電気自動車の航続距離に対する気候の影響

電気自動車 (EV) は、政府の二酸化炭素排出量削減計画において重要な要素です。より広範囲の気候条件で導入される車両が増えるにつれ、さまざまな気候がEVに及ぼす影響についても学んでいます。このブログでは気候がEVのパフォーマンスに与える影響、また、引き起こす可能性のある問題の対し、導入されているいくつかの解決策について見ていきます。

周囲温度の影響範囲

すべての車両は温度の影響を受けますが、EVはバッテリー中心のシステムのため特に脆弱です。バッテリーは化学反応によって動作しますが、温度が低くなると速度が低下し、効率が低下します。

さらに大きな問題は暖かさです。 熱を生成する内燃エンジン(ICE)がなければ、EVはバッテリーから電力を取り出して車内を暖めます。気温が低いと窓が曇るので、電動曇り止め装置が必要になります。冬は夜が長くなり、ヘッドライトの使用が多くなります。タイヤが冷えて雪やぬかるみの中を走行すると、転がり抵抗が増加します。 暑い日にエアコンを使用すると、バッテリーからより多くの電力供給が必要になります。バッテリーの熱管理システムも、極端な温度下ではより強力に動作する必要があります。 これらすべてがバッテリーからの電力消費を増加させ、車両を航続するための電力を低下させます。

外気温が航続距離に大きく影響する

EVメーカーは公称温度での航続距離データのみを公表していますが、使用可能な航続距離に対する気候の影響を調査した研究はいくつかあります。

英国の電気自動車に関する最近の研究では、寒冷気候により走行距離が最大30%減少する可能性があることが示されました。米国自動車協会（AAA）の2019年の研究では、5つの車種を20°Fでテストしたところ、車内の暖房なしでは航続可能距離が12％短縮され、暖房を使用するとさらに41％に低下することが判明した。

Consumer Reports (CR)は複数の短距離走行 (2019年) と高速道路での走行 (2023年) を調査しました。 短距離走行テストでは、キャビンを繰り返し加熱したため、航続距離が50%低下したことがわかりました。 高速道路での走行では周囲温度16°Fで航続距離が30～35%減少しました。95°Fの暑い日にテストしたところ、エアコンなしでは4%低下し、エアコン使用時には航続距離が17%低下しました。

これらのテストは温暖気候よりも寒冷気候の方が懸念されることを示しています。 暖房と冷房が主な原因であり、中程度の寒さでは30%、より寒い地域では最大50%航続距離の減少が予想されます。

公共バスの課題

電気バスは、電気自動車よりも重量が重く、運行時間も長いため、バッテリー駆動の自動車が直面する気象上の課題を解決する格好のケース スタディとなります。

バスは日中コンスタントに稼働することが理想的です。また、バスは停車するたびにドアが開き、適温だった空気が失われ、車内を適温にすることを繰り返すことにより、暖房 (または冷房) の需要が高くなります。 また、満員のバスは冬には乗客の体温の恩恵を受けますが、夏には気候システムに余分な負担をかけることになります。

寒さが EV に与える影響は温暖な気候よりも大きいため、冷涼な気候の電気バスの導入事例から学んだ教訓を紹介しましょう。寒冷気候は温暖気候よりもEVに大きな影響を与えるため、寒冷気候でのいくつかの電気バス導入事例から得られた教訓を見てみましょう。

追加の充電ステーション

シカゴでは、冬の毎日の平均気温は25°F～35°Fであり、2022年の最低気温は-9°Fになります。シカゴ交通局 (CTA) は2014年に電気バスの実験を開始し、2040年までにEV電気バスを導入する予定です。

CTA はバス路線66番の両端に、バスのルーフに差し込む急速充電ステーションを建設しました。ドライバーは定期的にバッテリーを監視し、バッテリーが消耗してバスが立ち往生するのを防いでいます。

66号線を片道10マイル走行するたびに、電気バスはバッテリー エネルギーの約8%を消費します。冬場はフル充電で約100マイルの航続可能距離が得られますが、充電残量が50%を下回ると、ドライバーは充電する必要があります。 つまり、バスは1回のフル充電で約6回の片道運行ができ、十分な充電器があれば、電気バスはすべての路線を運行することができます。

追加のヒーター

CTA はバッテリーの主な電力消費の1つが暖房と報告しています。 これに対処するために、古い車両には小型ディーゼル エンジンが追加され、異常気象に備えて追加の暖房機能を供給し、バッテリー負荷の一部を軽減します。 発注された新しいバスには、より効率的な新しいヒートポンプが搭載されているため、追加のヒーターは必要ありません。

代替計画

アラスカ州ジュノー市も100％電気バスに転換する計画を進めています。市が発注している新しいバスには、より大きなバッテリーが搭載されており、航続距離は282マイルですが、冬季には182マイルに低下すると予想されています。それでも市内のすべてのバス路線をカバーするには十分です。 市は運行範囲がより制限されている古い電気バスをピーク時間帯のみ運行する通勤路線で使用することを計画しています。

技術の向上

カナダのケベック州の電気バスメーカーであるレタンダは、寒冷地向けに特別に設計されたバスを開発しています。これらのバスは、軽量アルミ構造で結露を軽減するヒーター、およびエネルギー消費を最小限に抑えながら乗客の快適性を向上させる床下暖房を備えています。

電気ヒートポンプは建物だけでなく大型車両でも従来のヒーターを置き換え、最大4倍の効率を実現できます。Power Integrationsはヒートポンプ用の電源のシンプルかつ効率的な設計を可能にするAEC-Q100 認定のInnoSwitch3-AQ 及び LinkSwitch-TN2Qオフライン電源用IC製品を提供しています。

今後の展望

ノルウェーのオスロのような都市は2023年末までに公共交通機関全体を電気自動車に転換することを計画しており、この分野にはイノベーションと成長の機会が十分にあります。 新しいバスと充電ステーションへの初期投資は多額ですが、電気バスは異常気象であっても運行コストを大幅に削減できます。たとえば、CTA の計算では長さ40フィートの電気バスを運行するには1マイルあたり2.01ドルかかるのに対し、ディーゼルバスは3.08ドル、ディーゼルと電気のハイブリッドは2.63ドルです。

交通当局は電気バスの販売台数が増加するにつれて、電気バスの価格が大幅に下がることを期待しています。一方でより環境に優しい未来への移行を確実に成功させるためには、気候関連の課題を理解し、対処することが不可欠です。 ソリューションに焦点を当て、技術の進歩を取り入れることで、電気バスは天候に関係なく、信頼性が高く環境に優しい公共交通機関となることができます。

Power IntegrationsはSCALE EVゲート ドライバ基板を搭載した電気バスの開発を支援します。車載用トラクション インバーター用のシングルボード ソリューションはAEC-Q100認定とASIL認定の両方を取得しています。アクティブ放電、アクティブ短絡機能、短絡検出の事前テストなど、充実した機能安全機能を備えています。

SCALE EVボードは非常に大きなクリープとクリアランスを満たすように設計されており、強化絶縁の要件に準拠した設計が可能になり、開発と認定にかかる時間を数か月短縮できます。 詳細については、こちらのビデオをご覧ください。