ、こうした新技術が生きてくる。
アイデアをアイデアのまま終わらせないだけの実力がある国こそが、こうした夢の技術を現実のものにする。
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2010年8月6日（金）「電池のないEV」がなぜ走る？ 【交通編4】発想の大転換、ちょこちょこ充電するクルマが拓く大きな未来 山田 久美 CO2削減による環境保護の観点から、自動車業界はガソリンから電気へと大きく転換しようとしている。しかし、電気自動車にはガソリン自動車には真似のできない様々な特技がある。それを活かすことで、我々のライフスタイルは大きく変わるかもしれない。今回は、東京大学新領域創成学研究科・先端エネルギー工学専攻の堀洋一教授が取り組んでいる、電池を持たず、ワイヤレスでエネルギーを補給する電気自動車を紹介しよう。
「おじいちゃんが若い頃にはガソリンスタンドというものがあってね、自動車は3、4日に1回、そこでガソリンを入れないと、走れなかったんだよ」――。
十数年後か、数十年後か、人々がガソリンスタンドの存在を忘れる日がやってくるかもしれない。ガソリンスタンドが減る一方で、現在、東京都内を中心に、電気自動車（EV）充電スタンドやバッテリー交換ステーションの設置が始まっている。
◆充電スタンドが必要なくなる！？
電池を持たない電気自動車の研究開発を行っている東京大学新領域創成学研究科・先端エネルギー工学専攻の堀洋一教授 「しかし、都心の街中ではそれすら必要なくなるかも知れない」
そう語るのは、東京大学新領域創成学研究科・先端エネルギー工学専攻の堀洋一教授である。堀教授が取り組んでいるのは、「電池を持たない電気自動車」。しかも、エネルギーをワイヤレスで供給しようという一風変わった仕組みだ。
現在、CO2削減による環境保護の観点から、自動車業界はガソリンから電気へと大きく転換しようとしている。そのため、世界各国が優れた蓄電池の開発にしのぎを削っている。主役は放電電圧と、蓄電装置の大きさに対する蓄積エネルギーの容量を示す「エネルギー密度」が高いリチウムイオン電池だ。例えば、三菱自動車の電気自動車「アイミーブ」も、総重量200kgのリチウムイオン電池を搭載している。
アイミーブの場合、本体に装備している車載充電器により、一般家庭用の交流200ボルトまたは交流100ボルトのコンセントから充電ができる普通充電システムと、今後、各所でインフラ整備が行われていく急速充電器による急速充電システムの2種類が用意されている。
◆コンデンサーの一種を活用
しかし、ここで問題となるのが、充電時間だ。最高時速は130kmで、充電1回あたりの航続距離は最長160kmである（カーナビもエアコンも一切使用しない場合）。ガソリン自動車の場合、満タンに給油した場合の航続距離が400～500kmということを考えると、3倍以上の頻度で給電しなければいけない計算だ。ところが、フル充電させようと思うと、一般家庭用の電源で8時間以上、急速充電器を使っても30分もかかってしまうのである。
そのため、給電回数を減らすには、よりエネルギー密度の高い蓄電池を開発するか、蓄電池をたくさん搭載するしかない。前者に関しては開発を待つしかないが、後者で解決しようとすれば車体が重くなり、エネルギーの効率が落ちてしまう。
電気自動車を普及させるには、いかに高速かつ簡単に給電できるようにするかが大きな鍵となる。その1つの解が、堀教授が提案する電気自動車である。
従来型の電気自動車と大きく異なるのは、電気を貯める蓄電装置に電池を使わず、「キャパシタ」という電気部品を用いる点だ。
キャパシタとは、多くの電気製品に使われている電子部品「コンデンサー」の一種である。プラスとマイナスの電極が対になっていて、ここに電荷をとどまらせることで電気エネルギーを蓄える。その中でも、「電気2重層」という構造になっているキャパシタは、大容量であることが特徴だ。
◆ 100万～200万回の充放電が可能
キャパシタは、ほんの数十秒で充電を完了することができ、しかも充放電を繰り返しても劣化しない。これが、電気自動車の常識を大きく覆す可能性を秘めている。
