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電気自動車のためのワイヤレス給電とインフラ構築

  • Wireless Power Transfer and Infrastructure Construction for Electric Vehicles
★ 電気自動車普及のための「インフラ」に特化した書籍がついに登場!
★ 「ワイヤレス給電」と「充電インフラ構築の現状や動向」を解説!
★ ワイヤレス給電では,電磁誘導・磁気共鳴・マイクロ波方式など,充電インフラでは,急速充電器の普及状況,課金管理などネットワークシステム,駐車場管理会社やサービスステーションの実施例を解説!!

商品コード: T0774

  • 監修: 堀洋一・横井行雄
  • 発行日: 2011年3月
  • 価格(税込): 75,600 円
  • 体裁: B5判,314ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0305-5

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  • 電気自動車/ワイヤレス給電/電磁誘導/磁気共鳴/マイクロ波方式/充電インフラ/充電システム/認証/課金/チャデモ協議会/急速充電機/充電設備/プラグインハイブリッド/スマートグリッド/低炭素な未来社会

刊行にあたって

 電気自動車(EV)の普及という面で2010年は,三菱自動車の「i-MiEV」の一般向け販売に始まり,年末には,日産の「LEAF」の発売,米国でのFord「VOLT」の発売開始があいつぎ,一方中国においては上海万博でキャパシタ・Li電池バスの運行が行われ,本格的なEV時代の幕開けの様相を呈した年になった。
 一方で電気自動車の普及に向けての課題として,電力をどのような方法で供給し,貯め,有効に使うかという点があげられるが,最大の問題は航続距離の短さにある。そして,高性能電池を制するものがEV化したクルマ社会を制するとまで言われる。しかし,500kmを走る高性能電池は本当に必要だろうか。電気自動車が大きなエネルギーを抱えて走るのでは,そのコンセプトはガソリン車と同じである。高性能電池開発に注がれている情熱の数パーセントを使い,電力インフラから直接エネルギーを供給する最後の数メートルに着目すれば,未来のクルマは電池のもつ様々なデメリットから解放されるであろう。
 将来のクルマが電気モータで動き電力インフラにつながることは確実である。もし電気自動車が電力インフラから直接エネルギーをもらうことができれば,航続距離とは「電力インフラから離れても安心できる距離」ていどの意味しかもたなくなる。そして少なくとも都市部では,「ちょこちょこ充電しながら走る電車のようなクルマ」が普通になり,そこでは「電池からキャパシタへ」の移行と「ワイヤレス給電」が実現される。さらに,電気モータで走るクルマでは,モータの優れた制御性を生かした「モーション制御」が当たり前のように適用され,クルマの使うエネルギーはさらに少なくなり環境負荷を低減させるだろう。
 電力は現状ではケーブルを介して電力インフラから供給を受けているが,ここ数年の間にワイヤレス給電技術開発が格段の進展を見ている。小型機器については既にWPC(Wireless Power Consortium)が5W以下の給電についての規格を公開した。一方で,電気自動車への給電については本年から自動車技術会に「ワイヤレス給電技術部門委員会」(委員長 堀洋一)が設置されオールジャパンのメンバーを網羅し活動を開始している。
 このような時期に,ワイヤレス給電から電気自動車の普及にむけたインフラ構築,更には低炭素な未来社会まで網羅した本書が発刊されるのは時宜を得たものである。
(本書「まえがき」より抜粋)

