電気自動車

世界の電気自動車（左から右、上から）：

電気自動車（EV）は、電力網または車載充電式バッテリーを介して、完全にまたは大部分の電力によって推進力が提供される動力付き車両です。 [ 1 ] EVには、道路（電気自動車、バス、トラック、パーソナルトランスポーター）と鉄道車両（電車、路面電車、モノレール）、電気ボートと潜水艇、電気航空機（固定翼とマルチローターの両方） 、電気宇宙船など、幅広い輸送モードが含まれます。

初期の電気自動車は、第二次産業革命によって直流および交流電気モーターの電化と大量利用がもたらされた19世紀後半に初めて登場しました。電気の使用は、当時のガソリンエンジン車では実現できなかったレベルの静粛性、快適さ、操作のしやすさを提供したため、初期の自動車推進方法として好まれていましたが、当時のバッテリー技術によるエネルギー貯蔵が限られていることによる航続距離の不安が、 20世紀を通して電気自動車が個人輸送手段として大量に採用される妨げとなりました。内燃機関（ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの両方）は約100年間、自動車やトラックの主要な推進メカニズムでしたが、電気で動く移動は、架線で動く電車、路面電車、モノレール、トロリーバスなどの大量輸送車両や、モビリティスクーターなどのさまざまな小型で低速で短距離のバッテリー駆動の個人用車両など、他の種類の車両では一般的になっています。

20 世紀後半以降、従来の鉛蓄電池よりも優れたエネルギー密度と電流出力を提供するリチウム電池の技術的進歩により、ゼロエミッション車の選択肢としての電気自動車への関心が復活したが、1990 年代に製造された近隣電気自動車以外のほとんどのプラグイン電気自動車は、市場での稼働期間が非常に短く、完全に製造中止となった。メーカーは主に、従来の自動車と同様に内燃機関を使用するが補助として電気モーターも搭載し、モータージェネレータによって内部的に生成された電気と回生ブレーキから回収された電気で駆動するハイブリッド電気自動車に切り替えた。電力網から充電でき、内燃機関の補助ではなく主な推進力として電気モーターを使用するプラグインハイブリッド電気自動車は、 2000 年代後半まで大量生産されず、バッテリー電気自動車が消費者市場にとって実用的な選択肢になったのは2010 年代になってからであった。

電気自動車用バッテリー、電動トラクションモーター、自動車用エレクトロニクス（特に電子制御ユニット）の技術的進歩により、 21世紀には電気自動車がより実現可能になり、場合によっては従来の内燃機関車よりもコスト効率が高くなり、中国などの一部の国では市場浸透率が新車販売台数のほぼ半分に達しています。[ 2 ]温室効果ガスやその他の大気汚染物質の排出を削減し、化石燃料への依存を減らす手段として、多くの地域で電気自動車の導入を促進する政府のインセンティブも利用できます。 [ 3 ]中国は世界有数のEV生産国であり、2024年には世界の電気自動車生産の70％以上、世界の販売の67％を占めます。

歴史

電気による動力は、1827年にハンガリーの司祭アニョス・イェドリクが初歩的だが機能的な電気モーターを作ったときに始まり、翌年、彼はそれを使って小さな模型の車を動かした。[ 4 ] 1835年には、オランダのフローニンゲン大学のシブランダス・ストラティン教授が小型電気自動車を作り、1832年から1839年の間には、スコットランドのロバート・アンダーソンが、充電できない一次電池で動く最初の粗雑な電気車両を発明した。[ 5 ]アメリカの鍛冶屋で発明家のトーマス・ダベンポートは、1835年に原始的な電気モーターで動くおもちゃの電気機関車を作った。1838年には、スコットランド人のロバート・デビッドソンが時速4マイル（時速6キロメートル）の速度を達成する電気機関車を作った。イギリスでは1840年にレールを電流の導体として使用する特許が付与され、アメリカでも1847年にリリーとコルテンに同様の特許が発行されました。[ 6 ]

スチュードベーカーの電気自動車に乗るトーマス・エジソンとジョージ・マイスター、1909年

アメリカで初めて量産された電気自動車は1900年代初頭に登場しました。1902年にはスチュードベーカー・オートモービル社が電気自動車で自動車事業に参入しましたが、1904年にはガソリン車市場にも参入しました。しかし、フォード・モーター社による安価な組立ライン生産車の登場により、電気自動車の人気は大幅に低下しました。[ 7 ]

当時は電力網の不足[ 8 ]と蓄電池の限界のため、電気自動車はあまり普及しなかったが、電気鉄道はその経済性と達成可能な速度のために絶大な人気を得た。20世紀までには、電気機関車の開発の進歩により、電気鉄道輸送は一般的になった。時が経つにつれて、電気自動車の汎用的な商用利用は、プラットフォームトラック、フォークリフト、救急車、[ 9 ]牽引トラクター、そして象徴的な英国のミルクフロートなどの都市配達車両などの専門的な役割に限定されていった。20世紀のほとんどの間、英国は世界最大の電気道路車両ユーザーであった。[ 10 ]

石炭輸送には電化列車が利用されました。なぜなら、モーターは鉱山の貴重な酸素を消費しないからです。スイスは天然の化石資源が不足していたため、鉄道網の電化は急速に進みました。初期の充電式電池の一つである ニッケル鉄電池は、エジソン が電気自動車への利用を希望しました。

EVは最も初期の自動車の一つであり、軽量で強力な内燃機関（ICE）が台頭する以前の1900年代初頭には、電気自動車が数多くの陸上速度と距離の記録を保持していました。ベイカー・エレクトリック、コロンビア・エレクトリック、デトロイト・エレクトリックなどによって製造され、歴史上のある時点ではガソリン車の販売台数を上回りました。1900年には、米国の道路を走る車の28%が電気自動車でした。EVは非常に人気があり、ウッドロウ・ウィルソン大統領と彼のシークレットサービスでさえ、1回の充電で60～70マイル（100～110 km）を走行できるミルバーン・エレクトリックでワシントンD.C.を観光しました。[ 11 ]

シアトルの充電ステーションには、電気で動くように改造されたAMCグレムリンが展示されている。1回の充電で約50マイル（80 km）走行できた。1973年

20世紀の最初の10年間は​​、乗用車メーカーのほとんどがガソリン車を選択したが、電気トラックは1920年代に入っても確立されたニッチ市場だった。[ 12 ] [ 13 ] [ 8 ]いくつかの出来事が電気自動車の人気の衰退に貢献した。[ 14 ]道路インフラの改善には、電気自動車が提供する以上の走行距離が必要となり、テキサス、オクラホマ、カリフォルニアで大量の石油埋蔵量が発見されたことで、手頃な価格のガソリンが広く入手できるようになり、内燃機関で動く車は長距離を安く運転できるようになった。[ 15 ]電気自動車は女性向けの高級車として販売されることはほとんどなく、それが男性消費者の間では汚名だったのかもしれない。[ 16 ]また、 1912年にチャールズ・ケタリングが電気スターターを発明したことにより、内燃機関車の操作はこれまで以上に容易になり、 [ 17 ]ガソリンエンジンの始動に手動クランクを使用する必要がなくなり、また、1897年にハイラム・パーシー・マキシムが発明したマフラーの使用により、内燃機関車の騒音も軽減されました。都市部以外の道路が整備されるにつれて、電気自動車の航続距離は内燃機関車に匹敵しなくなりました。最終的に、 1913年にヘンリー・フォードがガソリン車の量産を開始したことで、電気自動車に比べてガソリン車のコストが大幅に削減されました。[ 18 ]

1930年代、ゼネラルモーターズ、ファイアストン、スタンダード・オイル・オブ・カリフォルニアの合弁会社であったナショナル・シティ・ラインズは、全米各地の多くの電気路面電車網を購入し、解体してGMのバスに置き換えようとしました。この合弁会社は、子会社への機器および資材の販売を独占するために共謀した罪で有罪判決を受けました。しかし、輸送サービスの提供を独占するために共謀した罪については無罪となりました。

