EV、PHEV、HEVと燃料電池車の環境・走行性能分析
〜走行距離、電池容量、燃費、電費、CO2負荷の比較〜
■ポイント■
・日本の電動化率、HEV主体で45%達成2021
・EV化=脱炭素にはならない、そんな訳はないはず
・EV化は中国と欧州が先行、米国は訳ありの遅れ
・難問山積み、EV電池生産とサプライ・チェーン
・2022日本のEV再起動、T、N、H、SONY..
・充電待ちのEVの列のはずが...鶏と卵の例か
・バス・トラックはEVを超えて燃料電池車FCVへ
・ディーゼルのNOX規制の強化をFCVで回避
・コロナ禍のあとは、欧州のエネルギー戦争か
■概要■
この本のタイトルをどの様に観るか、立場により国や地域によって、かなり多種多様であろう。コロナ禍の中のこの数年で、意外にも続伸したEVの生産台数。一挙に2030年ないしは2035年の、新規ガソリン車の販売停止まで行くのか。とは言え日本と欧州では依然として、ハイブリッド車HVが新規登録車のトップを占めている。人気で売れているのは、大型のSUVであり、その殆どはEVではなく、プラグイン・ハイブリッドPHVである。
やはり自動車のエネルギー問題の根本的な解決は、水素エネルギーと燃料電池車FCVに求めざるを得ないのであろうか。昨今の世界の政治情勢の変化によって、天然ガス不足や石炭への回帰が顕著である。COP26の目標は霞んで、脱炭素(カーボンニュートラル)の行方さえ不透明になっている。発電電力のCO2負荷、KgCO2/kWh電力は、高止まりの傾向が見えている。
EVシフトは望ましくはあるが、大容量のEV電池の生産とコストや、それに伴う原材料のサプライ・チェーンSCなど、余りにもEVの拡大はハードルが高い。
上記の混沌たる状況を理解し、今後の方向を見定めるには、EV、PHEV、HEVとFCVの、それぞれの性能と技術を、可能な限り数値で比較し、一覧して考えて見る必要があろう。
本書は2022年3月段階での、上記の自動車のデータを集めて一覧し、“走行距離Km(WLTC)”、“電池容量kWh”、更には“燃費Km/Lガソリン”と“電費Km/kWh充電電力”などのパラメーターで、相互の比較を行い、表題のテーマに何らかの答えを求めるものである。
なかなか掴まえ難い内容であるが、読者各位との接点を見いだせればとの思いである。
＜1＞自動車の電動化と生産・販売の状況
1．全体の動向と2030/35モデル
・電動自動車の選択、2022時点
・自動車の脱炭素プラン、2021情報
・自動車各社のEV化率、IEAデータ など
2．欧米の状況
・Global EV Outlook 2021
・EU26ヶ国の新車登録2021、燃料タイプ別
・欧州自動車工業会ACEAデータ
3．中国の状況
・中国の新エネ車NEVの状況(1)、台数と%
・中国の新エネ車NEVの状況(2)、2021実績
・中国の新エネ車NEVの状況(3)、今後の方向(1)対数表示 など
4．日本の状況
・三菱自動車のEVアイミーブの販売実績(国内)
・日産自動車EV リーフの販売実績(国内)
・国内販売、電動車の種類と比率
・電動自動車の国内販売と保有台数(データ)
・日本国内の電動自動車推移
・国内電動自動車、2020年のA.保有とB.販売 など
5．電動化モデル2030
・主要国の自動車生産と国内登録、2019
・ガソリン車と電動車の代替(年度と累積)、(LMCAデータ) など
＜2＞電動車両の構成、区分と主要諸元
1．構成と各国の区分
・EV、PHV、HVとFCVの動力源構成
・駆動構成EV、GEV、PHVとHV
・電動自動車の走行パラメーター(WLTC)
・(再)電動自動車の選択、2022時点
・排ガス規制、CAFEなどの集約方法
2．電費kWh/Kmと燃費L/Km
・EV電費とGV燃費の比較(グラフ1)
・WLTCモードにおける燃費、電費(グラフ2)
・HV、PHVとEVの電費と燃費の比較(2022追加)
・EV電費とGV&HV燃費の比較(データ)
・(引用文献)EVの走行速度と電費Wh/Km