2011年3月 堀洋一,横井行雄

著者一覧

横井行雄    長野日本無線(株)
松木英敏    東北大学大学院 医工学研究所 医工学専攻 教授
小紫公也    東京大学大学院 新領域創成科学研究所 先端エネルギー工学専攻 教授
居村岳広    東京大学大学院 新領域創成科学研究所 先端エネルギー工学専攻 助教
髙橋俊輔    昭和飛行機工業(株) 特殊車両総括部 EVP事業室 技師長
阿部 茂    埼玉大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
安間健一    三菱重工業(株) 名古屋航空宇宙システム製作所 宇宙機器技術部 主席技師
篠原真毅    京都大学 生存圏研究所 教授
竹野和彦    (株)NTTドコモ 先進技術研究所 環境技術研究グループ 主幹研究員
安倍秀明    パナソニック電工(株) 先行技術開発研究所 回路設計研究室
佐藤文博    東北大学 大学院工学研究科 電気・通信工学専攻 准教授
黒田直祐    (株)フィリップス エレクトロニクス ジャパン 知的財産・システム標準本部 部長
多氣昌生    首都大学東京
丸田 理    東京電力(株) 技術開発研究所 電動推進G 主任研究員
岩坪 整    日本ユニシス(株) エネルギー事業部 営業三部 次世代ビジネスグループ 担当課長
鈴木 匠    JX日鉱日石エネルギー(株) 小売販売本部 リテール販売部 部長
鶴留寿英    (株)アルバック カスタマーズサポート事業部 LCグリッド部 部長
近藤信幸    (株)アルバック カスタマーズサポート事業部 LCグリッド部 課長
青木新二郎    パーク24(株) パーキング総合研究所 所長
藤川博康    三菱重工パーキング(株) 設計部 技術開発課
福田博文    KDDI(株) ソリューション第1営業本部 電力営業部2グループ 課長補佐
高山光正    オリックス自動車(株) カーシェアリング企画部 部長
古川信也    三菱自動車工業(株)
朝倉吉隆    トヨタ自動車(株) HVシステム開発統括部 企画総括室 主査
水口雅晴    大丸有地区・周辺地区環境交通推進協議会 副会長;三菱地所(株) 都市計画事業室 副室長・副理事
斉藤仁司    神奈川県 環境農政局環境部 交通環境課 電気自動車グループ
宇佐美由紀    豊田市 都市整備部 交通制作課 係長
荻本和彦    東京大学 生産技術研究所 エネルギー工学連携研究センター 特任教授
田中謙司    東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 助教
須田義大    東京大学 生産技術研究所 先進モビリティ研究センター 教授

目次

総論―電気自動車普及に向けた動き―

【第 I 編 ワイヤレス給電】
序論―ワイヤレス給電―

<基礎>
第1章 ワイヤレス給電の基礎
1 はじめに
2 ギャップを有する電磁誘導給電
3 磁気共鳴給電
3.1 基礎原理とインピーダンス整合
3.2 高Q値コイル
3.3 障害物と漏れ電磁界
4 電磁ビーム伝送給電
4.1 ガウシアンビーム
4.2 マイクロ波ビーム給電
4.3 レーザービーム給電

<電気自動車への応用>
第2章 電気自動車とワイヤレス給電および電磁共鳴技術
1 電気自動車へのワイヤレス給電の需要
2 電気自動車へのワイヤレス給電の発展
3 電気自動車へのワイヤレス給電の技術的課題
4 電磁共鳴技術
4.1 磁界共鳴技術の基本特性
4.2 磁界共鳴技術の等価回路
4.3 中継コイルと等価回路

第3章 電磁共鳴方式によるワイヤレス給電
1 はじめに
2 ワイヤレス給電方式の位置づけ
3 磁界共鳴ワイヤレス給電技術
4 原理デモシステムについて
5 フレキシブル性と同調制御
6 安全・安心のために

第4章 電磁誘導方式による電気自動車向けワイヤレス給電
1 はじめに
2 電磁誘導方式の原理
3 電磁誘導方式の開発
4 電動バスによる実証走行試験
5 おわりに

第5章 電気自動車向けワイヤレス給電
1 はじめに
2 電気自動車向けワイヤレス給電の特徴
3 一次直列二次並列コンデンサ方式
3.1 等価回路とコンデンサ値の決定法
3.2 理想変圧器特性とトランス効率
4 角形コア両側巻トランスと円形コア片側巻トランス
5 1.5kW角形コア両側巻トランスの特性
5.1 トランス仕様
5.2 標準ギャップ長70mmでの給電実験
5.3 標準ギャップ長140mmでの特性
6 二次電池充電実験
7 おわりに

第6章 マイクロ波ワイヤレス給電
1 開発背景,目的について
2 無線充電システム原理
3 本システムの設備概要
4 本システムの特長・利点
5 現在の開発状況
5.1 基本技術の研究
5.1.1 送受電効率の改善
5.1.2 送電器価格の低減
5.1.3 車両への影響遮断
5.1.4 安全性確保
5.1.5 電気自動車への充電実験
5.2 実用化技術の研究
6 課題と今後の展望
6.1 送受電効率
6.2 耐運用環境性能


第7章 電気自動車用マイクロ波ワイヤレス給電
1 はじめに
2 マイクロ波無線送電の効率
3 マイクロ波を用いた電気自動車無線充電―静止時充電―
4 マイクロ波を用いた電気自動車無線充電―移動中充電―
5 おわりに