人為的な温室効果ガス排出によって引き起こされた深刻な気候変動が観測される中、2009年にコペンハーゲン・サミットが開催されました。サミットでは、70カ国以上が最終的にネットゼロを達成するための計画を策定しました。多くの国にとって、EVの導入拡大はガソリン使用量の削減に貢献するでしょう。[ 19 ]近年、ダートバイクを含む電動オフロードバイクの市場は著しい成長を遂げています。この傾向は、バッテリー技術の進歩とレクリエーション用電気自動車の需要増加によって推進されています。[ 20 ]

実験

映画「Who Killed the Electric Car?」の題材となったゼネラルモーターズの電気自動車 EV1 (1996-1998)

1990年1月、ゼネラルモーターズ（GM）はロサンゼルス・オートショーでEVコンセプトカー「インパクト」を発表しました。同年9月、カリフォルニア大気資源局は主要自動車メーカーに対し、1998年から段階的にEVの販売を義務付けました。1996年から1998年にかけて、GMは1117台のEV1を生産し、そのうち800台は3年間のリース契約で販売されました。[ 21 ]

この期間中、クライスラー、フォード、GM、ホンダ、トヨタもカリフォルニア州のドライバー向けに少量のEVを生産しました。2003年、GMはEV1のリース契約満了に伴い、EV1の製造を中止しました。この製造中止の理由は、様々な説が唱えられています。

  • カリフォルニア州のゼロエミッション車義務化に対する自動車業界の連邦裁判所での勝訴、
  • GMに数千台のEV1のスペアパーツの製造と維持を義務付ける連邦規制と
  • 石油業界と自動車業界によるEVの一般受容を減らすためのメディアキャンペーンの成功。

2005年から2006年にかけて、このテーマを扱った映画『Who Killed the Electric Car?』が制作され、2006年にソニー・ピクチャーズ・クラシックスによって劇場公開されました。この映画では、自動車メーカー、石油業界、米国政府、バッテリー、水素自動車、一般大衆の役割、そしてこの技術の展開と採用を制限するそれぞれの役割を果たしていることが取り上げられています。

フォードは、フォード・エコスター・デリバリーバンを多数市場に投入しました。ホンダ、日産、トヨタも、GMのEV1と同様にクローズドエンドリースでのみ販売されていたEVの大部分を回収し、廃棄しました。大衆の抗議を受けて、トヨタはRAV4 EVを200台販売しました。これらの車両は後に、当初の4万ドルを超える価格で売却されました。その後、BMWカナダは、カナダでの試験が終了した際に、Mini EVを数台売却しました。

シトロエン・ベルリンゴ・エレクトリックの生産は2005年9月に終了した。ゼンは2006年に生産を開始したが、2009年に終了した。[ 22 ]

再導入

プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）とバッテリー電気自動車（BEV）の世界の在庫は2010年代以降着実に増加しています。[ 23 ]
2012年以降の世界の乗用電気自動車（EV）の販売台数[ 24 ]

20世紀後半から21世紀初頭にかけて、石油を燃料とする交通インフラの環境への影響とピークオイルへの懸念から、電気自動車による交通インフラへの関心が再び高まりました。[ 25 ] EVは化石燃料を燃料とする自動車とは異なり、消費する電力は化石燃料、原子力、太陽光や風力などの再生可能エネルギー、あるいはそれらの組み合わせなど、幅広いエネルギー源から発電できます。近年のバッテリー技術と充電インフラの進歩により、EV導入の障壁の多くが解消され、より幅広い消費者にとって電気自動車はより現実的な選択肢となっています。[ 26 ]

電気自動車の二酸化炭素排出量やその他の排出量は、発電に使用される燃料と技術によって異なります。[ 27 ] [ 28 ]電気は、バッテリー、フライホイール、またはスーパーキャパシタを使用して車両に蓄えられます。内燃機関を使用する車両は通常、単一または少数のエネルギー源、通常は再生不可能な化石燃料からのみエネルギーを得ています。電気自動車の主な利点は回生ブレーキで、摩擦ブレーキ時に熱として失われる運動エネルギーを、車載バッテリーに復元された電力として回収します。国際エネルギー機関の「世界EV展望2024」によると、2023年には世界で1,400万台以上の新しい電気自動車が販売され、その年の自動車販売総数の約18％を占めました。[ 29 ]中国は世界有数のEV生産国であり、2024年には世界の電気自動車生産の70％以上、世界の販売の67％を占めます。[ 30 ] [ 31

電源

EVは化石燃料車よりもはるかに効率が高く、直接的な排出物も少ない。しかし同時に、EVは非化石燃料発電所と化石燃料発電所の組み合わせによって供給される電気エネルギーに依存している。

発電方法は多様であり、コスト、効率、環境への配慮もそれぞれ異なります。EVは、電源を変更することで、全体的な汚染を低減できます。地域によっては、電力会社に再生可能エネルギーによる電力供給を依頼することも可能です。そのため、EVはエネルギーのレジリエンス（回復力）が最も高いと言えます。[ 32 ]

第三軌条から電力を得て牽引レールから戻る旅客列車
スイスのブリークにある電気機関車
MAZ -7907 は、車載発電機を使用してホイール内電気モーターに電力を供給します。

発電所への接続

車載発電機とハイブリッドEV

次のような複数の電源から電力を得るハイブリッド EV も考えられます。

  • 車載式充電式電力貯蔵システム（RESS）と陸上発電所への直接連続接続により、高速道路上で無制限に充電が可能[ 33 ]
  • 車載式充電式蓄電システムと燃料駆動動力源（内燃機関）：プラグインハイブリッド

潜水艦などの特に大型の電気自動車（EV）では、ディーゼル電気自動車の化学エネルギーを原子炉で代替することができます。原子炉は通常、熱を供給し、蒸気タービンを駆動し、発電機を駆動して推進力を得ます。「原子力推進」の項も参照してください。

一部の自動車や少数の航空機など、いくつかの実験的な乗り物は、電力として ソーラーパネルを使用しています。

オンボードストレージ

車両設計における燃料の使用
車両タイプ使用燃料
内燃機関専用車（ICE）石油またはその他の燃料のみを使用します。
マイクロハイブリッド電気自動車（μHEV）石油またはその他の燃料のみを使用しますが、消費量を抑えるためにエンジンを停止することもできます。
マイルドハイブリッド電気自動車（MHEV、BAHV）石油などの燃料のみを使用しますが、消費量を抑えるために電気バッテリーを搭載しています。
プラグインハイブリッド車（PHEV）石油やその他の燃料と電力網からの電気の混合物を使用。
電気自動車 （BEV、AEV）電力網からの電力のみを使用します。
燃料電池自動車（FCV、FCEV）発電には 水素などの燃料のみを使用します。

これらのシステムは、（ほぼ常に静止時には）外部の発電機から電力を供給され、動き出す前に切断され、電気は必要になるまで車両内に蓄えられます。

バッテリー、電気二重層コンデンサ、フライホイール蓄電システムは、充電可能な車載型電力貯蔵システムの一種です。中間の機械的ステップを省くことで、不要なエネルギー変換を回避し、ハイブリッド車と比較してエネルギー変換効率を向上させることができます。さらに、電気化学バッテリーは可逆的な変換が可能であるため、電気エネルギーを化学的形態で貯蔵することができます。[ 35 ]

コンポーネント

バッテリーの種類、トラクションモーターの種類、モーターコントローラーの設計は、サイズ、電力、および提案されるアプリケーションによって異なります。電動ショッピングカートや車椅子のような小型のものから、電動アシスト自転車、電動バイクやスクーター、近隣電気自動車、産業用フォークリフト、そして多くのハイブリッド車まで、さまざまなアプリケーションがあります。

