EV vs ガソリン車 比較

7 9月

以前私のブログに書いた記事を修正して転載します。

エネルギー効率比較

バイクマニアの僕が言うのもなんですが、内燃機関って恐ろしく非効率なマシンなのです。

ガソリンエンジンの熱効率はたった20%程度です(ディーゼルエンジンでも30%程度)。つまり元のガソリンのエネルギーを100とすると、タイヤを駆動するのに使っているのは20で、残りの80は熱として外に捨てているのです。

原理的に内燃機関で高効率を目指すには、圧縮比を極限まで大きくしなければなりませんが、現在の技術でも1:12くらいがレギュラーガソリンの限界とされています。100年間も改良を続けてきてもこれですから、もう殆ど改良の余地は無いでしょう。

一方、電気モーターのエネルギー効率は90%もあります。

では、クルマ全体のエネルギー効率を比較するとどうなるか?i-MiEVのプロモーションビデオ(今は無い!)から抜き出すと次のようになるそうです。

  • ガソリン車:エンジン17.7% x 駆動系92.0%=計16.3%
  • EV:充電効率90.0% x 電池充・放電76.8% x コントローラ96.0% x モーター91.0% x 駆動系92.0%=計55.5%

EVは電池周りで多少ロスがあるものの、ガソリン車に比べて3.5倍も高効率なのです。

しかも、ガソリン車の数値は最も効率が良い回転域でのものですから、実際の運転モードではもっと効率は落ちるでしょう。

また、電気モーターには回生ブレーキがありますから(上の数値には多分含まれていない)、ガソリン車ではブレーキローターから熱として捨てるだけだったエネルギーを、再利用することが出来ます。

理想のトルク特性

自転車を漕ぐと判るように、スタート直後は大きな力(トルク)が必要で、加速するにつれペダルが軽くなって今度は速く回す必要が出てきます。

ここで、変速機の無いマシンを一定の加速度で加速させたい場合のトルク特性を考えてみます。

パワー(仕事率)=トルク*回転数∝重量*加速度

ですが、今は加速度は一定で重量も一定なので

トルク*回転数=定数

となります。つまり、トルクと回転数は反比例するのです。これをグラフにすると右図のようになります。

モーターvsエンジン トルク特性比較

では、モーターと内燃機関のトルク特性はどうなっているでしょう?

電気モーターは原理的にほぼトルクと回転数が反比例するトルク特性です(下図)。だから変速機無しでそのまま乗り物に使えるのです。

一方、内燃機関はご存知のように、ある回転数をピークにした山形の曲線であり、使える回転数の範囲も限られています。車のカタログで走行曲線というのを見たことがあると思いますが、変速機を介することで擬似的に上の反比例グラフに近づけているのです(下図)。

内燃機関の加速はグワッとトルクが盛り上がったと思ったら、シフトアップでカクンと落ちるという、ギザギザのトルク曲線になります。低いギアの時ほどそれが顕著です。

ちなみに、これを回避するにはCVTしかありませんが、CVTは摩擦抵抗とトルク伝達ロスが大きいのが欠点です。 また、エンジン回転が一定で速度だけが上がるような設定にすると、ドライバーにとっては違和感があるので、結局一定範囲内ではギア比は固定するという、従来のミッションと似た制御にしています。

このように、内燃機関は使える(効率がよく、トルクもある)回転数が限られており、実は加減速に向いていないパワーソースと言えます。

バッテリーの発達とEVの普及

では、何故今まで内燃機関自動車が栄えて、理想的な電気自動車が普及しなかったのでしょうか?

それはひとえに電池のエネルギー密度が低かったからです。平たく言うと、巨大な電池を積んでも少しの距離しか走れなかったからです。

一方、ガソリンのエネルギー密度は非常に高く、このような優秀な燃料が安価で供給されたことが、自動車の発展を支えました。

しかし今は、ガソリン価格が時々高騰する反面、バッテリーのエネルギー密度は伸びてきています。i-Mievのようにサイズ的にも重量的にも軽自動車に収まるサイズの電池で、近距離なら実用に耐えうるEVが登場しだしました。

しかし一番のネックは電池の値段ですね。グロスで400万円超のi-Mievの価格の約半分は電池の値段だと思います。

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