<拡がるワイヤレス応用>
第8章 医療・民生家電機器とワイヤレス給電
1 医療・民生家電機器へのワイヤレス給電の需要
2 医療・民生家電機器へのワイヤレス給電の発展
3 医療・民生家電機器へのワイヤレス給電の技術的課題

第9章 モバイル機器におけるワイヤレス給電の適用手法
1 概要
2 ワイヤレス伝送の適用事例
3 適用の課題
3.1 位置と効率の関係
3.2 充電場所と効率の関係
3.3 充電時の放射雑音
3.4 電池への影響について
4 まとめ

第10章 携帯用電子機器のワイヤレス給電技術
1 はじめに
2 電磁誘導給電の訴求ポイントと実用化商品
3 分離着脱式トランスと非接触給電システムの等価回路
4 実用化のための問題点と課題
5 基本技術
5.1 分離着脱式トランスの結合係数増大技術
5.2 負荷整合技術
5.3 ソフトスイッチング回路
6 実用技術
6.1 コールドスタンバイと本体検知
6.2 金属異物の加熱対策
6.3 電力伝送と信号送受信機能を持つ非接触充電システム
7 出力安定化技術
8 超薄型平面コイルと薄型充電器による面給電システム
9 おわりに

第11章 医療機器用充電システム
1 はじめに
2 人工臓器へのワイヤレス給電
3 治療デバイスへのワイヤレス給電
4 計測機器へのワイヤレス給電(ワイヤレス通信)

第12章 携帯デバイス向けワイヤレス充電国際規格の標準化
1 はじめに
2 標準化はなぜ必要か?
2.1 携帯デバイス用充電器の共通化
2.2 汎用ワイヤレス充電器普及への課題
2.3 標準化による充電インフラの構築
2.4 結果から手段を導く
2.5 規格策定のバイブル
3 ワイヤレスパワーコンソーシアム(WPC)について
3.1 WPCの組織
3.2 WPC規格のロゴ “qi”(チー)
3.3 これまでに発行された規格書
3.4 ライセンスについて
4 Volume-1規格の概要
4.1 なぜ近接電磁誘導方式を選んだか?
4.2 コイルの位置合わせ(カップリング)
4.3 設計自由度と互換性
5 WPC規格充電システムの概要
5.1 基本システム構成
5.2 送受電部の回路構成と電力の受渡し
5.3 トランスミッターの種類
5.4 レシーバーの共振回路
6 電力の制御と通信
6.1 電力制御のパラメーターとアルゴリズム
6.2 負荷変調による通信
6.3 制御データのエンコーディング
6.4 4つの制御ステップ
7 「規格書Part-2」パフォーマンスに関する要求
7.1 供給保障電力
7.2 温度上昇
7.3 ユーザーインターフェース
8 「規格書Part-3」規格適合認定試験について
8.1 認定試験項目の概要
8.2 規格適合認定試験のプロセスとライセンス製品の販売
8.3 テストツール
9 おわりに

<電波利用の現状と課題>
第13章 電磁界の人体ばく露と人体防護
1 はじめに
2 電磁界の生体影響
3 人体防護ガイドラインの動向
4 規制の動向
4.1 米国
4.2 欧州
4.3 日本
5 ICNIRPガイドライン
5.1 時間変化する電界,磁界,電磁界(300GHzまで)へのばく露制限のガドライン
5.2 時間変化する電界および磁界(1 Hz-100 kHz)へのばく露制限のガイドライン
6 測定評価方法
7 ワイヤレス給電における生体電磁環境
8 おわりに

【第II編 電気自動車普及のためのインフラ構築】

<充電インフラ構築および取り組み・サービス>
第1章 充電インフラ整備の現状と標準化動向
1 はじめに
2 充電インフラの開発動向
2.1 チャデモ方式の概要
2.2 安全性確保のしくみ
3 充電方式の標準化動向
3.1 米国の状況
3.2 欧州の状況
3.3 中国の状況
4 充電インフラのあり方
5 充電電力需要の影響
6 チャデモ協議会の概要
7 充電インフラの将来像

