JP2020124049A - 電気自動車 - Google Patents

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、充電インフラ、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、充電ステーション等における急速充電でではなく、電気自動車所有者の自宅等定常的に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行い、走行中おける減速走行は、回生制動を含む制動走行主体ではなく、惰性走行主体で行う。【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販売価格、航続距離、および充電インフラ整備の問題を、大容量二次電池の技術的改良ではなく、その構成及び利用方法によって、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）エネルギー密度が低く、そのため航続距離が短いこと、
４）航続距離拡張のための充電に要する時間短縮のための急速充電が必要になること、そのためのインフラ整備が必要となること、
５）サイクル寿命が短いこと、
これら問題中、３）、４）の航続距離、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、充電済の大容量二次電池と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、 ２）重量大であること、および４）充電インフラの整備、 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および大容量二次電池の技術レベルに対応した急速充電可能なインフラの整備を、各々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 特開２０１３−１７７１２６

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、上記諸問題を、バッテリーの小容量化および前記バッテリーの小容量化に対応したＥＶ構成及び利用方法の合理化、によって解決しようとするものである。

わが国におけ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、市街地走行を主目的としたＥＶに搭載するバッテリー容量は、車両が市街地走行用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およびこの間に必要なエアコン、照明器具、ワイパー等の電装品駆動に必要十分な電力量を蓄積可能な容量（例えば、航続距離８０ｋｍ程度、バッテリー容量１０ｋｗｈ程度）を想定する。

上記ＥＶに搭載するバッテリーの小容量化によって、ＥＶ価格の大幅な低減が可能となると同時に、ＥＶ重量の削減を図ることが可能になり、このＥＶ重量削減は車両重量に比例する車両の（走行抗中の）転がり抵抗低減につながり、ＥＶのさらなる省エネルギー化が可能となる。

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（バッテリーのパワー密度）の低さが問題となって、十分な運動エネルギー利用効率（回生効率）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（惰性走行を行う）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）機能の簡易化も可能となる。

この、バッテリーマネージメント機能の簡易化は、バッテリーへの充電方法を急速充電ではなく普通充電（プラグイン充電）に簡易化することによっても可能となる。
即ちバッテリーへの充電を急速充電から普通充電化することによって、バッテリーマネージメント機能の簡易化と併せて、バッテリー寿命の向上およびＥＶの価格および保守・運用費用の低減にもつなげることができる。

従って本願発明においては、現状ほとんどのＥＶに搭載・利用されている回生制動機能を除去し、これに代えて必要最小限の制動走行を含む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主体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、特許文献 ５）。

また、上記小容量化したバッテリーへの充電は、充電ステーション等における急速充電でではなく、例えば、電気自動車所有者の自宅等定常的に長時間駐車可能な場所における夜間８時間程度の普通充電でおこなうことを原則とする。
さらに上記普通充電用電力は可能な限り太陽光発電等の再生可能エネルギーによる発電電力を使用することによって、ＥＶの本来の目的である地球温暖化、ヒートアイランド対策に更なる貢献が可能となる。
また、上記小容量化したバッテリーへの充電が普通充電で可能とすることによって、従来の急速充電のための充電インフラの整備の重要度・要求度を大きく低減することもできる。

上記バッテリーの小容量化、充電の普通充電化、および回生制動機能の除去、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、充電インフラの整備、に関する諸問題は解決・軽減される。

一方、本願発明によるＥＶの市街地走行使用時においては、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確保されるが、前記都市間走行を主体とする一日の平均走行距離を超える走行距離（例えば１００ｋｍ以上）走行への対応、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、上記の如く、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。

上記問題を解決する方法としては、
・市街地走行用ＥＶにおいて、走行中残電力量不足となるバッテリーを、（充電ステーション等において）充電済のバッテリーと交換・搭載する方法
・あるいは市街地走行用ＥＶにガソリンエンジンを搭載して、その発電電力でバッテリー残電力不足をカバーする、即ちＰＨＥＶ化する、方法
が考えられる。
いずれの方法によっても、従来の、必要な航続距離走行に必要な大容量容量二次電池を搭載する場合に比べて、価格的、重量的、航続距離、あるいは充電インフラ整備の問題に対しても、有効な方策となることは言うを待たない。

上記の如く、電気自動車をその用途によって市街地走行用と都市間走行（長距離走行）用に大別し、各々において搭載する大容量二次電池容量は最小化するとともに、充電方法（電力エネルギー補充方法）の最適化、省エネルギー走行、を行うことによって、従来のガソリンエンジン車と同等以上の価格的、省エネルギー的、かつ運用費用も少ない、有効な車両を提供することができ、その普及促進が可能となる。

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。
・バッテリーへの充電は、バッテリーステーション等における急速充電でではなく、例えば、電気自動車所有者の自宅等定常的に長時間駐車可能な場所における夜間８時間程度の普通充電（プラグイン充電）でおこなうことを原則とする。
・バッテリーへの充電電力は、可能な限り再生可能エネルギーによる発電電力を使用する。
・走行は省エネルギー走行を減速とする。特に走行中における減速は、原則として制動あるいは回生制動による減速ではなく、必要最小限の制動走行を伴う惰性走行主体の減速走行で行うものとする。従って回生制動機能は原則としてこれを除去する。