電池内部で化学反応を起こしながら充放電するリチウムイオン電池は、充電時間が長いだけでなく、充放電のたびに劣化していく。充放電の回数は1000～2000回が限界とされる。現在実用化されている電気自動車のリチウムイオン電池の場合、毎日充放電を繰り返した場合、3年程度で寿命が来てしまう計算だ。
右の銀色のパッケージがキャパシタ。これを複数組み合わせて左のような白いケースに入れ、蓄電装置にする しかし、化学反応を伴わないキャパシタなら100万～200万回の充放電が可能だから、寿命は半永久的と言えるレベルに達する。しかも、リチウムイオン電池とは違って、端子間の電圧からエネルギーの残量を正確に測れるという利点もある。
「毎日、何度も充放電を繰り返すためには、寿命が長く、高速に充電できることが重要だ。その点、化学変化を伴わないキャパシタは最適と言える」と堀教授は主張する。
リチウムは鉄やアルミニウムなどに比べて産出量が少ない「レアメタル」に属する金属だ。しかも、生産の多くを中国に頼っており、将来に渡って安定的に確保することが不安視されている。キャパシタはこうしたレアメタルに依存する部材が少なく、“資源貧国”である日本と相性がいい蓄電装置だと言える。
◆電車のようなエネルギー供給方法
ただし、キャパシタには決定的な弱点がある。それは、エネルギー密度が小さいことだ。
現在の技術では、リチウムイオン電池の約10分の1しかない。例えば、堀教授が開発したキャパシタ電気自動車「C-COMS」の場合、1回充電して時速40kmで走った場合、10～20分程度で電気エネルギーが空になってしまう。
蓄電装置に使えるキャパシタが、電気自動車の分野で主役になれなかった理由は、まさにここにある。
しかし、堀教授は「これまでの固定観念を捨てることで、大きな可能性が見えてくる」と話す。ここで言う固定観念とは、「電気自動車も、ガソリン車に負けないようエネルギーをできる限り多く搭載し、航続距離を伸ばす」という考え方だ。
堀教授は電車を例に取る。「ほとんどの電車は、車両単体での航続可能距離はゼロkm。それでも走っているのは、架線からエネルギーを供給し続けているからだ。ガソリン車はタンクを積んで、時々、給油しなければならないが、電気自動車なら電車のようなエネルギー供給ができる」。
道路に架線を張り巡らせるのは現実的ではないが、給電なしに10～20分走れるのならば、次善の策が取れる。それが「ちょこちょこ充電」である。
堀教授は言う。「100ボルト、10～15アンペア程度の電源なら、町中の至るところにある。これを電気自動車のインフラとして利用できるようにすればいい」。
◆「磁気共鳴方式」で1m離れても高効率送電
もちろん、走行10分ごとにクルマを停めて充電プラグを抜き差しするのは現実的ではない。そこで堀教授が有力視しているのが「ワイヤレス給電」である。文字通り、電源コードや接点を必要としない給電のことだ。給電装置の近くにクルマを置くだけで、キャパシタに充電できる。
実は、ワイヤレス給電は身近なところで実用化されている。電気接点を持たない充電式の小物家電が良く知られているだろう。電動歯ブラシや電動シェーバー、ゲーム機のリモコンなどである。
ただし、これらはすべて「電磁誘導」という原理を利用しているため、電気自動車のような大容量の装置には適していない。
充電器側と機器側のコイルの2つをかなり近づけないと充電できないのである。例えば、携帯電話に応用する場合、直径数cmの2つのコイルを1cm以内に近づける。しかも所定の位置から数mm、前後左右にずれると伝送効率が大きく下がってしまう。
ところが、2006年から2007年にかけて大きな発見があった。米マサチューセッツ工科大学（MIT）が、「磁気共鳴方式」と呼ぶ新たなワイヤレス送電技術の理論を発表したのである。
◆ 信号待ちの間に充電できる
磁気共鳴方式の最大の特徴は、コイルの位置が1mほど離れていても、高い効率でワイヤレス送電できることだ。つまり、位置合わせに高い精度が必要でない。また、特定の機器のみに電力を送る選択的送電も可能である。
「これを使えば、ワイヤレスで、電気自動車のちょこちょこ充電ができる！」
そう直感した堀教授は、ワイヤレス給電の研究も開始した。これまでに、50cm～1m離れているコイルの間で電力を送ることに成功しており、伝送効率も95％に達している。今年、堀教授はキャパシタ電気自動車C-COMSにワイヤレス給電システムを搭載して実験を始める計画だ。