バッテリー

2011年式日産リーフのリチウムイオン電池パック

電気自動車用バッテリー（EVB）は、産業用（またはレクリエーション用）車両に使用されるトラクションバッテリー特殊システムに加え、バッテリー電気自動車（BEV）の推進システムに電力を供給するために使用されるバッテリーです。これらのバッテリーは通常、二次（充電式）バッテリーであり、典型的にはリチウムイオンバッテリーです。

トラクションバッテリーは、特に高アンペア時間容量で設計されており、フォークリフト、電動ゴルフカート、乗用床洗浄機、電動バイク、電気自動車、トラック、バン、その他の電気自動車に使用されています。[ 36 ] [ 37 ]

リチウムイオン電池

規模の経済と新しいセル化学によってエネルギー密度が向上したため、バッテリー価格は下落しました。[ 38 ]しかし、一般的なインフレ圧力と原材料や部品のコスト上昇により、2020年代初頭の価格下落は抑制されました。[ 38 ]

1991年に初めて商用化されて以来、リチウムイオン電池は低炭素輸送システムを実現するための重要な技術となっています。ほとんどの電気自動車はリチウムイオン電池（Li-IonsまたはLIB）を使用しています。リチウムイオン電池は、他のほとんどの実用的な電池と比較して、エネルギー密度が高く、寿命が長く、電力密度も高いという利点があります。 [ 39 ]複雑な要因としては、安全性、耐久性、熱破壊、環境への影響、コストなどが挙げられます。リチウムイオン電池は、安全かつ効率的に動作させるために、安全な温度と電圧範囲内で使用する必要があります。[ 40 ]

バッテリーの寿命を延ばすことで、実質的なコストと環境への影響を削減できます。一つの手法として、バッテリーセルのサブセットを一度に動作させ、これらのサブセットを切り替えることが挙げられます。[ 41 ]

過去には、ゼネラルモーターズ製などの一部の電気自動車にニッケル水素電池が使用されていました。 [ 42 ]これらのタイプの電池は、熱で自己放電する傾向があるため、時代遅れと見なされています。[ 43 ]さらに、このタイプの電池の特許はシェブロンによって保有されていたため、広範な開発に問題が生じました。[ 44 ]これらの要因と高コストが相まって、EVの主な電池はリチウムイオン電池になりました。[ 45 ]

リチウムイオン電池の価格は過去10年間で劇的に低下し、電気自動車の価格低下に貢献しているが、2021年から2022年末にかけてリチウムなどの重要な鉱物の価格が上昇したことで、これまでの電池価格の低下に圧力がかかっている。[ 46 ] [ 47 ]

電気モーター

電気トラックe-Force One

車両の電気モーターの出力は、他の機械と同様にキロワット（kW）で測定されます。電気モーターは、広い回転数範囲で最大トルクを発揮できます。つまり、100kWの電気モーターを搭載した車両の性能は、限られたエンジン回転数範囲でしか最大トルクを発揮できない100kWの内燃機関を搭載した車両の性能を上回ります。

充電効率は充電器の種類によって大きく異なり[ 48 ]、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する過程でエネルギーが失われます。

通常、直流(DC) 電気は DC/AC インバーターに供給され、交流(AC) 電気に変換され、この AC 電気は 3 相 AC モーターに接続されます。

電気鉄道、フォークリフト、一部の電気自動車では、直流モーターがよく使用されています。場合によっては、ユニバーサルモーターが使用され、その上で交流または直流が使用されることもあります。近年の生産車では、様々なタイプのモーターが搭載されています。例えば、テスラモーターズでは誘導モーターが、日産リーフやシボレー・ボルトでは永久磁石モーターが採用されています。[ 49 ]

エネルギーとモーター

Power Vehicle Innovation社がトラックやバスに使用している電動パワートレイン[ 50 ]
テスラモデルSの駆動モーター
シャーシに搭載
断面図

電気モーターは機械的に非常に単純であり、速度と出力の全範囲にわたって 90％のエネルギー変換効率[ 51 ]を達成することが多く、正確に制御できます。

駆動は回転式電動モーターによって行われます。しかし、モーターを「アンロール」して、専用の軌道に直接沿って走行させることも可能です。これらのリニアモーターは、磁気浮上によって支えられたレール上を浮上する磁気浮上式鉄道に使用されています。これにより、車両の転がり抵抗がほぼゼロになり、車両や軌道の機械的な摩耗も発生しません。高性能な制御システムが必要となることに加え、リニアモーターでは軌道の切り替えやカーブの走行が困難になるため、これまでは高速の2地点間サービスに限定されていました。

電気牽引では回生ブレーキの使用が可能で、モーターをブレーキとして利用し、発電機として機能させて列車の運動エネルギーを電力に変換し、それを線路に送り返します。このシステムは、下り坂の車両が上り坂に必要な電力の大部分を発電できるため、山岳地帯での運行や、発進・停止を繰り返す市街地走行において特に有利です。この回生システムは、下り坂の車両が発電した電力を利用できるほどの規模のシステムである場合にのみ有効です。

内燃機関とは異なり、静止状態から発進状態まで細かく制御でき、高いトルクを発生できます。また、パワーカーブに合わせて複数のギアを必要としません。そのため、ギアボックスやトルクコンバーターは不要です。

EVは静かでスムーズな走行を実現し、その結果、内燃機関に比べて騒音や振動が少ない。 [ 52 ]これは望ましい特性である一方で、接近する車両から通常聞こえる音がないことで、視覚障碍者、高齢者、幼児の歩行者にとって危険となるのではないかという懸念も生じている。この状況を緩和するため、多くの国では、 EVが低速走行しているときから、通常の動作や回転（路面、サスペンション、電動モーターなど）の音が聞こえる速度まで、警告音を鳴らすことを義務付けている。[ 53 ]

電気モーターは内燃機関とは異なり酸素を必要としないため、潜水艦や宇宙探査機には役立ちます。

車両の種類

近隣電気自動車、スクワッドソーラーNEV、太陽光パネル屋根付き

一般的に、あらゆる種類の車両に電動パワートレインを装備することが可能です。

電気地上車両

純電気自動車

純電気自動車（オールエレクトリックビークル）は、電気モーターのみで駆動します。電力は、バッテリー（バッテリー電気自動車）、ソーラーパネル（ソーラービークル）、または燃料電池（燃料電池ビークル）から供給されます。

ハイブリッド電気自動車

ハイブリッド電気自動車（HEV）は、従来の内燃エンジン（ICE）と1つまたは複数の電気エンジンを組み合わせた複合推進システムを備えたハイブリッド車の一種です。本質的にエネルギー変換効率に優れた電動パワートレインの存在は、従来の車両よりも優れた燃費または加速性能のいずれかを実現することを目的としています。HEVにはさまざまなタイプがあり、それぞれが電気自動車（EV）として機能する程度も異なります。最も一般的なHEVの形態はハイブリッド電気乗用車ですが、ハイブリッド電気トラック（ピックアップ、レッカー車[ 54 ]、トラクター）、バス、モーターボート[ 55 ]、航空機も存在します。

現代のHEVは、モータージェネレーターユニットや回生ブレーキなどのエネルギー回収技術を使用して、車両の運動エネルギーをオルタネーターを介して電気エネルギーに変換し、バッテリーパックまたはスーパーキャパシターに蓄えます。HEVの一部の種類では、内燃エンジンを使用して電気ジェネレーターを直接駆動し、車両のバッテリーを充電するか、電気トラクションモーターに直接電力を供給します。この組み合わせはレンジエクステンダーと呼ばれています。[ 56 ]多くのHEVは、アイドリング時に（信号待ちなど）一時的に内燃エンジンを停止し、必要に応じて再始動することで、アイドリング時の排出ガスを削減します。これは、スタートストップシステムと呼ばれています。ハイブリッド電気システムは、通常、従来のガソリン車よりも排気量が小さく、したがって燃料消費量が少ないため、同等の大きさのガソリンエンジン車よりも排気ガス排出量が少なくなります。エンジンで直接車を駆動しない場合は、最大効率で動作するようにギアを調整できるため、燃費がさらに向上します。

