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【埋め草ーMuseの場合 2017年6月18日号】《Ni-Zn蓄電池が本命の PHV電気自動車 Part XX7》

2017-06-17 23:25:58 | 日記
【埋め草ーMuseの場合 2017年6月18日号】《Ni-Zn蓄電池が本命の
PHV電気自動車 Part XX7》

Mechanical Rechargeによる高容量亜鉛空気電池搭載EVバス

Posting in June 17, 2017
 ZEV ;Zero-Emission Vehicle
 PHV ;Plug-in Hybrid Vehicle
 EV ; Electric Vehicle、電気自動車
 PEV ; Plug-in Electric Vehicle

今回は、再吟味として米EVバスに搭載した亜鉛空気電池の
電気容量の大きさを計算して見ると・・・

【前号(6月5日号)での訂正文字】
空気亜鉛電池の性能を示す電池出力密度の単位表示に
タイプミスがあります。
いずれも引用した『電気自動車ハンドブック』(丸善)[*1]の
記事にあります。

 (誤) 最大出力密度は115Wh/kg(組電池では85Wh/kg)
 (正) 最大出力密度は115W/kg(組電池では85W/kg)

 及び

 (誤) エネルギー密度180Wh/kg、出力密度100Wh/kg
 (正) エネルギー密度180Wh/kg、出力密度100W/kg

でした。どうもスミマセン。

《本題》
 イスラエルのElectric Fuel Ltd.社の亜鉛空気電池をテストする
米大型EVバスに搭載の電池容量が不詳のため、日本のEVバスの
走行データから推定して、

////
1.64kWh/km X 12m/9.38m =2.1kWh/km ;都市走行
及び
2.1kWh/km X 100/180= 1.17kWh/km ;郊外走行
を、米国大型バスの電力消費率と推定。
////(前号参照)

と述べましたが、これらの数値を吟味すると、イスラエル社の
電池容量を推定するには過小の電力消費率を採用していること
に気付きました。なぜなら、日本のEVバスは、
  40km/hの定常走行を想定
と引用しながら、
  1.64kWh/km X 12m/9.38m =2.1kWh/km ;都市走行
と決めつけてますが、この数値は「都市走行」より「郊外走行」に
適用するのがベターかなと考え、同電池の容量推定を以下に
掲げます。つまり、

  1.64kWh/km X 12m/9.38m =2.1kWh/km  ;郊外走行

より、

2.1kWh/km X 800km = 1680kWh

を、一日当たりの郊外走行で消費する電力とするわけです。

ここでは、時速50マイル=80kmの定速走行を想定している、
と理解しました。

したがって、米EVバスは一台当たり毎日約10時間の運用と
毎時168kWhの消費電力を仮定していることになります。

そして、その搭載した電池の総重量は、

1680kWh/0.18 =9333kg ; テスト走行バスに搭載の電池重量

であり、電池の出力密度=100W/kgという数値からは

9333kg X 0.1kW/kg =933.3kW ; 最大出力電力

となり、電池が10時間放電率で93.33kW/hの電動モーター
を最大10時間駆動できることを意味します。これは、前号
で紹介した、通産省「大プロ」[*2]で試作されたEV大型バスが

  直流直巻 定格出力=75kW  電圧=375V

を採用しているので、米バスの電動モーターも

75kW X 12m/9.38m = 95.9kW

の出力と推定できるので、日米双方ともかなり類似の設計
基準を採用していたように思えます。

一方、都市内走行モードでの航続走行距離250kmよりその
所要電力量は、

1680kWh X (250km/800km) = 525kWh ; バス駆動電力量

となり、

1680kWh - 525kWh = 1155kWh ; 電池の内部抵抗損失

の数値から、かなりの電力損失が見込まれます。

したがって、電子的速度制御方式を採用して電池
エネルギーの効率的使用を図る必要も生じます。
これについては、その具体策を後述します。

また、バス搭載の100kW定格出力の電動モーターにより

525kWh/100kW = 5.25 hours : 毎日のバス運用時間数

の計算結果も意味ある数字に見えますでしょう。

なお、都市内走行モードでは電池の内部損失もあり、

1680kWh/ 250km = 6.72kWh/km : 平均消費電力

となって、郊外走行モードでの2.1kWh/kmに比べて、

6.72kWh/km/2.1kWh/km = 3.2 ; 都市:郊外消費倍率

となるので、ここは最新のSiC(炭化シリコン)半導体
による超高速トランジスタ・チョッパー回路の応援
を得て、無段階の速度制御機能を用意し、消費電力
の削減に努めることになるでしょう。

以上の考察から、イスラエルのElectric Fuel Ltd.の亜鉛
空気電池は更なる技術開発として、毎日放電済みの
ZnO=酸化亜鉛が溶解したアルカリ電解液を新鮮な同
電解液と交換する作業工程を追加することで、EV大型
バスの商業化も実現する、と思いますが・・・。

しかも、金属亜鉛の再生工程は電池メーカーが担当する
ことで、充電に伴う樹枝状結晶の生成を回避できます。

また、例えば、電池交換の頻度を5日に一度の場合、
800km X 5 = 4000kmの走行距離を達成しながら、電池
メーカーサイドでの電池モジュール再生も100回以内
ならば、1995年当時の開発レベルの電池構成であって
も何のトラブルもなく運用できる点でも魅力的な電池
ではないでしょうか。なぜなら、

4000km X 再生100回= 400,000km ; 累計40万キロ走行

を達成した後に初めて樹枝状結晶の生成現象に遭遇
するからです。

《参照文献》
[*1] 『電気自動車ハンドブック』 丸善
   平成13年3月発行
[*2] 『電気自動車 ーその利点と可能性』
   清水 浩(環境庁国立公害研究所大気環境部研究員)
        現在は慶應義塾大学教授
   日刊工業新聞社 昭和56年6月30日 初版1刷

kt5muse in June 17, 2017
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