第2章 充電インフラシステムサービス「smart oasis」
1 はじめに
2 充電インフラシステムサービスとは
2.1 充電器の現状
2.2 給電スタンド
2.2.1 充電器の種類
2.2.2 通信モジュール
2.3 通信ネットワーク
2.4 サービス管理システム
2.4.1 「給電スタンド」の利用条件設定
2.4.2 「給電スタンド」と地図情報の連携
2.4.3 満空情報の提供
2.4.4 障害検知・障害通知
2.4.5 携帯による予約管理
2.4.6 課金・決済処理
2.4.7 コールセンターサービス
2.5 その他の連携
2.5.1 カーナビ連携
2.5.2 エコポイントとの連携
3 今後の展開

第3章 サービスステーションにおける電気自動車の充電インフラ
1 背景
2 課題
2.1 SSにおけるEVの急速充電サービスの提供
2.2 SSにおけるEVの急速充電中の付加サービスの提供
2.3 SSを拠点としたEVによる有人型カーシェアリングサービスの提供
3 モニターユーザー調査
3.1 モニターユーザー調査のための急速充電器の設置
3.2 モニターユーザーの設定
3.3 モニターユーザーによる利用
3.4 モニターユーザーからの情報の収集
4 実証事業の成果
4.1 充電インフラのビジネスモデルについて
4.1.1 SSにおけるEVの急速充電サービスの提供
4.1.2 SSにおけるEVの急速充電中の付加サービスの提供
4.1.3 SSを拠点としたEVによる有人型カーシェアリングサービスの提供
4.2 充電設備について

第4章 急速充電器の開発・普及状況
1 急速充電器
1.1 電気自動車と充電器
1.2 急速充電器と車載電池
1.3 DCチャージャ-(直流給電)
1.4 車輌と充電器間の充電プロトコル
2 急速充電器に求められる開発要件
2.1 急速充電器の目的
2.2 充電プロトコル
2.3 安全への考慮
3 アルバックの急速充電器
4 普及状況と普及の為に
5 配電網への影響

第5章 パーク&チャージ ―パーク24による充電設備の展開―
1 パーク&チャージの開始:第二次EVブーム
1.1 第二次ブームの問題点
1.2 パブリック充電機器開発実験
2 第三次EVブーム
2.1 第三次ブームの特徴:インフラ面から見た第二次ブームとの違い
3 充電インフラの整備:パーク24グループの取り組み
3.1 東京電力との実証実験
3.2 自治体駐車場の管理・充電機能設置
3.3 EVカーシェアリング等の実験
3.4 パーク&チャージの展開と充電機能の検証
4 充電インフラ整備における課題
4.1 充電設備の使い勝手の改善
4.2 クルマとの協調
4.3 認証・課金の在り方
5 未来へ向けて
5.1 楽しさ―加速性能
5.2 いままでにない動き
5.3 パーソナルモビリティから自動走行へ

第6章 立体駐車場における充電インフラ(plug-in リフトパーク)
1 はじめに
2 充電機能
2.1 パレットへの電力供給方法
2.2 充電方式
2.3 充電分電盤
3 充電操作フロー
3.1 パレットの呼び出し
3.2 充電ケーブルの接続
3.3 充電方法の選択
3.4 充電開始
4 充電インフラにおける立体駐車場特有の問題
4.1 充電電源の確保
4.2 構造上の問題
5 今後の開発テーマ
5.1 充電機能対応機種の拡大
5.2 使用電力を従来比で30%削減
5.3 安全で人に優しい操作性
6 おわりに

第7章 スマート充電システム
1 背景
2 事業内容
2.1 ピーク時の負荷を平準化
2.2 ニーズに合わせた充電パターン
2.2.1 特徴
2.2.2 メリット
2.3 夜間電力を活用
3 構成
4 実際の充電例
5 利用シーン
6 事務所の駐車場におけるビジネスモデル検討

第8章 カーシェアリング
1 はじめに
2 カーシェアリングとは
3 利用方法
4 カーシェアリングのCO2抑制効果
4.1 無駄な自動車利用の抑止
4.2 モーダルシフト
4.3 低公害車の利用
5 カーシェアリングとEV
6 利用者の評価
6.1 EV
6.2 急速充電器
7 EVの運用事例
7.1 EVによるカーシェアリング
7.2 公用車の共同利用
8 電気自動車の事業的課題
9 おわりに

<自動車メーカーとインフラ>
第9章 三菱自動車の充電インフラに対する電気自動車普及への取り組み
1 はじめに
2 i-MiEVと充電インフラ
3 航続距離と充電インフラ