ハイブリッド電気自動車は、電気モーターと内燃機関の動力を組み合わせる様々な方法がある。最も一般的なタイプは、エンジンと電気モーターを機械的なカップリングを介して車輪に接続するパラレルハイブリッドである。このシナリオでは、電気モーターとエンジンが車輪を直接駆動することができる。シリーズハイブリッドは、電気モーターのみを使用して車輪を駆動し、しばしばレンジ拡張電気自動車（EREV）またはレンジ拡張電気自動車（REEV）と呼ばれる。また、エンジンのみ、電気モーターのみ、または両方を併用して車両を駆動できるシリーズ・パラレルハイブリッドもあり、これはエンジンが可能な限り最適な範囲で動作できるように設計されています。[ 57 ]

プラグイン電気自動車

プラグイン電気自動車（PEV）とは、壁のコンセントなどの外部電源から充電でき、充電式バッテリーパックに蓄えられた電気で車輪を駆動する自動車のことです。PEVは電気自動車のサブカテゴリであり、バッテリー電気自動車（BEV）、プラグインハイブリッド車（PHEV）、ハイブリッド電気自動車と従来の内燃機関車を改造した電気自動車が含まれます。[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]

航続距離延長型電気自動車

レンジエクステンデッド電気自動車（REEV）は、電気モーターとプラグインバッテリーで駆動する車両です。補助的な内燃エンジンはバッテリー充電を補助するためにのみ使用され、主動力源として使用されることはありません。[ 61 ]

オンロードおよびオフロードEV

オンロード電気自動車には、電気自動車、電気トロリーバス、電気バス、バッテリー電気バス、電気トラック、電気自転車、電気バイク・スクーター、パーソナルトランスポーター、地域電気自動車、ゴルフカート、ミルク配達車、フォークリフトが含まれます。オフロード車両には、電動全地形対応車と電気トラクターが含まれます。

電気トラック

ネスレが2015年に使用した電気自動車ルノー・ミドラム

電気トラックは、貨物を輸送したり、特殊な積荷を運んだり、その他の実用的な作業を行う ために設計されたバッテリー電気自動車(BEV)です。

電気トラックは、100年以上にわたって、主に鉛蓄電池を使用して、ミルク配達車、プッシュバックタグ、フォークリフトなどのニッチな用途に使用されてきましたが、21世紀にはより軽量でエネルギー密度の高いバッテリー化学物質が急速に開発され、より多くの用途のトラックに電気推進を適用できるようになりました。

電気トラックは、内燃機関トラックに比べて騒音と汚染を低減します。電気パワートレインは高効率で部品点数が少なく、アイドリング時に燃料を消費せず、静かで効率的な加速を実現しているため、電気トラックの所有コストと運用コストは従来型トラックに比べて大幅に削減されます。[ 62 ] [ 63 ]

長距離貨物輸送は、燃料に比べてバッテリーの重量が増加するため積載量が減少し、また、充電頻度の増加により配送時間が長くなるため、トラック輸送分野の中では電動化が最も不利な分野とされてきました。一方、短距離都市輸送は急速に電動化が進んでいます。これは、電気トラックのクリーンで静かな性質が都市計画や自治体の規制に適合していること、そして適度なサイズのバッテリーの容量が都市部における日常的な渋滞に適しているためです。[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]

鉄道輸送EV

ハノーバーの路面電車（または路面電車）が、パンタグラフを通して1本の架線から電流を引いている。

鉄道線路は固定されているため、架空線や電化された第三軌条を通じてEVに電力を供給することが比較的容易であり、重い車載バッテリーを必要としません。電気機関車、電車、路面電車（路面電車またはトロリーとも呼ばれます）、電気ライトレールシステム、そして電気高速輸送システムはすべて、今日、特にヨーロッパとアジアで広く利用されています。

電気鉄道は重い内燃機関や大型バッテリーを搭載する必要がないため、非常に優れたパワーウェイトレシオを実現できます。これにより、フランスの2階建てTGVなどの高速列車は時速320キロメートル（200マイル）以上で運行でき、電気機関車はディーゼル機関車よりもはるかに高い出力を実現できます。さらに、電気機関車は急加速時の瞬時サージ電力が高く、回生ブレーキを使用することでブレーキ電力を無駄にすることなく 電力網に回生することができます。

磁気浮上式鉄道もほぼすべてEVである。[ 67 ]

非電化路線では バッテリー電気旅客列車も運行されている。

水素列車

特に欧州では、ディーゼル電気ユニットの代替として燃料電池電気列車の人気が高まっています。ドイツでは、いくつかの州がアルストム社製のCoradia iLINT列車セットを発注し、2018年から運行されています[ 68 ]。フランスも列車セットの発注を計画しています[ 69 ] 。英国、オランダ、デンマーク、ノルウェー、イタリア、カナダ[ 68 ]、メキシコ[ 70 ]も同様に興味を示しています。フランスでは、SNCF（フランス国鉄）が2035年までに残りのディーゼル電気列車をすべて水素列車に置き換える計画です[ 71 ]。英国では、アルストム社が2018年にイギリス国鉄のClass 321列車セットを燃料電池に改造する計画を発表しました[ 72 ] 。

電動水上バイク

オーシャンボルトSD8.6 電動セイルドライブモーター

電気ボートは20世紀初頭に人気を博した。太陽電池がモーターボートの航続距離を無限に広げたため、静かで再生可能な可能性のある海上輸送への関心は20世紀後半から着実に高まっている。電動モーターは従来のディーゼルエンジンの代わりにヨットで使用されることもあり、実際に使用されている。[ 73 ]電気フェリーは日常的に運航している。[ 74 ]潜水艦は、バッテリー（水上でディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンで充電）、原子力、燃料電池[ 75 ]またはスターリングエンジンを使用して電動モーター駆動のプロペラを駆動する。完全電動タグボートは、ニュージーランドのオークランド（2022年6月）、 [ 76 ]ブリティッシュコロンビア州のバンクーバー（2023年10月）、[ 77 ]カリフォルニア州サンディエゴで使用されている。 [ 78 ]

電気航空機

火星ヘリコプター「インジェニュイティ」

航空の黎明期から、航空機の電力供給は多くの実験を経てきました。現在、飛行可能な電気航空機には、有人機と無人機の両方が含まれます。

電気宇宙船

宇宙船における電力の利用には長い歴史があります。[ 79 ] [ 80 ]宇宙船に利用される電源には、バッテリー、太陽電池、原子力があります。現在、宇宙船を電力で推進する方法としては、アークジェットロケット、静電イオンスラスタ、ホール効果スラスタ、電界放出電気推進などがあります。

宇宙探査車

宇宙空間や太陽系外惑星の大気圏では燃焼エンジンを動かすための酸素ガスが存在しないため、電気自動車が探査車の唯一の選択肢となる。有人および無人の電気自動車は、月や太陽系の他の惑星の探査に使用されてきた。 1971年と1972年に行われたアポロ計画の最後の3回のミッションでは、宇宙飛行士は酸化銀電池で動く月面車に乗り、月面を最大35.7キロメートル（22.2マイル）走行した。[ 81 ]太陽電池で遠隔操作される無人探査車は、月や火星の探査にも使用された。[ 82 ] [ 83 ]

充電

充電ステーション

テスラ ロードスターの充電中（磐田市）
エアロバイロンメントステーションの電動バイク
テキサス州ヒューストンで充電中の日産リーフ
カリフォルニア州サンフランシスコの公共ステーションに停まっているトヨタ・プリウス
電気自動車用充電ステーション：