ワイヤレス給電システムが実用化できれば、キャパシタ電気自動車の可能性は大きく広がる。
例えば、充電装置を交差点の路面に装備しておけば、信号待ちの間に充電できる。または、路肩を充電スペースにしておき、1分足らず「ピットイン」してもらえば“満タン”、という具合だ。走行中でも充電は可能なので、数百メートルの間を「充電レーン」にして、そこを徐行して走ってもらう方法も考えられる。
「“自動改札”にして、給電システムに入る車両から自動で料金を徴収してはどうだろうか。実現したら『エネルギー版のECT（ノンストップ自動料金支払いシステム）』になりますね」と堀教授は言う。
◆ サハラ砂漠を走破する必要はない
キャパシタ電気自動車の実用化を考える場合、クルマに対する考え方を大きく変える必要がある。というのも、この電気自動車を見て「これでは田舎や砂漠では使えない」という人がいるからだ。
「これに乗ってサハラ砂漠に行こうとするわけがない」と堀教授は笑う。そして「これまで自動車メーカーは、街中であろうと砂漠であろうと、どこでも走れる性能を持った自動車を目指して開発してきた。しかしこの考えはそろそろ改める時期に来ているのではないか」と続ける。
堀教授は、既存の自動車すべてが、キャパシタ電気自動車に置き換わると言っているのでは決してない。想定しているのは、街中の移動である。時速100kmもの高速で走れるわけではないし、インフラ整備も必要になるからだ。
この点に関しても、堀教授は、電車と自動車との違いを引き合いに出す。
アルプス登山鉄道やオリエント急行を見ても分かる通り、本来、鉄道はローカル色豊かな乗り物で、世界共通ではない。つまり、砂漠を走るのであれば、航続距離が長く、最高時速100km以上のガソリン車が適しているだろうが、1日20km走って時速数十km程度ならそれに適した自動車があるはず。用途や目的に応じて乗り分けていく時代になるというわけだ。
最後に堀教授は、自動車の今後についてこう語った。
「電気自動車の真髄は、実はモーターにある。そのため、『キャパシタ』と『ワイヤレス』の次に来るのが『制御』だ。つまりモーター、キャパシタ、ワイヤレス、この3つが今後、自動車の世界を大きく変えていくことになる」
堀教授が語る電気自動車の真髄、モーターの制御に関しては、次回、詳しくご紹介することにしよう。
URL:http://business.nikkeibp.co.jp/article/topics/20100802/215681/?P=1
コメント
コメント一覧 (4)
蓄電に関しては停留所でフライホイール回して蓄電、で走行中はフライホイールで発電して動くジャイロバスのような機械的手段もありますしね。熱射病で死ねるほど車にたまる熱をエネルギーに出来ないかとも思うのですけど。何せ、車のボンネットで卵焼ける熱がたまってしまう。これを利用してせめて車内冷房は停車しても動き続けるシステムが出来ればなんて思います。効率的な蓄熱と発電が出来れば電池がいらない電気自動車ができそうですけど。
後、イギリスのゼンマイラジオみたいなゼンマイを使う発電機。キャンプなんかで使う発電機の動力をゼンマイで置き換えられないかななんて考えたりもしま
それから、昔からのワイヤー付きトローリーバスは運転面倒くさい様です。自由に動けないので、チャージ式のバスは良いのですが、災害時に電気が来ないと使えないのが残念ですね、燃料電池等が安価に出来ればバスの電力源の一部に使えそうですが。
＞出来れば自転車の様な足で漕いで回転体を回し、回転エネルギーとして蓄積する新しいゼンマイの様な物なら子供から年寄りまで発電に貢献でき楽しいと思います。
ご指摘の形態がベストと私も考えています。燃料よりもペダルを漕ぐ人手が確保しやすい状況で使える燃料を気にせず使える発電機。使用する前に発電機をモーターとして動かしてゼンマイを目一杯巻いておく。携帯型も同じで出来たら腰につけて自動巻で小型電子機器の非常用電源として。要するにリチウムなどの希少な金属を使わず、頑丈で爆発などの心配がない枯れた技術で手頃な電源としてのゼンマイという発想です。後、ゼンマイは時計が動いている最中も巻けますから同じ事が出来るならペダル漕いで巻きながら一日中使えますし。