先日JPが配達用にEVを使っている話を書いた。
ミニキャブEVは最高速度が100km/hである。
スズキのe SKYは130km/hとなっている。
1000馬力級のEVでもギアを持たないものは300km/h出るかどうかの最高速だ。
モデルSでオプションを付ければ瞬間最大で330km/h近くまで出るが、すぐにオーバヒート警告が出て出力が落ちる。
オプションをつけない場合は250km/hが公称最高速度だ。
ICEで1000馬力あれば350km/hで走っていられる。
ブガティは400km/h以上、ランボルギーニも380km/h近く出るが、これらは少し特殊な車か。
EVでも2段ギアを持ったものもあるのだが、いずれにしても高速走行が苦手だ。
何故高速走行が苦手なのか？その理由としてモーターの特性がある。
と言う話の前に、例えばガソリンエンジンを考えてみると低回転域は苦手だ。
低回転ではトルクが小さいため、ギアで減速しなければ自動車を発進させる事も出来ない。
上の最高速度の話で、250km/h出せる減速比でモーターと車軸を接続していて、その状態でゼロ発進が出来るのがモーターだ。
しかもICEが1速ギアから発進した時より強い加速度が得られるのだから凄い。
ICEで7速或いは8速ギアに入れたまま、ゼロ発進が出来るかと言えば否である。
モーターの場合は静止トルクが大きいので、電流さえ流せばぶっ壊れるまでトルクが上がる。
エンジンはトルク一定型の機関なので、出力は回転数に比例して大きくなる。
自動車を停止状態からスタートさせるにはそれなりのトルクが必要だが、それにはエンジン回転数を上げる必要がある。
そこでクラッチ機構を使い、エンジンの回転数を徐々に(回転数ゼロの)タイヤに伝える仕組みがある。
モーターは出力一定型の機関なので、回転数を上げるとトルクが下がる。
回転数を下げればトルクが上がり、回転数ゼロからでも使えるのでクラッチが要らない。
しかし回転数が上がるとある所で急激にトルクがなくなり、これが事実上の最高回転数になる。
最高回転数を上げるには電圧を上げれば良くて、電圧を上げればぶっ壊れる所までモーターは回る。
じゃあ電圧を上げて電流をガンガン流せば良いじゃないかとなるのだが、電圧を上げなければいけなくなる時点でモーターの効率はかなり落ちてきている。
エンジンがトルク一定型の機関だからと言って、1万回転でも2万回転でも回るかというとそうではない。
吸排気効率に限界があるので、やがて回転数が上がらなくなる。
これと同じようにモーターにも設計上の最高回転数が存在する。
モーターは駆動電圧を大きく上げないと回っていかない領域がある。
モーターが発生する逆起電圧が駆動電圧を相殺するからだ。
こうなると電圧を上げようにも、内部でそれが相殺されている状態なので実効電圧が上がっていない。
逆起電力を小さくするには磁力を弱めれば良いので、界磁弱め制御を行う。
界磁を弱めると言う事はトルクを減らす事になるが、トルクの減少と引き換えに回転数が上がる。
回転数を上げた方が得なのか、トルクを増やした方が得なのか、運転状況によってインバータはモーターの電流と電圧を制御する。
出力馬力＝回転数×トルク(Nm)/7023.5なので、出力馬力が大きくなるように回転数とトルクを制御する。
図はこちらから。
物理的な限界もあって、回転子が遠心力に耐えられずに膨らめば固定子に接触する。
物性の限界を超えれば磁性体がバラバラになってしまう。
コイルのインダクタンスも問題だ。
回転数を増大させるには駆動周波数を上げる必要があるが、駆動周波数を上げるとインダクタンスが効いて来て電流が減少する。
モーターのトルクは電流なのだから、高回転で電流が流れなくなると言う事はトルクが低下する事になる。
そこで電圧を上げる必要が出て来るが、何しろ相手はコイルなので急に電流は流れてはくれない。
では最高回転数をどこにするのか？
最高回転数ばかりを狙うと発進トルクが厳しくなる。
発進時に過大な電流を流せばトルクは出るが、ロスが増えるので発熱も増える。
発進トルクを重視すると最高回転数が下がる。
さてどうする？
その答えがミニキャブEVの100km/hであり、e SKYの130km/hであると言える。
普通車の場合はもう少し高い最高速度が必要だが、モデル3でも200km/h～230km/hでしかない。
日本専用軽自動車なら、eSKYの130km/hで十分だ。
e SKYでは低速トルクも欲張っていない。
EVだから加速が良くなければいけないという概念を捨て、効率の悪い部分は極力使わないようにする。
それによって実電費を向上させようとしているのではないだろうか。