充電ステーションは、充電ポイント、チャージポイント、または電気自動車供給設備 (EVSE) とも呼ばれ、プラグイン電気自動車(バッテリー電気自動車、電気トラック、電気バス、近隣電気自動車、プラグイン ハイブリッド車を含む)のオンボード バッテリー パックを充電するための電力を供給する電源装置です。

EV充電器には、主に交流（AC）充電ステーションと直流（DC）充電ステーションの2種類があります。電気自動車のバッテリーは直流電力でのみ充電できますが、ほとんどの主電源は電力網から交流電力として供給されます。そのため、ほとんどの電気自動車には、一般に「オンボードチャージャー」（OBC）と呼ばれるAC-DCコンバータが内蔵されています。AC充電ステーションでは、電力網からの交流電力がこのオンボードチャージャーに供給され、そこで直流電力に変換されてバッテリーが充電されます。DC充電器は、車内のサイズ、重量、コストの制約を回避するために、充電ステーションにコンバータを内蔵することで、より高出力の充電（より大型のAC-DCコンバータが必要）を実現します。充電ステーションは、オンボードコンバータを経由せずに、車両に直接直流電力を供給します。現代の電気自動車のほとんどは、ACとDCの両方の電力に対応しています。

バッテリー交換

電気ソケットからEVを充電する代わりに、専用のステーションで数分以内に機械的にバッテリーを交換できるようになります（バッテリー交換）。

金属空気燃料電池のようなエネルギー密度の高い電池は、必ずしも純粋な電気充電だけでは充電できないため、何らかの機械的な充電が必要となる場合があります。亜鉛空気電池（技術的には燃料電池）は電気的に充電するのが難しいため、定期的に陽極または電解質を交換することで「燃料補給」を行う場合があります。[ 84 ]

双方向充電

ゼネラルモーターズ（GM）は、新型電気自動車のバッテリーからオーナーの自宅へ電力を送ることができるV2H （双方向充電）機能を追加する。GMはシルバラードEVやブレイザーEVを含む2024年モデルからこの機能を開始し、2026年モデルまで継続することを約束している。電気自動車は車輪の付いた巨大なバッテリーであるため、予期せぬ電力網の停電時に役立つ可能性がある。[ 85 ]

考慮事項

環境への影響

リチウムイオン電池の学習曲線：電池の価格は30年間で97％低下した。[ 86 ] [ 87 ]

EVは排気管から大気汚染物質を排出せず、喘息などの呼吸器疾患を軽減します。[ 88 ]二酸化窒素などの大気汚染物質を減らすことで、EVは毎年数十万人の早期死亡を防ぐことができ、[ 89 ] [ 90 ]特にトラックや都市部の交通による死亡を防ぐことができます。[ 91 ]さらに、EVは都市部での騒音公害を大幅に軽減し、全体的な生活の質を向上させます。

EVの生産と運用から生じる炭素排出量は、ほとんどの場合、従来の自動車の生産と運用から生じる炭素排出量よりも少ない。[ 92 ]排出量に応じた充電戦略ではなく、コストに応じた電気充電戦略を追求する場合、電気からの埋め込まれた炭素排出が動的であるため、かなり高い排出量が発生する可能性があります。[ 93 ]都市部では、EVはほとんどの場合、内燃機関車よりも汚染が少ない。[ 94 ]

しかし、EVは、健康や環境に影響を与える方法で発電された電気で充電される可能性があります。 [ 95 ] [ 96 ]これは、石炭火力発電網に依存している地域では特に重要です。[ 97 ]また、バッテリーの製造とリサイクルによっても環境に悪影響を及ぼします。電気自動車の環境への影響には、ライフサイクル全体にわたる炭素と硫黄の排出、そして環境に排出される有毒金属の影響が含まれます。[ 98 ]

それにもかかわらず、ICE車はEVよりもはるかに多くの原材料をその寿命を通じて使用します。[ 99 ]ある情報源は、電気自動車に必要なリチウムの5分の1以上とコバルトの約65％が2035年までにリサイクル源から得られると推定しています。[ 100 ]一方、非電気自動車がその寿命を通じて消費する大量の化石燃料を数えると、電気自動車は原材料の必要性を劇的に削減すると考えられます。[ 100 ]

EVの環境的可能性に関する限界の一つは、既存の自家用車を内燃機関からEVに単純に切り替えただけでは、アクティブな移動や公共交通機関のための道路スペースが確保されないことである。[ 101 ] eバイクなどの電動マイクロモビリティ車両は、特に公共交通機関が既に充実している都市部以外では、交通システムの脱炭素化に貢献する可能性がある。[ 102 ]

採掘、抽出、生産

バッテリー生産プロセスの持続可能性に関する情報は、政治的に重要な問題となっている。[ 103 ]原材料抽出のビジネスプロセスは、実際には、抽出資源管理の透明性と説明責任という問題を提起する。リチウム技術の複雑なサプライチェーンには、企業利益、公益団体、政治エリートなど、技術の生産と利用から生じる成果に関心を持つ多様なステークホルダーが存在する。バランスの取れた抽出プロセスを実現する一つの可能​​性は、世界規模で技術ガバナンスに関する共通の合意基準を確立することである。[ 103 ]

これらの基準への適合性は、サプライチェーン持続可能性評価フレームワーク（ASSC）によって評価できます。ここでの定性評価は、ガバナンスと社会・環境へのコミットメントの検証で構成されます。定量評価の指標は、管理システムと基準、コンプライアンス、そして社会・環境指標です。[ 104 ]

電気自動車生産の初期段階では、しばしば「炭素負債」と呼ばれる環境コストが発生します。これは主に、エネルギー集約型の高電圧バッテリーの製造と重要な原材料の抽出によって引き起こされます。[ 105 ] 希土類金属（ネオジム、ジスプロシウム）やその他の採掘された金属（銅、ニッケル、鉄）はEVモーターによって使用され、リチウム、コバルト、マンガンはバッテリーによって使用されます。[ 106 ] [ 107 ] 2023年に米国務省は、クリーンエネルギーへの移行をサポートするには、2050年までに世界的にリチウムの供給を42倍に増やす必要があると述べました。[ 108 ]リチウムイオンバッテリーの生産のほとんどは中国で行われており、そこでは使用されるエネルギーの大部分が石炭火力発電所によって供給されています。

これらの金属の抽出と加工は、生息地の破壊や環境悪化の一因となっている。[ 109 ]例えば、現在の電池化学に必須の成分であるリチウムやコバルトなどの鉱物の採掘プロセスは、重大な局所的な環境ハザードを伴っている。水を大量に使用する塩水抽出を用いて頻繁に行われるリチウム採掘は、世界の炭素排出の一因となっており、その量は年間130万トン以上と推定され、採掘されたリチウム1トンにつき15トンのCO2が大気中に放出されている。[ 110 ] [ 111 ]コンゴ民主共和国（DRC）などのコバルトが豊富な地域では、森林破壊、生息地の破壊、水質汚染など、環境コストがかなり大きい。[ 112 ]科学者らは、一部の採掘地域で放射能レベルが高いことを指摘しており、岩石の粉砕などの工業プロセスでは、近隣住民の呼吸器系の健康問題を引き起こす粉塵が放出されている。[ 113 ] [ 114 ]露天掘りのニッケル採掘は、フィリピンやインドネシアなどの発展途上国で環境悪化と汚染を引き起こしている。[ 115 ] [ 116 ] 2024年には、ニッケルの採掘と加工がインドネシアの森林破壊の主な原因の一つであった。[ 117 ] [ 118 ]

世界のバッテリーサプライチェーンの地理的分布[ 119 ] : 58

2022年には、EVの製造は同等の内燃機関車に比べて平均で約50％多くのCO2を排出しましたが、この差は、EVの駆動に使用される電力を生成する際に排出される量と比較して、内燃機関車の寿命全体にわたって駆動に使用されるオイルからの排出量がはるかに高いことで相殺されます。[ 120 ]