本願発明は、ＥＶをその用途（一日の平均走行距離）によって大別し、前記大別されたＥＶ各々において、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、減速は原則として回生（協調）制動主体ではなく惰性走行主体で行うこと、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、可能な限り太陽光発電等の再生可能エネルギーによる発電電力による普通充電で行うこと、によって解決・軽減して、その普及を促進するものである。

本願発明は、電気自動車普及の最大の課題である販売価格、航続距離、および充電インフラ整備の問題を、これら問題の主体たる大容量二次電池の技術的改良ではなく、その構成及び利用方法によって解決・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）エネルギー密度が低く、そのため航続距離が短いこと、
４）航続距離拡張のための充電に要する時間短縮のための急速充電が必要になること、そのためのインフラ整備が必要となること、
５）急速充電が主たる原因の温度上昇によるサイクル寿命の低下、
これら問題中、３）、４）の航続距離、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、充電済の大容量二次電池と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、 ２）重量大であること、および４）充電インフラの整備、 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および大容量二次電池の技術レベルに対応した急速充電可能なインフラの整備を、各々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。

上記ＥＶに搭載するバッテリーの小容量化によって、ＥＶ価格の大幅な低減が可能となると同時に、ＥＶ重量の削減即ち車両の（走行抗中の）転がり抵抗低減につながり、ＥＶのさらなる省エネルギー化が可能となる。

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（バッテリーのパワー密度等）が問題となって、十分な運動エネルギー利用効率（回生効率）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（減速走行を回生制動主体ではなく惰性走行主体で行う）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大きく向上する。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）機能の簡易化も可能となる。

この、バッテリーマネージメント機能の簡易化は、上記減速への惰性走行の活用に加えてバッテリーへの充電方法を急速充電ではなく普通充電（プラグイン充電）に簡易化することによって可能となる。
即ちバッテリーへの充電を急速充電から普通充電化することによって、バッテリーマネージメント機能の簡易化と併せて、バッテリー寿命の向上およびＥＶの価格および保守・運用費用の低減にもつなげることができる。

従って本願発明においては、現状ほとんどのＥＶに搭載・利用されている回生制動機能を除去し、これに代えて必要最小限の制動走行を含む惰性走行主体の減速走行を行うものとする。（但し、制動力に不足が生じる場合には、電気制動によりこれを補うことも可能である。）
減速走行を惰性走行主体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、特許文献 ５）。

上記バッテリーの小容量化、充電の普通充電化、回生制動機能の除去、によって、上記ＥＶの問題中高価格であること、重量大であること、充電インフラの整備の必要性、および急速充電時の発熱によるサイクル寿命低減、に関する諸問題は解決・軽減される。

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。
・バッテリーへの充電は、バッテリーステーション等における急速充電でではなく、電気自動車所有者の自宅等定常的に長時間駐車可能な場所における夜間８時間程度の普通充電（プラグイン充電）でおこなうことを原則とする。
・バッテリーへの充電電力は、可能な限り再生可能エネルギーによる発電電力を使用する。
・走行は省エネルギー走行を減速とする。特に走行中における減速は、原則として制動あるいは回生制動による減速ではなく、必要最小限の制動走行を伴う惰性走行主体の減速走行で行うものとする。従って回生制動機能は原則としてこれを除去する。
・バッテリーへの充電は急速充電ではなく普通充電で行われるため、急速充電に伴う発熱によるサイクル寿命の低下が緩和される。

本願発明は、ＥＶをその用途（一日の平均走行距離）によって大別し、前記大別されたＥＶ各々において、ＥＶ普及の最大の問題である大容量二次電池の価格、重量、サイクル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、減速は原則として回生（協調）制動主体ではなく惰性走行主体で行うこと、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、可能な限り太陽光発電等の再生可能エネルギーによる発電電力による普通充電で行うこと、によって解決・軽減して、ＥＶのさらなる普及促進による地球温暖化対策を図ろうとするものである。

Claims (2)

1. 一日の平均走行距離を走行するに必要十分な電力蓄積容量を有する小容量化した大容量二次電池を搭載し、前記大容量二次電池への満充電は、充電ステーション等における急速充電でではなく、電気自動車所有者の自宅等定常的に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行う、また、走行中の減速は、急速充電を伴う回生制動主体の減速ではなく、必要最小限の制動走行を含む惰性走行主体の減速走行で行う、ことを特徴とする市街地走行用電気自動車。
2. 市街地走行用電気自動車における小容量化した大容量二次電池と同等な大容量二次電池を搭載し、走行中前記小容量化した大容量二次電池残電力量に不足が生じた場合は、前記小容量化した大容量二次電池と同一仕様の充電済大容量二次電池と交換搭載する、あるいは市街地走行用電気自動車に発電用エンジンを搭載してＰＨＥＶ化する、ことによって小容量化した大容量二次電池充電量不足に対応した構成とする、ことを特徴とする都市間走行用電気自動車。