东京大学

堀洋一教授

要点

○不能仅靠车载电池提供能量○电动汽车的优点不仅仅是脱碳○道路电气化：在道路上引入供电系统

汽车正在向电动化转变。过往曾言100年内电动机将取代内燃机，汽车都将变成靠电动机驱动的电动汽车(以下简称EV)，但该设想似乎将在2030年即可提早实现。

电动机虽然不错，但电动汽车的能源供给问题尚未解决。如何在EV“停下来”的“短时间内”向其注入“巨大”的能量，实在是一个难题。把汽油喷洒到街道上，汽车吸入汽油行驶听起来是天方夜谭，但对于电动汽车而言，却并非不可实现，因为汽油和电是形态完全不同的能源。

众所周知，纯电EV的续航距离不足。即使是用于短距离移动，大家也都认为快速充电和高性能电池是关键技术。当前使用锂离子电池的EV是主流。虽然锂的性能优越，但钴资源不足，长远来看锂电在未来会被淘汰。

那么该如何应对呢？实际上，可以像电车那样，通过特殊的道路直接从电网向EV供电。这样一来，“一次充电的续航距离”这个概念就失去了意义。通过停车时的“缓慢充电”、经过十字路口时的“准行驶中充电”以及行驶时的“持续供电”，EV不需要携带巨大的能量，可以实现不依赖电池的汽车社会。

其中，将EV连接到电力系统的“无线供电”是关键技术。原本，对EV的供电方式和EV的使用方法没有任何关系，而电池将二者紧密联系起来——电池性能决定了续航距离，也就是“易用性”。这是很奇怪的事情。

EV的特性本质上就是电动机的特性，体现在如下三点：(1)扭矩响应比发动机快2个百分点；(2)电动机可以分散配置在车轮中；(3)能够准确把握产生的扭矩。当轮胎发生细微空转时，可以在毫秒时间内降低扭矩，防止轮胎打滑。在相同性能的情况下，可使用宽度更窄的坚硬轮胎，耗电量一下子节省了数倍。

如此，汽车的能源效率达到和电车一样高，不再需要装载大量电池。此外，使用与车轮直接相连的轮毂电机的主动悬架，偏航、俯仰、侧倾控制等反应控制也将变得容易，安全性和乘坐舒适性将大幅提高。

但是汽车必须拥有电车所不具备的自由度，因此仍需要储备能行驶数十公里的能量。为了保证频繁的电力输入输出，不能使用寿命短的化学电池，而需要能够承受数百万次充放电的物理电池“超级电容器”。只靠电容器行驶的巴士已经在中国投入使用。

目前，距离50cm~1m时，电能传输效率可达95%，可以通过简单的中继线圈将距离延伸至数米。普及无线供电的社会成本要比提高纯电EV的性能小得多。100年后，纯电EV和汽油车、燃料电池车一样，只能在博物馆里看到了吧。

有不少人担心，建造行驶中无线供电基础设施需要庞大的费用。那么看了下面这段内容后或许会有改观。

2012年部分开通的长达162公里的新东名高速公路，包括人工费在内共耗资2.6万亿日元（约1620.1亿元），平均每米的费用是1600万日元（约99.7万元）。据说东京湾跨海公路“Aqualine”和最近的地铁建设费是每米1亿日元（约623.1万元）。在其中加入无线供电设备又能增加多少成本呢？

有估算称，给10%的日本道路加入无线供电系统，成本也仅在5千亿日元左右（约308亿元）。无线供电的地面设备是固定的基础设施，因此必须简单、容易安装；另一方面，汽车需要能灵活应对各种规格的地面设备，创新的高级功能（行驶中充电）也需容易使用。这与停车时充电完全不同。

据产学联合推进机构的妹尾坚一郎理事长介绍，世界每100年都会经历一次范式转换（Paradigm Shift）：18世纪的概念是“物质”，19世纪是“能源”，20世纪是“信息”，而21世纪是信息具体化的时代，需要新的商业模式。以大型IT企业GAFA（谷歌、苹果、脸书、亚马逊）等为例，用户仅持有廉价的终端作为接口，而关键的功能则被放在云端。

堀洋一，1955年生。东京大学电气工学博士，研究方向为运动控制、电动汽车控制。

就像音乐传输领域被淘汰的CD一样，如果说购买汽车的目的是舒适的移动和驾驶的乐趣，那么在汽车互联的时代，携带大量能量的内燃机汽车、纯电EV、燃料电池EV也会成为落伍的产品吧。

无线供电负责将汽车连入电力系统的最后几米，其概念与负责将用户终端接入光纤网络的最后的几米的高速Wi-Fi类似。

综上所述，100年后的汽车将由电动机驱动，并从电力基础设施获得电能用于行驶，调节电力输入输出的超级电容器，以及将汽车连入电力系统的无线供电技术很有可能成为关键技术。

有人认为，EV取决于电力来源，不能减少二氧化碳(CO₂)，然而EV的优点不仅仅是脱碳。不应被热潮和一时的利益冲昏头脑，必须要冷静地看待未来发展趋势。

大部分技术从萌芽到成熟需要20~30年的时间。但是，如果在开发过程中发现了错误，就应该放弃奇怪的自尊心，重要的是“勇于改错”的精神。行驶中无线供电作为碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等新一代功率半导体开发的突破口，正打开一个广阔的市场。

瑞典正在大力推进名为ERS(电气化道路系统)的项目。日本也希望通过战略创新创造计划以及新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)等国家项目，引领世界未来发展。

行驶过程中充电浅谈——脱碳社会与汽车