イーロンマスク氏はテスラ製車両とガソリン車を戦わせるが、0-100km/h(0-96km/h)しかやらない。
0-400m(1/4mile)ではちょっと厳しくなってくるからだ。
戦うのなら自分の勝てる土俵で行う、まあ当たり前と言えば当たり前だ。
ICEで高速道路を走ると燃費は良くなる。
定速走行が出来るのでエンジンの効率点に近い所を使う事になる。
ただし最近の低燃費車では80km/h程度に抑えた方が燃費が良くなるが、それ以下の速度だと7速とか8速ギアに入らなくなる。
スロットルを開けて走った方がポンピングロスが減って燃費が良くなるので、最適な速度はその車によって違ってくる。
軽自動車などパワーのない車での高速走行は燃費の悪化につながる。
大排気量車で街中走行ではポンピングロスにエネルギを取られているような車は、ある程度の速度で走った方が燃費は良くなる。
空気抵抗の大きな車は、空気抵抗によって燃費が悪化する。
ハイブリッド車は高速道路の走行でもさほど燃費が伸びない。
エンジンが効率点で動いたとしても、モーターが効率点を外れてしまうからだ。
特にシリーズハイブリッドだと燃費が伸びず、その為ホンダはエンジンと車軸を結合させるモードを持たせた。
高速走行ではEVも効率点を外れた所で運転する事になるので、バッテリーの減りは早くなる。
空気抵抗や走行抵抗の話もあるが、それはICEでも同じだ。
EVで電費を稼ぎたいのなら、トラックの後ろを走るくらいの気持ちを持てば良い。
どうせ急いだ所で充電時間があるのだから、効率点を狙った方がお得である。
高速道路を走ったらみるみる電池残量が減って驚いたみたいなPostがあるのだが、短時間に多くの距離を走るのに加えて上に書いたような事情があるので仕方がない。
10月終わりの本日のニュース欄にも載っていたPost。
仕方のないことを正当化しようとしても無理がある。
誰がどう言おうとも5分より30分の方が長く、時は金なりと考えればロスにしかならない。
そのロスが有用だなんて話は、ガソリン車をトランスミッションレスで走らせろと言う事と同じで無理がありすぎる。
だがこの無理をやったメーカがある。
ホンダマチックは自動変速式トランスミッションの特許を回避するため、ストールトルク比を3と大きくしたトルクコンバータと、手動変速2段ギアを組み合わせた。
手動で変速しない限りは変速しない(!)ので、これを以て無段変速と称した。
当時はマニュアルトランスミッション車が殆どだった時代、無段変速は凄いと話題になり売れた。
しかし乗る人が増えてくると、無段変速じゃなくて変速しないだけじゃないか、2速発進で何が面白いのだと言われ始める。
それでも手動で1速から4速まで切り替えるのに比較すれば、低速用と高速用の2段をセレクトするだけなので、十分に便利で快適、うーん、シフトショックを出さない運転を心がければ快適だったかな。
勿論加速は鈍く燃費は悪かったのだが、いわゆるAT車は大排気量車にのみ搭載されていた時代であり、小型車と無段変速(無変速)トランスミッションの組み合わせは異例だった。
そうは言っても効率追求の時代が来れば、多段変速へと進化していく。
ホンダマチックも3速化が行われたものの、段数が増えればシフトレバー操作が面倒になる。
こうしてホンダの言う無段変速、世間で言う変速しないだけのミッションは消えていったのだった。
当時の技術でもモータを動力としてシフトレバーを動かすことは出来た筈だ。
これでも特許に抵触したのだろうか？
ホンダサーボマチックとか名前を付けて、サーボモータでシフトレバーを押したり引いたりする。
EVの多くは固定ギアで減速している。
アイドリングの概念がないのでクラッチは必要なく、モータと車軸はギアを介して直結だ。
電欠になった時に牽引して貰うと回生充電が出来る車がある一方で、牽引不可能としている車もある。
テスラ製車両は車両運搬車か、4輪を浮かせた状態でないと搬送が出来ない。
牽引用のワイヤー取り付け場所もなく、積車にウインチで引っ張り上げるのも禁止だ。
故障していない状態でシステムが起動すれば充電が出来るが、JAFはテスラ用のアダプタを持っていない場合がある。
また完全に電欠になると充電が出来ない(システムが立ち上がらない)。
大型トラックを牽引する時にリアのドライブシャフトを抜くが、EVの牽引もそれなりに難しい。
EVのレッカー移動を受け付けていない業者があるのは、車両ごとに色々と面倒なことがあるためだ。
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