JP2019054726A

JP2019054726A - 電気自動車

Info

Publication number: JP2019054726A
Application number: JP2018211855A
Authority: JP
Inventors: 渡邉雅弘; Masahiro Watanabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-10
Filing date: 2018-11-10
Publication date: 2019-04-04

Abstract

【課題】電気自動車普及の最大の課題である大容量二次電池にかかわる諸問題（特に価格、重量、充電時間、寿命にかかわる問題）の解決・軽減を図る。【解決手段】電気自動車には、一日の平均走行距離を（定速走行燃費での走行に相当する）省エネルギー走行するに必要十分な電力蓄積容量を有する大容量二次電池を搭載し、前記大容量二次電池への充電は、ＥＶ所有者の自宅等長時間駐車可能な場所における駐車期間中の普通充電でおこなうことを原則とし、走行中おいては、残電力による（省エネルギー走行による）走行可能距離と現地点−目的地間残距離を周期的に特定・比較し、残電力での目的地までの残距離走行に不足が生じると判明した時点以降の適当な時点で目的地までの経路途中にある充電ステーションにアクセスして必要最小限の電力量を充電する。【選択図】なし

Description

本願発明は、電気自動車普及の最大の課題である大容量二次電池にかかわる諸問題（特に、価格、重量、充電時間、寿命）を解決・軽減し、電気自動車の広範な普及促進を図ろうとするものである。

現状電気自動車には、蓄エネルギー装置である大容量二次電池に関し、以下の如き大きな問題がある。
１）高価格であること、
２）重量大であること、
３）エネルギー密度、出力密度が低く、そのため航続距離が短く、航続距離拡張のための充電に要する時間が長くなること、
４）サイクル寿命が短いこと、
これら問題中、航続距離、充電時間の問題にたいしては、走行中、蓄電量が不足してきた場合、充電を行う代わりに、大容量二次電池を交換することで解決する方法が提案され一部実行されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
しかし、主として上記１）高価であることおよび２）重量大であることの問題については、現状は大容量二次電池そのものの技術的改良を待っている状態であり、これら問題の短期間での解決は不可能であろうと予測されている。

特開２０１４−００８８９０特開２０１１−１６８１２７特開２００９−０７０３９８特開２０１４−０００９４２

本願発明は、電気自動車（以後ＥＶと記す）の、主として大容量二次電池（以後バッテリーと記す）にかかわる、上記問題を、バッテリーの小容量化およびＥＶの省エネルギー走行を主体とした方策で解決しようとするものである。

小型自家用ガソリン車の一日平均走行距離は約６０ｋｍと言われている。従って、ＥＶに搭載するバッテリー容量は、車両がＥＶとして機能・性能を発揮できる最小限の容量として一日平均走行距離を走行するに必要十分な電力量を蓄積可能な容量（航続距離１００ｋｍ程度、バッテリー容量
１０ｋｗｈ程度）とする。
また、上記小容量バッテリーに蓄積される電力量を有効に利用するため、車両は最大限の省エネルギー走行を行うものとする。

具体的には、走行中の車両の有している運動エネルギーを走行に有効活用する。
車両の有する運動エネルギーの有効活用方法として、回生制動がある。しかしこの方法では電気エネルギーに変換された運動エネルギーのバッテリーへの蓄積能力（バッテリーの電力密度）の低さが問題となって、十分な運動エネルギー利用効率が得られない。
これに対して車両の有する運動エネルギーを直接車両走行に活かすことができればエネルギー利用効率は回生制動に比べて格段に向上する。併せて回生制動時に行うべき煩雑なバッテリーマネージメント（例えば充電量制御、温度上昇管理等）機能が不要になり、車両の価格低減および回生制動によるバッテリーへの急速充電防止即ちバッテリー寿命低下防止、に貢献することもできる。
従って本願発明においては、通常ほとんどのＥＶに利用されている回生制動機能を除去し、これに代えて惰性走行主体の減速走行を行うものとする。
減速走行を惰性走行で行うことによって、ＥＶの走行電費は、定速走行電費にごく近いものとすることができる。

また、上記小容量化したバッテリーへの充電は、電気自動車所有者の自宅等長時間駐車可能な場所における８時間程度の夜間の普通充電でおこなうことを原則とする。
上記バッテリーの小容量化によって、上記ＥＶの問題中高価格であること、および重量大であることの問題は解決・軽減される。
一方、通常のＥＶ使用時においては、上記小容量での蓄積電力で一日の平均走行距離走行に必要な電力は充分確保されるが、頻度は低いが、一日の平均走行距離を超える走行距離（例えば１００ｋｍ以上）走行時における問題、即ち航続距離不足の問題、にも対処する必要がある。