第10章 トヨタ自動車のプラグインハイブリッド普及に向けた取り組み
1 ハイブリッド車開発への取り組み
1.1 自動車を取り組む環境
1.2 トヨタハイブリッドシステム
2 プラグインハイブリッド車
2.1 プラグインハイブリッド
2.2 プラグインハイブリッド車の排出ガス・燃費試験方法
2.3 プリウスプラグインハイブリッドの概要
3 普及への取り組み状況

<地域・自治体での取り組み>
第11章 大丸有地区における環境交通導入の取り組みについて
1 はじめに
2 この街の交通の出発点とその後
3 物流から環境交通実験へ
4 実験のポイント
5 EVカーシェアリング実験
6 EVコミュニティタクシー
7 社会実験の成果としてコミュニティタクシーが運行スタート
8 EV運転による急速充電器活用(東京・大手町~横浜・みなとみらい)
9 今後の充電インフラ整備について
10 おわりに

第12章 電気自動車(EV)普及に向けた神奈川県の取り組み
1 はじめに
2 EV導入に対する補助
3 有料駐車場及び高速料金の割引
4 最近の主な取組
4.1 太陽光発電による充電システム稼働
4.2 EVシェアリングモデル事業
5 「EV充電ネットワーク」の構築
5.1 充電インフラ整備の取り組み
5.2 「EV充電ネットワーク」の構築
5.3 「EV充電ネットワーク」の具体的な取り組み
6 充電インフラ情報検索WEBサイト開設
7 「EVサポートクラブ」の設立
8 神奈川県における新たな取組み
8.1 「地球と人に優しい」かながわEVタクシープロジェクト
8.2 箱根EVタウンプロジェクト
9 その他の取組み
10 おわりに

第13章 ハイブリッド・シティとよたの取り組み
1 はじめに
2 クルマのまちの課題
3 交通まちづくりにおける「共働」
4 クルマのまちならではの「先進的な交通まちづくり」
4.1 PHV導入と充電施設の整備
4.2 PHV選定理由
4.3 充電施設の配置
4.4 充電施設設計コンセプト
4.5 充電施設概要
4.6 充電システムの特徴
5 普及啓発活動
6 地方都市型低炭素社会システムの取組みを世界へ
7 今後の取組みと課題
8 おわりに

【第III編 電気自動車が実現する低炭素な未来社会】

第1章 スマートグリッドの展開
1 エネルギー技術戦略
1.1 超長期エネルギー技術ビジョン
1.2 エネルギー技術戦略マップ
2 再生可能エネルギー発電導入と電力需給の長期的課題
2.1 電力システムの展望
2.2 再生可能エネルギーの発電特性とならし効果
2.3 電力需給への影響
2.4 柔軟な需給調整に向けた系統および需要での取組み
3 集中/分散のエネルギーマネジメントの協調
3.1 需要の能動化と分散エネルギー貯蔵
3.2 分散エネルギーマネジメントとスマートグリッド
3.3 モデル解析例
4 電力システムのスマート化の展開
4.1 系統発電技術
4.2 電力システムの運用技術
4.3 スマートグリッドへの展開

第2章 スマートグリッドと電気自動車
1 スマートグリッドと電気自動車
2 電気自動車の充電の電力システムに関する課題
3 電気自動車の充電調整(G2V)
3.1 戸建て住宅での電気自動車充電
3.2 集合住宅,商業施設などでのEV充電
3.3 多数台のEV充電
4 電気自動車の充放電制御(V2G)とスマートグリッドへの適用の将来

第3章 電気自動車に始まる二次電池の普及と環境対応型社会システムの構築 ―沖縄におけるグリーン・ニューディールプロジェクト―
1 はじめに
2 沖縄グリーン・ニューディールプロジェクト
3 レンタカーへのEV導入モデル
4 充電シミュレーションに基づく配置法
5 車載用二次電池の定置再利用モデル
6 おわりに

第4章 パーソナルモビリティ・ビークル
1 はじめに
2 パーソナルモビリティ・ビークルの分類と定義
3 パーソナルモビリティ・ビークルの安定性と安定化制御
3.1 自転車の安定性と安定化制御
3.2 平行二輪車モードの安定化制御
4 パーソナルモビリティ・ビークルの操縦性
5 交通環境への受容性および歩行環境への親和性
6 パーソナルモビリティ・ビークル活用によるCO2排出削減効果の試算
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