EVと電磁両立性の追求
暑い夏、中国の長江デルタにあるハイテク工場では、オートメーションを使って効率的に製品を生産している。その自動化された生産ラインは、驚くべき速さと正確さで24時間稼働している。そこに雷が落ち、工場内の通信回線にダメージを与える電磁障害が発生。生産は突然停止する。
工場の自動組立ラインは、正確な信号伝送と無線通信を伴う複雑な作業を行います。雷が落ちると、電磁波を介して電磁干渉（EMI）が発生し、それが工場内部に広がります。これは重要な通信回線を破壊し、生産に深刻な影響を与える可能性があり、その影響は広範囲に及びます。ロボットの停止は生産の遅れを引き起こし生産能力を低下させ、コンベアベルトの故障は製品の出荷と組み立てを遅らせます。品質管理センサーの故障は、不良品の原因となります。
このように、EMIはコストのかかるシャットダウンを引き起こし、製品の品質を損なう一連の不幸な出来事を引き起こす可能性があります。
また、ラジオで音楽を聴いているときに、突然、静電気やその他の好ましくないノイズによって受信が妨害されることも、電磁干渉の影響の一例です。
EVと電磁両立性の追求
要約すると、EMIは、外部ソースによって引き起こされる電気経路や回路内の望ましくないノイズや障害を指します。EMIは、電子機器の動作不良や誤動作、あるいは完全な動作停止を引き起こす可能性があります。
明らかな場合もそうでない場合もありますが、EMIは電気自動車（EV）やその周辺にある他の電子製品・システムにとって、潜在的に深刻な問題を引き起こします。EMIの様々な原因を見て、EVが電磁両立性の追求において現在どのような状況にあるのかを見てみましょう。
EMIの原因は？
EMIは電気と磁気の密接な関係から発生します。電荷が動くと電流が発生し、電流が動くと磁界が発生します。同様に、磁場が動くと電流が発生します。これがモーターや発電機の原理です。同時に、どんな導電体も無線アンテナになる可能性があります。大電力の電気供給や無線送信は、離れた場所にある機器に好ましくない影響、すなわち電磁放射（EMI）による干渉を与える可能性があります。電子製品が小型化、高速化、コンパクト化、高感度化するにつれて、EMIの影響を受けやすくなります。
EMIには、自然的な原因と人為的な原因の両方があります。
自然界には、電子機器に影響を与えるほど強力な電界を発生させるものがいくつかあります。例えば、雷は強力な静電放電や磁気パルスを発生させます。太陽嵐や太陽フレアは高電荷粒子を放出し、衛星通信や地上通信を混乱させることがあります。さらに、宇宙放射線は電子的なビットエラーを誘発する可能性があります。
人間によって引き起こされるEMIは、多くの原因から発生する可能性があります。高出力の無線源や電気源は、不要なEMIを引き起こす可能性があります。消費者向け機器は、機能が不十分であったり、設計が不適切であったりすると、他の機器にEMIを引き起こす可能性があります。電磁パルスを使用して、ターゲットの機器に意図的にEMI障害を発生させることは、一種のテロリズムとも言えます。
EMIの種類
EMIを発生させるには、3つの要素が必要です。すなわち、干渉源、干渉経路、受容体（またはターゲット）です。干渉経路によって、EMIを以下の3つに分類することができます。
- 放射性EMI：放射性EMIは、高出力の送信機や電気機器から発生する無線周波数がピックアップされ、他の機器に望ましくない影響を与えることで発生します。ソースとレシーバー（ターゲット）が離れている場合は、放射EMIである可能性が高いと言えます。放射性EMIの例としては、壊れた台所の電子レンジがコンピューターの再起動を引き起こしたり、古いコードレス電話がWi-Fiのパフォーマンスを低下させるといったものがあります。
- 伝導性EMI：伝導性EMIは、発生源から受信機までの物理的な電気経路がある場合に発生します。伝導性EMIは通常、送電線に沿って発生し、発生源は大型モーターや電源かもしれません。例えば、ルームランナーや衣類乾燥機の電源を入れると、同じ回路上のコンピュータが再起動することがあります。
- カップリングEMI：カップリングEMIは、干渉の発生源と受信源（ターゲット）が近接しているが、両者の間に電気的接触や接続がない場合に発生します。カップリングEMIは、誘導または静電容量によって発生します。例えば、電源ケーブルとオーディオケーブルが近接している場合、オーディオケーブルに可聴ノイズが発生します。カップリングEMIは、導体が近接している必要があり、電子回路基板上や長距離の近接した配線で発生するのが一般的です。
EVとEMI
- モーターと電子機器： EVの動力源は電気モーターと充電式バッテリーです。複雑で高電圧の電子システムを搭載しているため、特に高周波領域で大量の電磁波を発生する可能性があります。これは、無線受信機や無線通信機器な- ど、近くにある電子システムに干渉する可能性があるため、電磁両立性の追求が続けられています。