走行中バッテリー残電力量が不足となる恐れが発生した場合、現状では、充電ステーションにアクセスして充電ステーションにおいて充電を、満充電あるいは満充電に近い充電量まで急速充電する方法が、一般的である。
しかしこの方法では、充電ステーションが少なく、また各充電ステーションにおける充電能力（最適な充電端子数等）が不十分な現状においては、充電が必要となったタイミングで、適当な充電ステーションの有無、あるいは適当な充電ステーションが存在しても充電ステーションにおける充電時間に加えて充電ステーションにおける充電開始までの待ち時間、も問題となる。

本願発明は上記問題を解決する方法も併せて提供するものである。
基本的考え方は、
・あらかじめ走行開始地点−走行終了地点（目的地点、通常は走行終了後の駐車地点）間の走行経路を特定しておく。
・走行中は、現地点−目的地間走行距離Ｌｏ、およびバッテリー残電力量での走行可能距離Ｌａを継続的に特定し、Ｌｏ＞Ｌａが判明した時点で走行経路中の適当な充電ステーションの選択・予約を行う。
ここで、走行可能距離Ｌａの特定に際しては省エネルギー走行（交差点等への減速走行を、制動走行あるいは回生制動走行で行わず、惰性走行主体で行う走行方法（特許文献４））を原則とする
・充電ステーションにおける充電量は目的地到着に必要な電力量に不足する最小限の電力量とする。
・充電ステーションにおける充電開始までの待ち時間は最小限、原則として０、にする。
上記走行経路中の適当な充電ステーションの選択・予約は、ＥＶから充電ステーションネットワークセンター（統括する各充電ステーションの給電能力（充電可能な方法および対応する充電端子数とその空き状態等のリアルタイム情報を有する））に車両現在地および不足電力量を通報し、充電ステーションネットワークセンターは不足電力量を充電すべき最適充電ステーションを選択・特定して特定結果をＥＶに通報し、通報を受けたＥＶは特定された充電ステーションにアクセスして、最短時間で必要電力量の充電を行う。

上記バッテリー残電力量での走行可能距離特定は、車両が省エネルギー走行を行う（例えば定常走行から減速・停止点への走行・停止を、制動走行あるいは回生制動走行で行うのではなく、惰性走行主体で行う）とした場合の走行距離、即ち車両が現地点から目的地点に向けて定速燃費（電費）走行するとした場合の走行距離をもって走行可能距離とする。

この結果必要最小限の小容量バッテリーを搭載したＥＶにおいても、出発地から目的地までの間走行に必要な電力量のうち、自宅等での普通充電による満充電での電力量で不足する場合があっても、不足電力量の充電を（充電開始までの待ち時間を含めて）最短時間で行うことが可能な充電ステーションにアクセスして効率的に必要十分な電力量充電することによって、航続距離不足・充電時間長大化の問題をも最小限に抑えることが可能となる。
即ち、本願発明はＥＶの普及促進に大きな効果をもたらすことができる。

本願発明実施に際してのＥＶは、
・ＥＶとしての機能・性能を発揮できる最小限の容量を有するバッテリーを搭載するＥＶであること、
・ＥＶにおける減速は、原則として制動あるいは回生制動ではなく惰性走行主体で行うものとする、
・最小限の容量を有するバッテリーへの充電は、電気自動車所有者の自宅等長時間駐車可能な場所における夜間の普通充電でおこなうことを原則とする、
・前記バッテリーの充電量（残充電量）検知機能、および残充電量による走行可能距離算出機能を有していること、
・出発地点から目的地点までの経路探索・誘導が可能な、充電ステーション位置情報を含む地図データーべースを有する、カーナビゲーション装置を有していること、
・走行中のＥＶ現在位置情報・走行状態情報、の特定が可能であること、

またバッテリーステーション側としては、
・ネットワーク化されている各充電ステーションの
リアルタイム充電能力（充電（普通充電／急速充電）方法・充電速度（時間）、充電端子形態／数、現利用状況（空きの有無、空きとなるまでの待ち時間等）
の各情報、を有し、ＥＶ側からの充電ステーション特定要求に対し正確かつ確実に要求に対応できる最適な充電ステーションをＥＶに対して紹介できる、統括する充電ステーションとネットワーク化された、充電ステーションネットワークセンター
が、必要になる。