グリーンピースは2023年、EVが「気候変動対策の特効薬」であるという見方を批判するビデオを発表し、EVの建設段階が環境負荷が高いと主張した。例えば、ヒュンダイのSUV販売台数の増加は、同社にとってEVへの移行による気候変動へのメリットをほぼ打ち消している。なぜなら、EV SUVでさえ、建設段階で多くの原材料とエネルギーを消費するため、二酸化炭素排出量が多いからだ。グリーンピースは、代わりに自転車、公共交通機関、ライドシェアリングを基盤としたサービスとしてのモビリティというコンセプトを提案している。[ 121 ]

ライフサイクルアセスメント

初期の製造時の環境フットプリントにも関わらず、ライフサイクルアセスメント（LCA）アプローチでは、電気自動車は同等の内燃機関（ICE）自動車に比べて、生涯を通じて温室効果ガス（GHG）排出量の全体的なパフォーマンスが優れていることが一貫して確認されている。 [ 122 ] [ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]環境上の利点の程度は、車両の電力供給に使用される電力網の炭素強度と本質的に関連している。中国などの地域では、バッテリー式電気自動車は現在、ICE 自動車に比べて、その寿命全体にわたって約 40% 低い排出量を達成している。しかし、インドなどの高強度電力網を持つ国では、当面の利点はより控えめで、排出量は約 20% 低い（CO2 換算で 10 トン未満の削減）に過ぎない。この状況は一時的なもので、発電の脱炭素化に向けて世界的に多大な努力が進められている。例えば、インドの電力網の排出強度は 2035 年までに 60% 低下すると予測されており、電化の環境上の利点が急速に増加する。[ 126 ] [ 127 ]

国際海底機構（IEA）が検討している重要なバッテリー材料の調達方法として深海採掘がありますが、自動車メーカーは2023年現在、これを採用していません。 [ 128 ]環境への影響を軽減するために、EUバッテリー規制（規則（EU）2023/1542）などの規制メカニズムが導入されました。[ 129 ]この規制は、設計・製造、「バッテリーパスポート」、使用・廃棄管理に至るまで、バッテリーのライフサイクル全体をカバーしています。フランスのように、自動車生産の炭素強度に基づいて補助金の上限を設定する国家政策もあります。[ 130 ] [ 131 ]

エネルギー効率

EVの「タンク・トゥ・ホイールズ」効率は、内燃機関車の約3倍です。[ 52 ]内燃機関がアイドリング中に燃料を消費するのとは異なり、EVは停車中にエネルギーを消費しません。2022年には、EVはWell-to-Wheelsベースで約80 Mtの温室効果ガス排出量の純削減を可能にしました。そして、電力部門の脱炭素化が進むにつれて、EVの温室効果ガス削減効果は時間とともに増加していくでしょう。[ 132 ]

EVのWell-to-Wheel効率は、車両自体よりもむしろ発電方法に大きく関係しています。発電を化石燃料から風力、潮力、太陽光、原子力などの再生可能エネルギーに切り替えれば、特定のEVの効率は瞬時に2倍になります。したがって、「Well-to-Wheels」という言葉が使われる場合、議論はもはや車両そのものについてではなく、エネルギー供給インフラ全体についてです。化石燃料の場合、これには探査、採掘、精製、配給に費やされるエネルギーも含まれます。[ 133 ]

EVのライフサイクル分析によると、ヨーロッパで最も炭素集約的な電力で駆動されている場合でも、従来のディーゼル車よりも温室効果ガスの排出量が少ないことが示されています。[ 134 ]

範囲

電気自動車は内燃機関を搭載した車両に比べて航続距離が短い可能性があり[ 135 ] [ 136 ] 、これが長距離輸送、例えば長距離船舶の電動化が依然として課題となっている理由です。

2022年に米国で販売された小型BEVの販売加重平均航続距離は約350kmであったのに対し、フランス、ドイツ、英国では300km弱であったのに対し、中国では220km未満であった。 [ 132 ]

所有コスト

電気自動車は、通常、同等の内燃機関車（ICE）に比べて初期購入価格が高くなります。この初期費用の高さは、参入障壁として大きな問題となります。長期的な財務分析ではEVが有利に働く場合もありますが、目先の資本支出が購入の決定を左右することが多く、市場全体の移行ペースを鈍化させています。[ 137 ]

初期価格が高いことは、車両の寿命全体にわたる総所有コスト（TCO）の優秀さによって相殺されることが多い。[ 137 ] EVの運用費用は著しく低い。[ 138 ] [ 139 ]

バッテリーの寿命と交換

当初は個人用電子機器産業が牽引したリチウムイオン電池の進歩により、フルサイズの高速道路走行可能なEVは、1回の充電で、従来の自動車がガソリン1タンクで走行できる距離とほぼ同じ距離を走行できるようになりました。リチウム電池は安全性が向上し、数時間ではなく数分で充電できるようになり（充電時間を参照）、一般的な自動車よりも長持ちしています（寿命を参照）。これらの軽量で高容量のリチウムイオン電池の製造コストは、技術が成熟し生産量が増加するにつれて徐々に低下しています。[ 140 ] [ 141 ]電池の再利用とリサイクルを改善するための研究も進行中であり、これにより電池の環境への影響がさらに軽減されます。[ 142 ] [ 143 ]多くの企業や研究者も、固体電池[ 144 ]や代替技術など、新しい電池技術に取り組んでいます。[ 145 ]

保証期間外のバッテリー交換が必要になるリスクは、多くのEV購入希望者にとって長期的な経済的不安の最大の要因です。消費者の不安にもかかわらず、実際にバッテリー交換が発生するケースは統計的に稀であり、最新のEVバッテリーは当初の予想よりもはるかに優れた耐久性を示しています。[ 146 ] [ 147 ]研究では、EVバッテリーは劣化を最小限に抑えながら、車両の寿命を超えて使用できることが確認されています。[ 148 ]

バッテリー製造と経済性の進歩により、将来の交換に伴う財務リスクは減少している。[ 149 ]業界レポートでは、世界市場の供給過剰が2028年まで続き、価格低下が加速すると予測されている。[ 150 ] [ 151 ]

極限の気候でのパフォーマンス

電気自動車の航続距離とバッテリー性能は、極寒によって悪影響を受けます。これは、外気温によって車内暖房とバッテリー温度の最適維持にエネルギーを回す必要があるためです。カナダ自動車協会（CAA）による包括的な冬季性能調査では、寒冷な気候は走行距離に大きな影響を与え、-15℃で運転した場合、公式推定値と比較して14%から39%の航続距離の減少が見られることが明らかになりました。[ 152 ]この定量化可能な航続距離の減少は、寒冷地の所有者にとって大きな実用上の課題となります。しかし、業界が成熟するにつれて、これらの熱システムの標準化と最適化が進み、寒冷地での航続距離に対する不安が軽減されることが期待されます。[ 153 ]

加熱

夏季には車内を冷房し、冬季には暖房できるヒートポンプシステムは、EVの冷暖房に効率的な方法です。[154] 電力網に接続されたバッテリーEVは、特に短距離走行の場合、バッテリーの電力をほとんど、あるいは全く必要とせずに予熱または冷却することができます。ほとんどの新型電気自動車には、ヒートポンプが標準装備されています。[ 155 ]

安全性

電気自動車の安全規制は、最初の UN ECE 規制 100 以来、大幅に進化しています。現在の規制は熱暴走防止に重点を置いており、さまざまな国際規格で事前警告システムと熱伝播抑制対策が義務付けられています。

近年の技術開発により、熱暴走の懸念への対応がより積極的に行われています。EVバッテリー用の高度な耐火材料は重要な研究分野となっており、熱暴走の伝播を防止または遅らせることを目的としたセラミック、マイカ、エアロゲル、コーティング、相変化材料の開発が進められています。[ 156 ]

