電気+自動車① 電気自動車の概要についてメモ

ほかの技術知識

「電気のバックグラウンドがあって自動車が分かる、特許のMTPEできる人を探してるんですけど、アナタどうですか?」と某翻訳会社からお声がけ頂いた。電気はともかく自動車はサッパリだから、最低限の準備期間を見越して「4月後半ならできますっ」と回答したところ「じゃあ、4月中旬に客先にコンタクトとりますねー」とのことなので、しばらくの間、「電気」「自動車」にウェイトをかけて勉強する。

「電気」と「自動車」だから、電気自動車か、バッテリ、モータの分野だろうとヤマをかけて、とりあえず電気自動者の業界の概要が分かりそうな1冊を参考資料として購入した。

『電気自動車工学第2版 EV設計とシステムインテグレーションの基礎』 森北出版

・電気自動車(EV)開発の第一線の技術者たちによる,EV設計のためのシステムインテグレーションの入門書!
・ 世界的に広がる燃費規制,排ガス規制の強化を受け,エコカーの本命としてEVへの期待はますます高まっています.
・従来のエンジン車にない設計自由度をもつEV開発では,これまでとはまったく異なる考え方や異分野間のエンジニアの連携が求められます.EVの設計,開発,製造に携わるすべてのエンジニアに向けて,EVを支える主要な技術を体系化し,それらの設計の勘所をわかりやすく解説します.
第2版では,近年の状況を反映した加筆と,さらなる補足説明を加えて内容をブラッシュアップしました.

Amazon

まず初めに、従来の自動車と電気自動車との違い,電気自動車が抱える課題,技術要素について確認した。

電気自動車について

電気自動車は、排気ガス規制等に配慮したエコカーの一種である。そもそもエコカーが何であったかというと、従来の自動車と「動力源」および/または「エネルギー原」が異なり、環境に配慮した設計の自動車全般のことを指すようだ。

「エコカー」の種類

動力源とエネルギー源から、大きく5種類に区分できる。電気自動車に注目すると、動力源が「 バッテリと駆動モータ 」となっているが、より具体的に書けば「 Liイオン二次電池と交流モータ 」である。

1.ハイブリッドカー

  動力源:エンジンと駆動モータ,エネルギー源:ガソリン・軽油

2.燃料電池自動車

  動力源:燃料電池と駆動モータ,エネルギー源:水素・メタノールなど

.電気自動車

  動力源:バッテリと駆動モータ,エネルギー源:電気

4.バイオ燃料自動車

  動力源:エンジン,エネルギー源:バイオ燃料

5.次世代ディーゼル車

  動力源:エンジン,エネルギー源:軽油

電気自動車の課題

  • バッテリの大きな質量と容積、コスト

―>モータは電源電圧が高いほど単位体積当たりの出力が大きく、モータ出力が同じならば電圧を高くするほど小型化できる。しかし、電源電圧を上げるには、バッテリのセル直列数を増やす必要がある。そうするとバッテリが大型化し、重量増とコストアップ招く。

  • バッテリの直流からモータを駆動する交流を生成するパワーエレクトロニクス機器

電気自動車と同じ技術的課題を抱えるもの

  • 電動移動体(広義のEV:Electric Vehicle)

ドローン、ロボット掃除機、ソーラー飛行機、海自潜水艦、観光船など

電気自動車と同様に、リチウムイオン二次電池と交流モータを組み合わせたもの。これらEVファミリー全体が技術開発を刺激している
  • 蓄電

太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギーでは、発電量の変動が激しいため、蓄電のニーズが大きい。電力の蓄電では、電気自動車同様に、バッテリと交直変換がコア技術になる。

電気自動車と従来の自動車(内燃機関)の主な構造の違い

どんな自動車であっても、自動車の設計では、動力源の配置と駆動輪の選択が車両の基本構造や運動性能を大きく左右する。

内燃機関の自動車の構造

  • エンジンをフロント・リア・ミッドシップのいずれかにマウント する必要がある
  • 出力と駆動輪の間に、変速機とドライブトレインを入れる必要がある
  • 最初に構造設計をして、そこに機能を付け加えていくやり方で開発される。たとえば、まず油圧ブレーキ機構が先にあって、これを制御対象としてブレーキ制御ソフトが開発される。
ドライブトレインとは、プロペラシャフトやデファレンシャルギヤなどの動力伝達機構のこと

電気自動車の構造

  • モータを動力源とするので、搭載場所や個数の自由度が高い。
  • 変速機とドライブトレインは無くてもよく、①バッテリとバッテリコントローラ、②モータとモータコントローラ、③充電システム(充電口を付けただけ~車載充電器まで)の3つが、基本構成要素になる。
  • 搭載している各機能部品を組合わせることによって、ひとつの「走る/曲がる/止まるの機能をもつ構造体」に統合する。各機能部品と同様に、車両運動を制御する総合制御システムが重要である。
個別システムのアーキテクチャ設計

設計すべき項目として、以下のような項目がある。

  1. 制駆動システム
  2. 車両運動の総合制御システム
  3. バッテリのアーキテクチャ設計
  4. 電源システム
  5. LOB(Life-On-Board:空調など快適利便のシステム)

とりあえず、今日はここまで。