- バッテリー管理システム（BMS）：EVのBMSは、EVのバッテリーの充電、放電、および全体的な動作を管理すます。BMSには、電磁エネルギーを放出したり、外部EMIの影響を受けたりする可能性のあるさまざまな電子回路やセンサ- ーが含まれます。そのため開発者は、BMSコンポーネントが確実に動作し、他のシステムに干渉しないよう、最適な設計を開発することに力を注いでいます。
- 充電インフラ： EV充電ステーションや機器もEMIの原因となります。充電ステーション内の充電ケーブル、コネクター、電子機器はすべて電磁放射を発生させる可能性があり、Wi-Fiや携帯電話ネットワークなど、近隣の通信シス- テムの正常な動作に影響を与える可能性があります。
EMIを防止または最小化するため、EVメーカーは、車両の設計、開発、テスト段階でEMIを低減または除去する電磁両立性技術を使用しています。
現在の実践と技術には以下のようなものがあります：
- シールド： 導電性素材や筐体を使用し、電磁放射を封じ込めたり遮断したりすることで、繊細な部品を外部干渉から保護する。
- フィルター： コンデンサー、インダクター、フェライトビーズなどのフィルターは、不要な高周波ノイズを減衰させ、高感度コンポーネントにクリーンな電力を供給するために使用される。
- 接地と結合： 十分な電気的接地とボンディングは、グラウンドループを最小限に抑え、ノイズ結合を低減し、電流の基準点を提供する。
- PCBレイアウトの最適化： プリント基板（PCB）設計時の適切な配線、アナログとデジタルの部品の分離、インピーダンスの制御により、放射と感受性の低減を実現する。
- 適合試験： EMC試験は、機器が要求されるエミッションと感度の制限に適合していることを確認するために、業界標準と規制に従って実施される。
一方、国内および国際的な規制機関は、EVなどの電子機器間の干渉がないことを保証するために、EMI放射基準および制限値を定めています。これらの規格は、電子機器が干渉することなく、効率的に連携して動作することを保証するものです。
EVメーカーと消費者に共通する課題
EVの円滑な運転、安全性、周辺環境との電磁両立性を確保するため、EVメーカーと消費者は、EVSがEMIの発生源にも受信源にもなり得るという事実に留意する必要があります。
EVメーカーが考慮すべき主な点は以下の通りです：
- 電磁両立性（EMC）設計： EVメーカーは、車両設計の初期段階からEMC要件を考慮する必要がある。これには、適切な回路とシステムのレイアウト、シールド、接地、およびフィルタリング技術が含まれ、エミッションを最小限に抑え、干渉防止能力を向上させる。
- EMC規格の遵守： メーカーは、EVのEMC規格と規制に準拠しなければなならい。これらの規格は、エミッションと感度の制限を定義し、適合を保証する試験方法を規定している。
- 試験と認証： メーカーは、EVが規格に適合していることを確認するため、開発段階および生産段階で包括的なEMC試験を実施する必要がある。認証および適合文書は、EMC適合の証明となる。
- ドキュメンテーションとユーザーガイド： 製造者は、消費者に対して、EMC配慮に関する分かりやすい文書やガイダンスを提供することが求められている。これには、潜在的な干渉リスクに関する情報、推奨される予防措置、EVや充電インフラの適切な設置や使用に関する説明などが含まれる。
同様に、EVの消費者は、EMCの概念と、それがEVにとって何を意味するのかを基本的に理解する必要があります。この知識があれば、潜在的な問題を特定し、適切な予防措置を講じ、必要に応じて専門家の助けを求めることができます。
消費者にとっての主な考慮事項は以下の通り：
- 充電インフラの互換性： 充電インフラの互換性：消費者は、EV充電設備が地域の規制や基準に適合していることを認識しておく必要がある。これにより、充電システムがグリッドにEMIをもたらしたり、他の通信システムに干渉を引き起こしたりすることがない。
- 適切な使用と設置： 消費者は、メーカーのガイドラインに従ってEVと機器を設置・使用すべきである。これには、EMC性能に影響を与えるような改造を避けること、充電インフラの適切な接地とシールドを確保することが含まれる。
- EMIの報告：消費者は、干渉やEMI問題の疑いをメーカーや規制機関に報告する必要がある。フィードバックは、EMC基準の改善、潜在的なリスクの特定、電気自動車の継続的な信頼性と安全性の確保に役立つ。
まとめると、メーカーと消費者の双方が協力してEVのEMCを改善し、干渉のリスクを最小限に抑え、さまざまな環境でのEVのスムーズな運用を促進することができます。
最終的には、EVがガソリン車やディーゼル車を永久に追い越す必然的な時点に近づいても、EVの成長を妨げるものは何もないはずです。