現在の規制は地域によって異なり、中国は熱暴走に関する特定の要件を早期に導入し、事象発生後5分間はバッテリーパックから火災や煙が出ないようにすることを義務付けています。しかし、業界の専門家は、将来の規制ではより長い避難時間が必要になる可能性があると示唆しており、OEMメーカーは将来の規制要件を先取りするために保護期間の延長を目指しています。[ 156 ]

英国医学雑誌に掲載された研究によると、電気自動車は静かであるため、ガソリン車やディーゼル車の2倍の割合で歩行者に衝突するという。[ 157 ]

修理工場

事故後の車両修理のためのインフラは、安全要件のため、保険会社と整備士にとって懸念事項である。[ 158 ] 2024年まで電気自動車の修理で死亡者は報告されていないが、高電圧バッテリーの修理には感電、アークフラッシュ、火災の危険が伴う。[ 159 ]バッテリーやその他のコンポーネントは、保険会社によって完全に帳消しにされるのではなく、慎重に評価されなければならない。[ 160 ]

社会経済的

2003年に英国で行われた調査では、「汚染は幼児とその親が住む可能性が高い地域で最も集中しており、高齢者が移住する傾向のある地域では最も集中していない」こと、「最も汚染されているにもかかわらず、最も汚染の少ない地域は英国で最も貧しい地域にある傾向がある」ことがわかった。[ 161 ] 2019年の英国の調査では、「最も貧しい地域の世帯はNOxとPMの排出量が最も少ないのに対し、最も貧しい地域では自動車の所有率が高く、ディーゼル車を多く所有し、運転距離が長いため、世帯あたりの自動車排出量が最も多い」ことがわかった。[ 162 ]

交通計画家のカレル・マルテンスは2009年の論文で、電気自動車は自動車の排出ガス問題を解決するだけで、自動車の占有スペースや駐車場問題への影響は解決・改善しないと警告した。交通正義の分野に携わるマルテンス氏はまた、電気自動車は自動車を所有していない人々のアクセシビリティを向上させるものではないとも述べている。[ 163 ] [ 164 ]

政府のインセンティブ

IEAは、非効率な内燃機関車に課税することでEVの普及を促進できると示唆しており、増税分はEVへの補助金に充てられる。[ 132 ]政府調達は、国産EVメーカーを奨励するために使われることもある。[ 165 ] [ 166 ]多くの国が2025年から2040年の間に化石燃料車の販売を禁止するだろう。 [ 167 ]

多くの政府は、大気汚染と石油消費量の削減を目的として、電気自動車の利用を促進するための優遇措置を設けています。中には、補助金で購入価格を相殺することで電気自動車の購入を促進する優遇措置もあります。その他の優遇措置としては、税率の軽減や特定の税金の免除、充電インフラへの投資などがあります。

米国では、電気自動車の購入者が初期購入費用を抑えるために連邦税額控除を受けることができる。[ 168 ]ノルウェーやドイツなどの欧州諸国では、電気自動車の普及を促進するために免税や登録料の減額措置を設けている。[ 98 ]電気自動車メーカーと電力会社との提携により、よりクリーンなエネルギーの使用と輸送を促進するために、電気自動車の購入に対するインセンティブや販売促進策も提供されている。[ 169 ]

EVを販売する企業は地元の電力会社と提携して、一部の電気自動車に大きなインセンティブを提供している。[ 170 ]

インフラ管理

電気自動車の普及が進むにつれ、増大する需要に対応するために適切な数の充電ステーションを設置する必要がある。 [ 171 ] [ 172 ]公共充電インフラの整備は世界的に加速しているが、EVの普及率がネットワークの拡大を上回り、将来的に渋滞を引き起こすリスクがある。専門家は、EVの大量導入は、電力需要のピーク時に充電が不規則に行われると、必然的に地域の配電網に負担をかけると指摘している。このような管理されていない需要は電力網の不安定化を招くリスクがあり、電力会社による積極的な管理が必要となる。[ 173 ]

米国では、2024年初頭に充電ポートが四半期ごとに4.6%から6.3%増加しました。しかし、予測では、充電密度不足のリスクが顕著に示されています。米国では、公共充電ポイント1カ所あたりの電気小型車両の比率が、2023年の約18:1から2035年までに80:1以上に劇的に増加すると予測されています。この急激な比率の増加は、現在の展開は活発であるものの、2030年までに公​​共充電ポート50万カ所を設置するという米国の目標など、積極的な政府目標が達成され、それを上回らない限り、充電待ち行列を防ぐには構造的に不十分である可能性があることを裏付けています。[ 174 ]

政策上の要請により、インフラへの負担を軽減するための重点的な導入が進められています。米国は簡易充電の拡大に向けた補助金を発表しており、インドなどの国では主要高速道路沿いに25kmごとに充電器を設置することを義務付けています。[ 175 ]充電時間に関する物流上の課題は、充電技術の急速な進歩によって解決されつつあります。市販のDC急速充電ステーションは現在250～350kWの電力を供給しており、EUの代替燃料インフラ規制（AFIR）などの規制枠組みは、1MWの充電ステーションの商用化に向けた準備を進めています。しかしながら、1MW充電への移行には、設置と送電網のアップグレードの両方に多大な投資が必要です。[ 175 ]

グリッドの安定化

必要に応じてエネルギーをグリッドに還流できるV2G（Vehicle-to-Grid ）充電器

EVは使用していないときは電力網に接続できるため、バッテリー駆動の車両は、需要が高く供給が少ない時間帯（日没直後など）にバッテリーから電力網に電気を送り込み、夜間や日中など未使用の発電容量があるときに充電することで、ディスパッチ可能な発電の必要性を減らすことができます。 [ 176 ] [ 177 ]この車両対電力網（V2G）接続は、車両の所有者がピーク需要時に電力会社によって放電されることでバッテリーの寿命が短くなることを気にしない限り、新しい発電所の必要性を減らす可能性があります。電気自動車用駐車場は需要応答を提供できます。[ 178 ]

現在の電力インフラは、風力や太陽光といった変動出力電源のシェア増加に対応する必要があるかもしれない。この変動性は、EVバッテリーの充電速度、あるいは場合によっては放電速度を調整することで対処できる可能性がある。[ 179 ]

いくつかの構想では、今日のガソリンスタンドのようなバッテリー交換所やバッテリー充電ステーションが想定されています。これらの施設には膨大な貯蔵能力と充電能力が必要となり、それらを操作することで充電速度を調整したり、電力不足時に電力を出力したりすることが可能になります。これは、ディーゼル発電機が短期間だけ国の電力網を安定化させるのと似ています。[ 180 ] [ 181 ]

開発中の技術

従来の電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）は、その特徴である急速充電能力と長寿命を維持しながら、より高いエネルギー密度を達成するために開発が続けられています。最近の研究では、液体電解質を排除し、安全性と設計の柔軟性を高めた固体スーパーキャパシタの構成に焦点が当てられています。[ 182 ]先進的な開発としては、電気化学的性能が向上したオールグラフェン酸化物フレキシブル固体スーパーキャパシタがあり、面積静電容量は14.5 mF cm⁻²と、グラフェンベースのスーパーキャパシタとしては最高値となっています。[ 183 ]

最近のブレークスルーには、原子層堆積法で合成されたリチウムリン酸窒化物（LiPON）を固体電解質として利用したデュアルストレージメカニズムナノスケール固体リチウムイオンスーパーキャパシタがあり、500 nF·mm⁻²の静電容量密度と1万サイクルを超える優れたサイクル安定性を実証しています。[ 184 ]高性能固体スーパーキャパシタは、グラフェン相互接続ネットワークを備えたシリコン電極を使用して開発され、高出力炭素ベースのスーパーキャパシタに匹敵する優れた性能特性を示しています。[ 185 ]

