電気自動車（EV）を交通手段として利用することの魅力は、巧みな宣伝と確かな事実の両方に基づいています。EVはこの10年で、かなり急速な変革を遂げてきました。業界の投資、研究開発、そして創造的なマーケティングにより、EVは工学的な珍しい存在から、潜在的な環境面でのチャンピオン、そしておそらくは賢い消費者選択へと押し上げられてきました。 

EV分野における開発上の課題については、2023年3月のブログ記事で一部取り上げており、当サイトでお読みいただけます。しかし、優秀なエンジニアたちの努力のおかげで、EVには石油需要の削減、大気汚染の軽減、車両メンテナンスの削減など、多くの利点があることに変わりはありません。しかし問題は、潜在的な消費者がEVの販売上の約束を実際に信じて購入しているのか、もしそうでないなら、販売を加速させるためにエンジニアリングは何をすべきかということです。 

需要の実情

交通手段の電動化に対する近年の関心の高まりは、小売燃料コストの上昇、内燃機関（ICE）の排出ガスへの関心の高まり、ICE車両の段階的廃止を目指す各州・各国の規制、そして消費者向けEV購入に対する政府の補助金など、複数の要因によって後押しされています。これにより、新しいEVメーカーやモデルが急増しました。Kelly Blue Bookによると、2023年には約33の新型EVモデルが発売され、2024年にはさらに50の新型モデルまたは改良モデルが予定されています。

EVエンジニアリングコミュニティも、EV技術の改善にリソースを集中させることで対応してきました。しかし、さまざまな理由から、消費者によるEV購入決定の伸びは比較的緩やかなままです。主な理由は価格と航続距離に集約されます。 

変わるべきこと

Cox Automotiveの最近の調査によると、 EVの手頃な価格 が、消費者がEV購入をためらう最大の理由となっています。Coxによると、2023年5月時点で、新型ICE車両の平均価格は48,528ドルであったのに対し、同等の新型EVは55,488ドルで、14%のプレミアムがついていました。   

EVの価格は下落傾向にあるものの、政府の購入補助金を廃止しようとする圧力が、この傾向の魅力を弱めることになります。歴史が示す通り、車両価格の決定はエンジニアリングというよりも製造上の問題であることが多いですが、生産効率は効率的な製造に適したエンジニアリング設計によって左右されることが少なくありません。言うまでもなく、多くの新型EVモデルによる競争の激化も、この問題の緩和に役立つ可能性があります。

航続距離への懸念

消費者のもう一つの懸念事項は、 EVの航続距離、すなわちフル充電で走行できる平均距離です。米国エネルギー省によると、2021年のICE車両の中央値の航続距離は413マイルでした。EVの充電による中央値の航続距離は217マイルでした。この航続距離の差は主に現在のバッテリー技術に起因していますが、消費者は、米国内外でEV充電インフラが依然として広く整備されていないという現状も併せて考慮する必要があります。 

EVのICE車両に対する航続可能距離のこの差は、消費者に「航続距離不安」を引き起こしますが、これはメーカーによる過大な航続距離予測と、その他のエンジニアリングに関連した航続距離を低下させる要因の両方に起因しています。これらの追加要因には、寒冷地でのバッテリー性能の低下、バッテリーの経年劣化による充電容量の低下、そしてさまざまな運転スタイルや地形の影響が含まれます。 

ご想像の通り、これらの航続距離に関する懸念それぞれへの解決策は、創造的なエンジニアリング、新技術、そして拡充された充電ネットワークの組み合わせに左右されます。   

バッテリーの開発動向

航続距離への懸念は、消費者からの バッテリー技術の改善への要望につながります。充電式バッテリーの化学組成は、初期のニッケルカドミウム（NiCAD）設計から大きく進化を遂げ、現在のリチウムイオン電池をも超えようとしています。航続距離の向上と充電時間の短縮に焦点を当てる中で、現在多くの有望な技術が検討されています。これには、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、リチウム硫黄電池、リチウムニッケルコバルトマンガン電池、リン酸鉄リチウム電池、ナトリウムイオン電池、全固体電池設計などが含まれます。開発活動は大幅に増加していますが、バッテリー技術を製造可能なソリューションへと転換するには、エンジニアリングの時間と資金投資が必要となります。