・自動車の燃費表示、国交省、経済産業省
3．モード走行、WLTCとJC08
・HV、PHVとEVの電費と燃費の比較、(追加2022データ)
・JC08とWLTCの相間(最小二乗法)
・日本の燃費基準がJC08からWLTPへ移行
・各国の自動車の“燃費”基準とCO2排出(乗用車)
・燃費とCO2排出関係の表示と単位換算
4．セル、モジュールとシステム
・セル、モジュール(パック)、とEVシステム
・搭載電池kWh容量と電圧諸元
・日産自動車 LEAF 2019 電池構成
・日産自動車 LEAF 2019 EVシステム
＜3＞HEVの性能とガソリン車との関係
1．ハイブリッドHEVの原理
・トヨタ自動車 ハイブリッド車販売推移
・HEV、ハイブリッド電動システム
・内燃機関の原理的な問題、カルノーサイクル
・電動自動車の選択、国別2022時点
2．HEVの環境性能と効果
・HEVの燃料消費率(Km/L)比較
・HEVの環境性能(gCO2/Km)比較
・HEVの環境性能(gCO2/km)比較データ
・HEVの燃料消費率(Km/L)比較データ など
＜4＞PHEVの性能とHEV/PHEV/EVの関係
1．PHEVとHEVの比較
・(引用)TOYOTA PRIUS PHVの主要諸元(部分)
・(引用)TOYOTA PRIUS PHVの環境仕様(部分)
・電動自動車の走行パラメーター(WLTC)
・PHVとHVの比較、ハイブリッドモード(データ)
・PHEVとHEVの比較(1)、ハイブリッドモード など
2．PHEVとEVの比較
・PHEVのEVとしての特性(1)
・PHEVのEVとしての特性(2)、2022
・PHEVのEVとしての特性(データ)
＜5＞EVの性能と環境特性
1．EVの主要諸元と走行性能
・NISSAN LEAF 2020 主要諸元
・TOYOTAとSUBARUのEV、2021〜22
・トヨタのEV、dZ4Xの概要
・搭載電池kWh>>走行Km
・EVの走行効率、Km/kWh電池 など
2．環境特性の評価と多様性
・EVとPHV(EV)の走行時CO2発生試算(3 データ)
・EVとPHV(EV)の走行時CO2発生試算(1 リニアグラフ)
・EVとPHV(EV)の走行時CO2発生試算(2 指数グラフ)
・gCO2/Km(WLTC)、化石燃料+充電電力(2019)
・gCO2/Km(WLTC)、化石燃料+充電電力(2030) など
＜6＞燃料電池車FCVの特性とEVとの関係
1．FCVの主要諸元
・燃料電池車に関する新聞報道など一覧
・(引用)TOYOTA MIRAI 主要諸元
・FCV主要諸元、MIRAIとCLARITY、2020
・TOYOTA MIRAI 2020 (3)
・FCVの水素搭載量と充填圧力MPa など
2．2020年のFCV
・電動自動車の蓄/発電容量と走行距離 2015
・燃料電池の出力、kWh/水素Kg
・FCVとEV、搭載エネルギーと航続Km
・FCVとEV、搭載エネルギーと航続Km(データ)
・HONDA CLARITY 2020 など
3．FCVの環境特性
・CO2発生、燃料電池車MIRAIベース
・水素の工業製造とCO2の発生
・水素ステーションの概要
・(引用)IWATANI産業(株)水素ステーション
・水素ステーション(次世代自動車振興センター) など
4．大型バスの燃料電池化とEV化
・燃料電池バス、新潟交通ほか2022
・国内各社の燃料電池バス、SORA
・車輌重量と走行性能(2020年JC08)、中大型EV
・大型バスのEV化と燃料電池化、可能性は
・大型バスのEV化と燃料電池化、可能性(計算過程) など
5．燃料電池の構成と基本特性
・H2/O2 燃料電池の基本特性
・燃料電池の出力と電圧
・燃料電池の出力、kWh/水素Kg
・燃料電池スタック(実験用モデル)
・燃料電池触媒(白金担持ナノカーボン触媒のTEM) など
＜7＞自動車のエネルギーと脱炭素
1．カーボン・ニュートラル、その定義は
2．CxHy+O2=CO2+H2O+エネルギー
