気候変動と戦うために世界がより再生可能エネルギーと輸送ソリューションに向かう中、電気自動車（EV）の人気が急増しています。 EV を支えるテクノロジーは向上し、EV は私たちの文化のより大きな部分を占めるようになりました。テスラのような企業はEVを一種のステータスシンボルにさえしている。しかし、それらが実際にどのように機能するのか疑問に思ったことはありますか?
ここでは、EVとガソリン車の違いとその仕組みについて簡単に説明します。
では、電気自動車はどのように動作するのでしょうか?
人々が電気自動車に言及するとき、通常はバッテリーで駆動される完全な電気自動車のことを指します。これらはバッテリー電気自動車 (BEV) と呼ばれることもあります。ただし、EV として分類できる
他のタイプの車両
もあります。
- ハイブリッド車
- プラグインハイブリッド車
- 燃料電池電気自動車（FCEV）
現在路上を走行している主なタイプの EV は、ハイブリッド車とバッテリー駆動車です。
EVのバッテリーの仕組み
燃料電池で駆動されていないすべての EV は、将来の車両の駆動に使用されるエネルギーを蓄えるために、何らかのバッテリーを必要とします。最も一般的なのは、これらのバッテリーはリチウムイオンでできており、基本的には携帯電話のバッテリーの工業用強度バージョンです。
EV バッテリーは通常、ユニットに編成されたセルのスタックから構成され、トラクション バッテリーと呼ばれる車両の底部に沿って大きなバンクに配置されます。バッテリーアセンブリは、充電ステーションを介して、または車両を家庭用電源ソケットに差し込むことによって、グリッドからの電気で充電されます。バッテリーを搭載したトラックや SUV などの大型車両には、より大きなバッテリー バンクが搭載されます。
完全に充電されると、車両は一定の航続距離を確保し、その後再度充電する必要があります。電気自動車には、車が動いていないときにエンジンを停止したり、車がブレーキをかけたときの運動エネルギーを利用してバッテリーを充電したりするなど、バッテリーの寿命を延ばすための機能が組み込まれています。
燃料電池車の動作は少し異なります。バッテリーの代わりに、貯蔵された水素ガスのタンクを使用し、その水素を空気中の酸素と混合して電気を生成する化学反応を引き起こします。ガソリンがなくなるとタンクを補充する必要がありますが、EVのバッテリーを再充電するよりも時間がかかりません。
EV のバッテリー技術は常に進歩しているため、EV の設計が新たに改良されるにつれて、EV の範囲はおそらく拡大し続けることになります。 GMはCES 2021で、よりエネルギー密度の高い小型EV用バッテリーを生産する
LGとの提携
を発表した。
電気モーターとガスエンジン: 違いは何ですか?
ガスを動力源とする内燃エンジンは、圧縮され点火された燃料を使用してクランクシャフトに接続されたピストンを動かし、車両の車輪を回転させます。
全電気自動車は
同じ回転原理を使用して車両を前進させますが、動力が異なるだけです。
EV はピストンの代わりに電磁石を使用してクランクシャフトを動かします。 EV の電気モーターには磁石のシステムがあり、その一部は固定されており、一部は回転します。磁石は、回転する必要がある磁石の極性を連続的に切り替えることによって回転します。
子供の頃にやった科学実験を覚えていますか? 2 つの磁石を用意し、それらを極と極に並べて、それらを押し寄せようとしたのです。非常に基本的なレベルでは、北から北または南から南に向いた 2 つの磁石を一緒に押しようとするときに生じる抵抗が、EV のモーターを回転させ、車両の車輪を回転させます。
この抵抗を生み出すには、回転する磁石が常に静止した磁石とは逆の電荷を持っている必要があります。それを実現するのがインバーターと呼ばれる装置です。インバーターはEVのバッテリーから電力を受け取り、1秒間に約60回回転磁石の極性を切り替えます。継続的なスイッチングにより、持続的な磁気抵抗が発生し、モーターに電力が供給されます。 YouTube チャンネル TechVision の
このビデオ
で、この概念を視覚的に詳しく説明しています。
この設計は、モーターが最初から回転するように作られているため、内燃エンジンより効率的です。一方、ガス動力エンジンは、車輪を回転させるためにピストンの上下運動を回転運動に変換するためにクランクシャフトを使用する必要があります。 。インバーターの極性切り替えの周波数を調整することで、ドライバーはガソリンエンジンよりもEVの速度とトルクをより細かく制御できるようになります。
EVは本当にガソリン車よりも持続可能ですか?
全電気自動車は化石燃料を燃やさないため、テールパイプから有害な排気ガスを排出しません。水素燃料電池自動車では、運転時の唯一の副産物は、水素と酸素を混合して得られる水です。その意味で、EVはガソリン車よりも持続可能で環境に優しいのです。ただし、動作に必要なバッテリーは、長期的に持続可能であるために慎重に製造され、調達される必要があります。
電気自動車がガソリン車と競合する場合、EVのバッテリーを製造するために必要な鉱物をより大規模に採掘する必要がある。また、耐用年数が終わったバッテリーをどうするかという問題もあります。憂慮する科学者連合は、2021年2月に
EVのバッテリーに関する報告書
を発表し、それを実現するために何をする必要があるかを概説した。主な対策には、バッテリーリサイクルプログラム、職場の強力な健康労働基準、製造における再生可能エネルギーの使用などが含まれます。
電池メーカーも、電池の製造において、より容易に入手できる材料に注目しています。たとえば、前述の GM バッテリーは、バッテリーごとに使用されるコバルトの量を削減するために、設計にアルミニウムを組み込んでいます。
EV の持続可能性に関してよく言われるもう 1 つの点は、それらの車両に動力を供給するための電気を生産する工場も温室効果ガスを排出するということです。ガス燃料電池車と水素燃料電池車はどちらも、たとえば天然ガスから生成された電気を使用できます。排出量はガソリン車よりもまだ少ないものの、風力や太陽光などの再生可能電源への投資が拡大すれば、将来的にはより多くの電気自動車を動かすための発電の影響がさらに限定される可能性がある。
