停紅燈時順便充電,充15秒可跑1公里!日本東大端出里程焦慮新解方
停紅燈時順便充電,充15秒可跑1公里!日本東大端出里程焦慮新解方

電動車成主流趨勢,不同於燃油車,電動車充電的卻是非常不容易,一般用戶都會使用自家或公共設施的充電樁進行充電。

然而,就算是高速充電器,完成充電通常也需要30分鐘以上,在電動車充電需求高的都市中心部,要確保可放置充電器的土地往往不是件簡單的事,因此如何增大搭載電池的容量便成為研發上的課題。

高速公路行進間充電系統示意圖
圖/ 東京大學

由於電池的續航力與電池大小成正比,電池容易增大車重則會增加,但行駛時就會消耗較多能量,另外生產電池時也會增加二氧化碳的排放量,還有鈷、鋰等稀金屬用量增加的疑慮,而被期待能夠解決,隨電動車普及而來之課題的技術,就是車輛行進間就能充電。

日本研究團隊正在研究,車輛只要靠近十字路口紅綠燈的路面安裝充電裝置,當電動車在十字路口減速或停下時就能夠自動充電,透過可在行駛時不斷地充電便不需要大容量電池,也有助於車體的輕量化,而且在自家或商業設施等也將變得不需要設置電動車充電器了。

「行進間充電」實研發競賽越來越白熱化

根據《日本經濟新聞》報導,可一邊駕駛電動車一邊充電的「行進間充電」已越來越接近實用化,以東京大學為中心的產學合作團隊在千葉縣進行技術研發,預計在2023年開始公路驗證試驗,行進間充電將是大幅左右電動車使用便利性的充電新技術,目前以色列等海外企業已在該領域中不斷累積實際成績,實用化時期與充電效率等研發競賽已越來越白熱化。

安裝第三代行進間充電系統的實驗車
安裝第三代行進間充電系統的實驗車
圖/ 東京大學

位於千葉縣柏市的移動裝置研發設施「KOIL MOBILITY FIELD」設有全長400公尺的測試道路,路面的角落設有專用供電裝置,以藍色為基底的試驗車沿著測試路線行進,光是輪胎通過裝置上方便可完成充電。

這就是東京大學藤本博志教授所持續研究的「行進間充電系統」驗證實際情況。
要實現行進間充電,車體側會需要接收電力的設備,藤本教授在與日本精工、普利司通等共同研究的行進間充電系統實驗車上,是採電動車從輪胎側的受電線圈接收來自路面線圈所傳送的電力,一般電動車會將馬達配置在車體側,而此實驗車是將馬達配置在輪胎側來提高充電時的效率。

15秒可充入行駛1公里的電力

車體約800公斤,除了輪胎側邊安裝有受電系統外,與一般客車並沒有太大差異,雖然依所安裝充電裝置性能會有所出入,但可概略計算為當4個輪胎全都安裝有受電系統時,在送電線圈上停留15秒就能夠充入行駛1公里所需的電力。

系統採用了當沒有電動車靠近的話,就不會供電的機制,除了防止意外供電以確保安全外,也有壓低能源損失的用意。

藤本教授正式開始研究行進間充電可以追溯到2013年,當時很多人都抱持著懷疑的態度,但與日本精工等企業合作不斷進行馬達系統等的改良,目前已經發表至第3代系統。

日本精工著手研發的是在輪胎側安裝受電系統時,所需要的軸承、機械零件,並也檢討適合行進間充電之輪胎側馬達的構造,改良安裝方式。

可無線充電的普利司通輪胎 ROHM超小型功率模組

目前有許多合作企業,如普利司通便研發出了可以從路面供電線圈直接穿過輪胎來進行無線充電的新型輪胎,一般輪胎的骨骼補強零件會使用鋼鐵製品,而電力在通過金屬時會轉換成熱能,所以要穿過輪胎進行無線充電是有困難的,但普利司通使用獨家有機纖維來取代鋼鐵作為補強材料,成功研發出了在確保剛性的同時,也適用於無線充電的輪胎。

ROHM已研發能夠用於輪胎側受電系統的超小型功率模組,是藉由增厚功率模組的基板來提高機器的散熱性,而得以將尺寸縮小至以往一般製品的1/5,也正在研討著未來的商品化。

行進間充電系統構造圖
行進間充電系統構造圖
圖/ 東京大學

以收納於輪胎內部的受電系統為目標

藤本教授正在進行系統的改良,現狀是受電線圈等一系列的設備並無法收容於輪胎內部,而採以放置於輪胎側邊的形式,正計畫著今後將受電系統收容於輪胎,以達到輕量化等效果,預估將在2023年在公路上埋設送電線圈進行現場驗證,並以驗證為基礎於2030年代實用化。
據日本國土交通省資料顯示,日本二氧化碳排放量當中,運輸部門站了17.7%,其中汽車所佔比例為87.6%,若藉由行進間供電促進汽車減碳的話,將能夠進一步接近日本政府鎖定的「2050年溫室氣體排放量實質淨零」目標。

三菱綜合研究所認為行進間充電將分為「3階段」來進行:第1階段是在2025年間,在非公路的大學校區內或機場等導入;第2階段是2030年間,普及至巴士轉運站或計程車停等區等特定公路;第3階段的2040年間則預定導入高速公路或十字路口等一般公路。

世界標準規格競爭不脫隊

在矢野經濟研究所的推估中,電動車無線充電的世界市場將於2031年達到約217億日圓,與2020年相比擴大13倍以上,而有不少海外企業已鎖定此市場,如以色列相關企業已經在該國的特拉維夫市與瑞典等地,實施行進間充電的實驗,在美國也出現應設置無線充電系統的意見。
藤本教授指出:「若國內廠商不具備行進間充電技術的話,未來就只剩下購買海外系統的選項,不僅不會是最適合日本汽車製造商的系統,也可能不利於材料、零件廠商」。因此即便是為了在世界標準規格競爭不脫隊,都需要加強產官學界的相互合作。

參考資料:日經東京大學東京大學

責任編輯:吳秀樺

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