本願発明は、ＥＶ普及の最大の問題である大容量二次電池の価格、重量、寿命および充電時間・充電場所に関する問題を、大容量二次電池容量を最小限化すること、減速は原則として惰性走行主体で行うこと、ＥＶは自車現位置から目的地までの距離およびバッテリー残電力量での走行可能距離特定が継続的に可能であること、および大容量二次電池充電は、原則としてＥＶ所有者の自宅等のＥＶ停車時に最大８時間程度の普通充電で可能であること、また走行中の残電力量不足は、充電を行うべき充電ステーション特定に関する情報を充電ステーションネットワークセンターからリアルタイムにＥＶに提供することによって、ＥＶの必要とする最小限の充電量を最短の時間で充電することを可能にするものであって、有効な地球温暖化対策としてのＥＶの普及に大きく資するものであると言える。

上記説明においては、ＥＶに搭載するバッテリーは、必要最小限の容量を有するものであるとしたが、本願発明による上記充電ステーションおよび充電ステーションネットワークセンターの機能は、必ずしも必要最小限の容量を有するバッテリーを搭載するＥＶに限定して有効なものではなく、一般的な大容量バッテリーを搭載したＥＶにも適用して充電の合理化を図ることができるものである。

本願発明は、電気自動車普及の最大の課題である大容量二次電池にかかわる諸問題（特に、価格、重量、充電時間、電池寿命）を解決・軽減し、電気自動車の広範な普及促進を図ろうとするものである。

小型自家用ガソリン車の一日平均走行距離は約６０ｋｍと言われている。従って、ＥＶに搭載するバッテリー容量は、車両がＥＶとして機能・性能を発揮できる最小限の容量として一日平均走行距離を走行するに必要十分な電力量を蓄積可能な容量（例えば、航続距離１００ｋｍ程度、バッテリー容量１０ｋｗｈ程度）とする。
また、上記小容量バッテリーに蓄積される電力量を有効に利用するため、車両は最大限の省エネルギー走行を行うものとする。

具体的には、走行中の車両の有している運動エネルギーを走行に有効活用する。
車両の有する運動エネルギーの有効活用方法として、回生制動がある。しかしこの方法では電気エネルギーに変換された運動エネルギーのバッテリーへの蓄積能力（バッテリーの電力密度）の低さが問題となって、十分な運動エネルギー利用効率が得られていない。
これに対して車両の有する運動エネルギーを直接車両走行に活かすことができればエネルギー利用効率は回生制動に比べて格段に向上する。併せて回生制動時に行うべき煩雑なバッテリーマネージメント（例えば充電量制御、温度上昇管理等）機能が不要になり、車両の価格低減および回生制動によるバッテリーへの急速充電防止即ちバッテリー寿命低下防止、に貢献することもできる。
従って本願発明においては、通常ほとんどのＥＶに利用されている回生制動機能を除去し、これに代えて惰性走行主体の減速走行を行うものとする。
減速走行を惰性走行で行うことによって、ＥＶの走行電費は、定速走行電費にごく近いものとすることができる。（特許文献４）

また、上記小容量化したバッテリーへの充電は、電気自動車所有者の自宅等日常的に長時間駐車可能な場所における８時間程度の夜間の普通充電でおこなうことを原則とする。
上記バッテリーの小容量化によって、上記ＥＶの問題中高価格であること、および重量大であることの問題は解決・軽減される。
一方、通常のＥＶ使用時においては、上記小容量での蓄積電力で一日の平均走行距離走行に必要な電力は充分確保されるが、頻度は低いが、一日の平均走行距離を超える走行距離（例えば１００ｋｍ以上）走行時における問題、即ち航続距離不足の問題、にも対処する必要がある。

走行中バッテリー残電力量が不足となる恐れが発生した場合、現状では、充電ステーションにアクセスして充電ステーションにおいて充電を、満充電あるいは満充電に近い充電量まで急速充電する方法が、一般的である。
しかしこの方法では、充電ステーションが少なく、また各充電ステーションにおける充電能力（所定の充電方法による充電が可能な充電装置端子数およびその空き状態等）が不十分な現状においては、充電が必要となったタイミングで、適当な充電ステーションの有無、あるいは適当な充電ステーションが存在しても充電ステーションにおける充電時間に加えて充電ステーションにおける充電開始までの待ち時間、も問題となる。

