「インバーター」を含む日記

2018-07-02

■日産リーフの急速充電問題を解説する

https://www.bbc.com/news/business-44575399

　電気自動車の駆動系は大雑把に言ってモーター、インバーター、巨大なバッテリーからなり、バッテリーを放電させインバーターで変調してモーターを駆動する。インバーターやモーターはガソリンエンジンよりエネルギー変換効率が大変高く、遥かに少ない排熱で遥かに強いトルクを生み出す。だからガソリンよりもエネルギー密度の低いバッテリー、小型のモーターでも十分長距離を高速で走ることができる。電源が架線ではなくバッテリーだということ以外は、平行カルダン、VVVFの電車と同じだ。だが、このバッテリーが問題になる。

トータルで見てガソリン駆動系より効率が遥かに良いことに変わりはないが、エンジンで起きていた熱が燃料タンクに移行するのだ。従ってエンジンは冷やす必要が薄くなる。代わりに燃料タンクたるバッテリーを冷却する必要が起こる。ポンプで燃料を汲み入れるか汲み出すかという違いのようなものだから充電しても放電しても発熱は起こる。そこになんとリーフはバッテリーに自然空冷式を採用してしまった。トヨタでさえ一部ハイブリッドにはファンによる強制空冷を採用している。GMは冷却板を多数挟み込んだ液冷式を使っている。BMWも液冷式だ。

　日産リーフ(旧型および新型)は、この自然空冷設計のため、連続して走行した場合、高温環境に置かれた場合、急速充電した場合などにバッテリー冷却能力が不足し、バッテリーの温度が高まる。バッテリーは高温に晒されると劣化を早め、また発火の危険があるため、制御回路が自動的に充放電動作を抑えてしまう。過熱が発生した場合の性能低下は電気自動車に共通の性質だが、実利用で過熱が起こるのはリーフの設計上の問題だ。車を降りてから半日以上は熱が抜けないらしい。蒸し焼きだ。

次に、設計、性質と利用形態のミスマッチがある。リチウムイオン電池の急速充電には条件がある。極端な低温や高温であってはいけない。電池残量が20%以下など低すぎたり、80%以上など高すぎたりしてはいけない。従って急速充電を繰り返したい場合は発熱と冷却が均衡している必要があり、かつ電池の全容量を使い切る必要があってはならない。例えば自動車の満充電航続距離が200kmだとすると、「自宅を満タンで出発し、200kmを走行してオーバーヒート寸前で使い切り、すぐに100%までフル充電し、また200kmを走行する」という条件では急速充電はできない。一度の走行距離を総電池容量の60%、120km以下に抑え、また温度も低く保つ必要がある。それ以上に走行したい場合はどうすれば良いだろうか? 常に可能とは限らないが、電池容量が大きく冷却能力の十分な車を買う必要があるだろう。さもなければ妥協して、急速ではない充電を繰り返すしかない。