先進的なハイブリッド設計には、2D窒化バナジウムナノシートと水酸化コバルトナノフラワーをベースにした全固体平面マイクロスーパーキャパシタがあり、エネルギー密度12.4 mWh cm⁻³と電力密度1,750 mW cm⁻³を達成しています。[ 186 ] -70℃から220℃の広い温度範囲で動作する柔軟な固体スーパーキャパシタは、リン酸を添加したポリカチオン-ポリベンゾイミダゾールブレンド電解質を使用して実証されています。[ 187 ]

バッテリーの進歩

全固体電池は、最も有望な次世代電池技術の一つであり、従来のリチウムイオン電池に比べて、より高いエネルギー密度、より速い充電、より優れた安全性、より長い寿命といった潜在的な利点を備えています。Chemical Engineering Journal誌に掲載された包括的なレビューによると、固体電解質を用いた全固体リチウム電池は次世代のエネルギー貯蔵デバイスとして注目されており、近年の画期的な進歩により、その商業化への道筋は大きく加速しています。[ 188 ]

フラウンホーファーISI固体電池ロードマップ2035+ [ 189 ]は、100人以上のヨーロッパの専門家の協力を得て開発され、既存のリチウムイオン電池をベンチマークとして、今後10年間の固体電池開発の可能性について包括的な評価を提供しています。[ 190 ] Scientific Talksに掲載された市場分析によると、固体電池は、技術的および製造上の課題に応じて、2028～2030年までに1kWhあたり140～175米ドルのコストで大量生産されると予測されています。[ 191 ]

最近の商業開発としては、メルセデス・ベンツとファクタリアル・エナジーがEQSセダンに半固体電池の路上試験を実施し、エネルギー密度391ワット時/キログラムで航続距離を25%延長することを約束しています。これは、リチウム金属固体電池を量産車に搭載した世界初の事例です。[ 192 ]しかし、IEEE Spectrumの分析によると、固体電池は深刻な「生産地獄」の課題に直面しており、専門家は現在の技術発表と今後の技術的課題に対して強い懐疑的な見方を示しています。[ 193 ]

トヨタは開発を主導し続けており、2027～2028年までに全固体電池の生産を目指し、航続距離1,000kmと10分の急速充電能力を実現することを目指しています。同社は、近年の技術進歩により、従来のバッテリー寿命のトレードオフを克服し、量産体制の構築に注力してきたと主張しています。[ 194 ] ACS Energy Lettersに掲載された研究によると、全固体電池は電気自動車への応用が期待されるものの、リチウム金属の実装、界面安定性、そして大規模製造において依然として大きな課題が残されています。[ 195 ]

ナトリウムイオン電池は、 400Wh/kgの潜在エネルギー密度と充電サイクル中の膨張/収縮の少なさ、そしてリチウムイオン技術よりも豊富でコスト効率の高い材料の使用といった点において、依然として有望な技術として注目されています。Energy & Fuels誌に掲載された最近の研究では、ナトリウム資源の豊富さとリチウムベースのシステムに比べて低コストであることから、ナトリウムイオン電池と全固体ナトリウム電池が将来のエネルギー貯蔵システムとして有望な選択肢であると強調されています。[ 196 ]

バッテリー管理と中間貯蔵

もう一つの改良点は、電子制御によって電動モーターをバッテリーから分離し、スーパーキャパシタを用いて短時間の大容量電力需要と回生ブレーキエネルギーをバッファリングすることです。[ 197 ]新しいセルタイプの開発とインテリジェントなセル管理を組み合わせることで、上記の両方の弱点が改善されました。セル管理は、セルの状態を監視するだけでなく、冗長セル構成（必要なセル数よりも1つ多い）も備えています。高度なスイッチ配線により、1つのセルをコンディショニングしながら、残りのセルを稼働させることが可能です。

電気道路

3種類の電気道路システム。電気バス（黒）は道路から電力を供給されます。（A）道路（灰色）の地下数センチに埋め込まれた共振誘導コイル（青）のストリップから3つの誘導ピックアップ（赤）を介して電力を供給します。（B）道路（灰色）の路面と面一の地上電力供給レールセグメント（青）上を滑走する集電装置（赤）を介して電力を供給します。（C）架空集電装置（赤）が電力供給されている架空線（青）に沿って滑走します。

電気道路システム（ERS）は、道路を走行する車両に電力を供給する道路です。一般的な実装方法としては、道路上の架空送電線、導電性レールを介した地上レベルの電力供給、そして道路に埋め込まれた共鳴誘導コイルまたは誘導レールを介した動的ワイヤレス電力伝送（DWPT）があります。架空送電線は商用車に限定されていますが、地上レベルのレールと誘導電力伝送はあらゆる車両で使用でき、電力計測・課金システムを通じて公共の充電を可能にします。3つの方法のうち、地上レベルの導電性レールが最も費用対効果が高いと推定されています。[ 198 ]：10–11

国家電気道路プロジェクト

全国電気道路システム (ERS) ネットワークの構築を目指して、いくつかの国で政府の調査と試験が行われています。

韓国は、2009年に実験的なシャトルサービスをテストした後、2013年に商用バス路線を備えた誘導ベースの公共電気道路を初めて導入したが、[ 199 ]：11-18 この技術への継続的な公的資金提供をめぐる論争の中で、インフラの老朽化により中止された。[ 200 ]

2015年[ 201 ]と2021年の英国の自治体プロジェクトでは、ワイヤレス電気道路は経済的に実現不可能であることが判明しました。[ 202 ]

スウェーデン運輸局の電気道路プログラムは、 2013年に電気道路システム（ERS）の評価を開始しました。[ 203 ] : 5 2023年にプロジェクト予算を超えるERS建設の提案を受けた後、スウェーデンは無線ERSまたは鉄道ERSのいずれかのコスト削減策を追求しました。[ 204 ] 2024年に発表されたプロジェクトの最終報告書では、フランスやドイツなどの貿易相手国がこの技術を採用しない限り、スウェーデンの国営ERSへの資金提供は費用対効果が低いため、反対を勧告しました。この報告書を受けて、プロジェクトは一時停止されました。[ 205 ] [ 206 ] [ 207 ]

ドイツでは2023年に、エレクトレオンの無線電気道路システム（wERS）が送信エネルギーの64.3%を収集し、設置時に多くの困難が生じ、道路上の他のインフラへのアクセスをブロックしていることがわかった。[ 208 ]ドイツは2010年代と2020年代に3つのプロジェクトで架空線を試験したが、それらは高価すぎ、維持が難しく、安全上のリスクをもたらすと報告された。[ 209 ] [ 210 ] [ 211 ]

フランスもドイツと同様に架空送電線に同様の欠点があることを発見した。フランスは2023年に誘導送電システムと鉄道システムを対象とした複数の電気道路パイロットプロジェクトを開始した。 [ 212 ]地上電力供給システムが最も有力な候補と考えられている。[ 213 ]

記録

2020年にミシェル・フォン・テルがLiveWireで電動バイクの世界記録を樹立
  • 電気スポーツカー「リマック・ネベラ」は、1日で23の世界速度記録を樹立した。[ 214 ] [ 215 ]
  • シュトゥットガルト大学の学生が電気自動車の最速加速を1.461秒で達成した。0から100km/hまで加速した。[ 216 ]
  • 電気自動車の陸上速度記録は時速353マイル（568キロメートル）。[ 217 ]
  • ビョルン・ニーランドによる電気自動車の24時間走行距離記録1,725マイル（2,776 km）。[ 218 ]
  • 電気自動車による最長距離は、一回の充電で999.5マイル（1,608.5 km）である。[ 219 ]
  • 太陽光発電EVは、充電せずに1,000km以上走行できる最速のEVであるサンスイフト7です。[ 220 ]
  • 電動バイク：24時間以内に1,070マイル（1,720 km）を走行。ハーレー・ライブワイヤーに乗るミシェル・フォン・テル。 [ 221 ]
  • 電気飛行：充電なしで439.5マイル（707.3 km）。[ 222 ]

参照

参考文献

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