 

とはいえ、新しいバッテリー設計における刺激的な進展と、航続距離の延長や充電時間の短縮を実現するというその期待は、日々ニュースを賑わせています。トヨタが最近発表した全固体電池の新たな進展には、1回の充電で700マイル以上という航続距離の予測が含まれています。しかし、EV販売の問題は、こうした約束が将来のモデルで実現される可能性がある一方で、現在ディーラーの在庫にあるEVの性能は依然としてやや期待外れであるという点です。消費者の戦略は、様子見のようです。

充電インフラの不足

より優れたバッテリー技術への必要性と密接に結びついているのが、 利用可能な充電ステーションの数の増加、そして車両の充電時間を短縮するための 充電技術の改善 への同時並行的な必要性です。消費者の航続距離不安は、1回の充電あたりのバッテリー航続距離、利用可能な充電ステーション間の距離、そして充電時間によって生じます。そして、自宅での個人用充電設備は充電環境全体における一要素ではありますが、車両が長距離の移動に出た際の航続距離不安を解消するものではありません。 

米国エネルギー省の最近の報告書によると、現在、米国全土にはテスラ専用ではない公共EV充電ポート（通常充電・急速充電の両方を含む）が約105,000基あります。これらのポートの28%以上がカリフォルニア州に集中しています。これは、米国石油協会が推計する145,000か所の利用可能な公共ガソリンスタンドと比較されるものであり、各ガソリンスタンドには通常、数分で利用できる給油機が多数設置されています。 

急速充電技術の開発はエンジニアリング上の課題ですが、追加の充電設備の設置は資金面と標準化に関する課題です。資金調達は、民間・公共双方に関わる問題ではありますが、本稿の議論の対象外とします。 

充電技術、機器、およびネットワークの標準化はゆっくりと進んでいます。現在、米国エネルギー省には32の異なる充電ネットワークが登録されています。機器とネットワークの両方を簡素化することは、航続距離問題の解決策の大きな部分を占める可能性があります。    

その他の要因

本稿では、消費者向けEV販売のより急速な成長を妨げている主要な問題について取り上げてきました。しかし、ご存知の通り、他にも影響を及ぼす要因があります。それぞれの要因が最終的なEV消費者にとってどれほど重要かは議論の余地があるかもしれません。しかしながら、これらを総合すると、より強力な消費者の受け入れが実現する前にEVにおいて改善が必要な、多岐にわたる分野が浮き彫りになります。これら追加の課題には、次のようなものがあります。    

• 特にバッテリーの交換や修理にかかる高額な修理費用
• 自宅用充電設備の初期費用
• 充電にかかる電気料金 
• バッテリーの化学組成に関する環境上の懸念 
• バッテリーに不可欠な鉱物の安全な調達 
• バッテリーおよび車両のリサイクル
• バッテリーの過熱
• EVの下取り価格
• 州によるガソリン税相殺費用

結論

EVは、輸送分野におけるICEエンジン使用に伴う根強い問題に対する、実行可能で魅力的な選択肢であり続けています。しかし、消費者によるEV販売を増加させるには、一般消費者がEVを購入・利用しようとする意欲を高めるために、他の課題とともに対処すべき「4大」項目に注目する必要があります。  

• 購入価格の引き下げ
• 1回のバッテリー充電あたりの航続距離の向上
• バッテリー充電時間の短縮
• 公共充電ステーションの利用可能数の増加

皆様がEVおよびそれに必要な支援ネットワークのエンジニアリング開発に携わっている場合、あるいはこの市場向けの製品を設計している場合は、市場の潜在力と、まだ残されている大変な作業の両方をご存知のことでしょう。 

CircuitBread.comの仲間たちが、 パワーエレクトロニクス の基礎に関する優れたチュートリアルを提供しており、EV技術の改善に向けたご自身の探求を後押ししてくれます。同サイトでは、EV技術に関するさらなる議論も掲載されており、こちらでご覧いただけます。 電気自動車の受け入れを広げるために必要なこととは？ いつものように、創造的なエンジニアリングこそが、エレガントで効率的な解決策なのです。