本願発明は上記問題を解決する方法も併せて提供するものである。
基本的考え方は、
・走行開始に先立って、あらかじめ走行開始地点−走行終了地点（目的地点、通常は走行終了後の駐車地点）間の走行経路を特定しておく。
・走行中は、現地点−目的地間走行距離Ｌｏ、およびバッテリー残電力量での走行可能距離Ｌａを継続的に特定し、Ｌｏ＞Ｌａが判明した時点で走行経路中の適当な充電ステーションの選択・予約を行う。
ここで、走行可能距離Ｌａの特定に際しては省エネルギー走行（交差点等への減速走行を、制動走行あるいは回生制動走行で行わず、惰性走行主体で行う走行方法、あるいは走行速度を通常の走行速度から一定量低減した（即ち走行抵抗中の空気抵抗分を低減した）走行）を原則とする
・充電ステーションにおける充電量は目的地到着に必要な電力量に不足する最小限の電力量とする。
・充電ステーションにおける充電開始までの待ち時間は最小限、原則として０、にする。
上記走行経路中の適当な充電ステーションの選択・予約は、ＥＶから充電ステーションネットワークセンター（統括する各充電ステーションの給電能力（所定の充電方法による充電が可能な充電装置端子数およびその空き状態等のリアルタイム情報を有する））に車両現在地および不足電力量を通報し、充電ステーションネットワークセンターは不足電力量を充電すべき最適充電ステーションを選択・特定して特定結果をＥＶに通報し、通報を受けたＥＶは特定された充電ステーションにアクセスして、最短時間で必要電力量の充電を行う。

上記バッテリー残電力量での走行可能距離特定は、車両が省エネルギー走行を行う（例えば定常走行から減速・停止点への走行・停止を、制動走行あるいは回生制動走行で行うのではなく、惰性走行主体で行う）とした場合の走行距離、即ち車両が現地点から目的地点に向けて定速走行燃費（電費）走行するとした場合の走行距離をもって走行可能距離とする。

この結果必要最小限の容量を有するバッテリーを搭載したＥＶにおいても、出発地から目的地までの間走行に必要な電力量のうち、自宅等での普通充電による満充電での電力量で不足する場合があっても、不足電力量の充電を（充電開始までの待ち時間を含めて）最短時間で行うことが可能な充電ステーションにアクセスして効率的に目的地到達に必要十分な電力量充電することによって、航続距離不足・充電時間長大化の問題をも最小限に抑えることが可能となる。
即ち、本願発明はＥＶの普及促進に大きな効果をもたらすことができる。

本願発明実施に際してのＥＶは、
・ＥＶとしての機能・性能を発揮できる最小限の容量を有するバッテリーを搭載するＥＶであること、
・ＥＶにおける減速は、原則として制動あるいは回生制動ではなく、惰性走行主体で行うものとする、
・最小限の容量を有するバッテリーへの充電は、電気自動車所有者の自宅等日常的に長時間駐車可能な場所における夜間の普通充電でおこなうことを原則とする、
・前記バッテリーの充電量（残電力量）検知機能、および残電力量による走行可能距離算出機能を有していること、
・出発地点から目的地点までの経路探索・誘導が可能な、充電ステーション位置情報を含む地図データーべースを有する、カーナビゲーション装置を有していること、
・走行中のＥＶ現在位置情報・走行状態情報、の特定が可能であること、

また充電ステーション側としては、
・ネットワーク化されている各充電ステーションの
リアルタイム充電能力（充電（普通充電／急速充電）方法・充電速度（時間）、充電端子形態／数、現利用状況（空きの有無、空きとなるまでの待ち時間等）、の各情報、を有し、ＥＶ側からの充電ステーション特定要求に対し正確かつ確実に要求に対応できる最適な充電ステーションをＥＶに対して紹介できる、統括する充電ステーションとネットワーク化された、充電ステーションネットワークセンター
が、必要になる。

Claims

一日の平均走行距離を（定速走行燃費での走行に相当する）省エネルギー走行で走行するに必要十分な電力蓄積容量を有する大容量二次電池を搭載し、前記大容量二次電池への充電は、ＥＶ所有者の自宅等長時間駐車可能な場所における駐車期間中の普通充電でおこなうことを原則とし、走行中は前記大容量二次電池残電力量による省エネルギー走行による走行可能距離Ｌaと当該電気自動車現地点−走行目的地点までの残距離Ｌo を周期的に比較し、大容量二次電池残電力量が省エネルギー走行による残距離走行に不足が生じると判明した時点以降の適当な時点で目的地までの経路途中にある充電ステーションにアクセスして必要最小限の電力量を充電することを特徴とする電気自動車。
電気自動車からの前記不足電力量を充電するための最適充電ステーション特定・予約の依頼を受けた（充電ステーションを統括する）充電ステーションネットワークセンターは、センターが統括している各充電ステーションの充電能力（充電端子数およびそれらの作動状況等）を含むリアルタイム情報から、電気自動車側から通報・要求された情報に対応する最適な充電ステーションを選択・特定して、電気自動車側に通報する、ことを特徴とする請求項１記載の電気自動車のための充電ステーションネットワークシステム。