3．COP26のGHG削減目標
4．(引用)自動車の脱炭素
5．(引用)トヨタ自動車のカーボン・ニュートラル(1)
6．(引用)トヨタ自動車のカーボン・ニュートラル(2)
7．(引用)トヨタ自動車のカーボン・ニュートラル(3)
8．トヨタ自動車のHEV販売実績とEV相当台数
9．充電電力のCO2負荷換算、HVとEV台数比較
＜8＞電動車の電池とシステムに関する課題
1．パワー(出力)とエネルギー(容量)
・放電レート特性、パワーとエネルギー
・エネルギーとパワー、トレードオフ
・エネルギー特性の低下、パワー特性の低下
・Ragone Plot、パワー特性の向上(質量Kg基準表示) など
2．セル(単電池)の形状と選択
・セルの構造と熱伝導(放熱)
・EV用(単)電池の外装型式、多様性と選択
・EV用リチウムイオン電池の外装型式とメーカー
・円筒型セルのAh容量、体積V、表面積SとS/V
・大形リチウムイオン電池(セル)の外装型式と特性
3．車載電池の特性と課題
・EV用製品セルの入出力特性vs.SOC
・EV用製品セルの温度特性(指数)
・車載電池の比容量と比出力、Ragone Plot(ラゴン・プロット)
・GSyuasa、ブルーエナジーのHV用セル特性
・Envision AECS社の電池特性
4．車載システムの収納と冷却
・日産自動車 LEAF 自然空冷
・VW車のID.3とID.4、間接水冷方式
・TESLA社 Model-S 85kWh
・Audi eーTRON EVの間接液体冷却方式
＜9＞電動車用の電池製造と計画(中国アジア、欧米と日本)
1．全体のイメージと電池総GWh
・EVなどの生産台数と電池総GWh
・EVの台数と所要電池総数GWh
・電池総GWhとEVの台数
・EV台数の母集団推定(万台/年)、2030/2035
・EV台数と所要電池GWh、2030/2035 など
2．中国の続伸とアジアの参入
・中国メーカーのEV電池製造計画、国別企業一覧
・中国リチウムイオン電池の市場(1)、GWh容量
・中国リチウムイオン電池の市場(2)、金額億元
・東南アジア、インド地区のEVと電池生産(計画)2020〜21/2Q情報
3．欧米の多様化と限界
・欧州立地のEV用電池製造計画 総計292GWh(2023〜)
・2021/1Qと2021以降の生産能力、工場立地別 各論
4．日本の独自性と多様化
・トヨタ自動車の発表、EV350万台2030
・国内メーカーのEVとEV用電池のSC 2021/3Q
・国内リチウムイオン電池メーカー(一覧)
・日本国内電池メーカーの新規計画、2019〜
5．自動車メーカーの電池内製化
・内製化に向かう自動車メーカーのEV用電池SC
・電池の内製化、EVメーカーと電池メーカー(1 海外)、2022/1Q
・電池の内製化、EVメーカーと電池メーカー(2 国内)、2022/1Q
・大手自動車メーカーの電池SC戦略
・最近のEV、PHV等の発火事故一覧 など
6．今後の展開は
・電池製造の背景、2022
・電池生産スケールとコスト、生産性(模式図)
・リチウムイオン電池の生産、ポジション
・EV電池のサプライ・チェーンSC、日米中欧韓 模式図
＜10＞充電と給油のインフラと再配置
1．EVの航続距離と走行効率Km/kWh
2．充電の対照となるEVなど、累積台数試算
3．EV、PHVの充電所要時間 2017-2018
4．EVの急速充電、給電kWと充電kWh
5．所要時間 min 充電/給油/水素充填 (1 棒グラフ)
6．所要時間 min 充電/給油/水素充填 (2 対数散布図)
7．急速充電の充電速度(Cレート)と電流
8．急速充電器の特性例(CHAdeMO)
9．EVの充電インフラと課題(1)
10．EVの充電インフラと課題(2)
11．EVの充電インフラと課題(3)
12．大駐車場(東京)に充電インフラは可能か
13．(追補)EVとPHVの充電時間(2022国産車)
14．(追補)EVとPHEVの充電時間(データ)
■調査・執筆■
菅原 秀一
