低温下のバッテリーについて

質問

自動車の走行用に使用する電池を想定しています。バッテリーは低温になると性能が落ちると言いますが、具体的にはどうなのでしょうか。

低温になると起電力が下がると言います。しかし放電開始後しばらくの発熱で電池があたたまって常温時の性能に戻るのでは？
低温になっても電池が蓄えているエネルギーが減るわけではないですよね。低温時は内部抵抗が大きいか？ だったら消耗が早いかもしれませんが、それも温まるまでですよね？

つまり使用開始時に出力が低い事だけが問題であって、だったら少し最大出力に余裕を持たせておけばいいだけの事でないのでしょうか？
寒冷地では電気自動車は難しい的な論調がありますが、具体的に何が問題かわかりません。バッテリーは寒冷地での走行用途で何か問題がありますでしょうか？
EVは冬の暖房に電池を食うと言いいますが、関連地向けに暖房用の灯油ヒーターでも積んでおけば解決だと思いますし、電池も灯油ヒーターで予熱できると思います。

回答No.7

bardfish · ベストアンサー

「寒冷地では電気自動車は難しい」
まず、電気自動車の駆動輪はいくつが多いですかか？

ハイブリッド車のプリウス。寒冷地というか雪国では評判は悪かったです。
理由は簡単で4WDじゃなかったから。

三菱i-MiEVは後輪駆動ですが雪国でもチラホラと見かけます。
軽自動車サイズで2WDですが、街中を走るくらいなら大きな問題はないようです。
充電できる場所が少なすぎるのと、充電設備があったとしても屋外に設置されていたら雪が降っているときにはどうすればいいの？って話です。
雪国での雪の降り方を舐めちゃいけません。
コンビニで買い物しているわずか数分で車の上には数センチの積雪になることも当たり前なんです。
そんな状況で充電用の端子を露出させコネクタを接続した場合…あまり考えたくないですねw
メーカーも雪国での使用を考慮してんのかよ！って思うときも無いわけではありません。
寒冷地仕様という意味ではありませんよ？
ワイパーヒーターとかリアウィンドウヒーターとかシートヒーターはありがたいのですが、LEDヘッドライトになってから雪がくっついて視界が悪くなることくらい想像できなかったのかな？雪でまっ締めなど梅のときはLEDの青白い光よりもハロゲンの黄色気味の光のほうが雪の凹凸がわかりやすいとかね。
車に灯油ヒーターを乗せるというのもアイデア倒れで使ってみると不便で仕方ないものになるかもしれません。

お礼

ご回答ありがとうございます。寒冷地と雪国は別の問題というかセットではありますが、なかなか大変ですね。ただワイパーとかLEDヘッドランプとかほとんどの問題はガソリン車でも共通のように思います。信号機もLED化されて雪が溶けなくて困っているそうですね。
少なくともEVになるとキャビンの暖房と低温時のバッテリ暖気はガソリンエンジンにはない必須項目で、それ以外はガソリンエンジンでも共通の事と思います。ただEVは電気がふんだんに使える分ガソリンエンジン車よりも便利なこともあるかもしれません。
いずれにしてもEVは寒冷地に向かないというのは灯油ヒーターのような暖房器具無しで言ってることだと思いますので、それがあれば全然状況は違うんだろうというか、常識を疑ってみる事も大事なのではないかと思いました。

回答No.6

kon555

補足というか、自動車というものの特性を一つ。
>>最大出力に余裕を持たせておけばいいだけ
これ、自動車技術者が血の涙を流すタイプのヤツです。
自動車というのは、他の工業製品と比べても多様な制限があります。走る・止まる・曲がるの機能的な部分意外に、車内の居住性と積載性や、乗り降りのしやすさ、実際の使用感とは別のデザイン感。
使われるシチュエーションも多岐に渡り、ユーザーのレベルも様々。
アチラをたてればコチラが立たず、コチラを立てればソチラに殴られ、全て丸く収まったら「こんなデザインでは売れないな・・・」という車の出来上がり。

そんな数々の制約に縛られているのが自動車なので、他の工業機器や家電類と比べても圧倒的に「～～すればいいだけ」が通用しにくいジャンルであるのは、覚えておいた方がいいと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。今回の質問は常識を疑ってかかっているので、仰るような常識があるのは重々承知です。ただ出力はガソリンエンジンと違ってバッテリを系統分けすれば済む話です。今回のリーフe+バッテリが2系統から3系統になったので一気に最大出力が上がりました。これまでの常識にも疑ってかかる価値のある部分があるのではないかと思います。

回答No.5

noname#252929

簡単に言って、電池は化学変化で電力を出しています。
低温の状況だとその化学変化が起きにくい状況になるという事です。

化学変化が起きにくいという中で、電気を取り出していくと、化学変化が起きにくい内容が内部抵抗として、起こりますので、電池内部で電気を消費してしまいます。そして熱が出るうわけです。

その熱の分は蓄えられている電力を消費してしまいますので、電気自動車なら、本良あい走行に使える電気が、バッテリー内部の抵抗によって消費されて熱になってしまうわけですから、走行に使える電力が減ってしまうというだけの話です。

暖房を積めばいいと書かれていますが。そのシステムを常時車に乗せておくという事は、その重量分走行用の電力を使うことになり、」総走行距離が減ることになります。
また、それらの機器のメンテナンスにかかる点検などの経費も増えていくことになります。

そういうことを考えれば、そんなものを積むのは無駄。という事になります。

まぁ、すごい寒冷地で使われる自動車は、ガソリンエンジンでも冷却水が凍ってしまうために。冷却水を凍らないようにするヒーターが設置されていて、家庭用コンセントにつないで使うものがありますが。。。
日本で考えれば電気代を考えると一定温度以下で常時保温しているとなると、電気代がもったいないでしょうね。

一般の自動車でも、燃費を１０ｍ伸ばした！２０ｍ伸ばした！と、メーカーの段階ではやっています。
そんな中に、そんな暖房機器を載せて燃費が悪く成る。をどれだけ受け入れられるかというところもあるでしょうね。

お礼

ご回答ありがとうございます。温度が上がるまでは燃費が悪いというのはその通りで、ただEVの電池は走行により発熱して冷却したくなるのだから、それは温まるまで話ですよね。そもそもEVの電池が低温で困るというのはすごい寒冷地の話だと思うので、灯油ヒーターのような暖房は必須だと思うんですよね。ヒーターってそんな何十キロもの重量は無いと思いますよ。

回答No.4

g27anato

論理的な事は説明できないのですが、

例えば氷点下での始動時は何かにつけ車全体の動きが重くなる印象です。

氷点下で長時間停止後の動き始めそのものが重く、発進から速度が上がるまで普段より相当な負荷が掛かってる印象です。

そのような状態を繰り返していると、バッテリー負荷も相当掛かってるだろうなと思います。

バッテリー自体の蓄電能力も使用状態や年数経過で徐々に劣化しますが、
諸々の事情を考えると、低温下ではバッテリーそのものの能力低下だけでなく、
低温下の始動発進に掛かる電力消費の増加が、能力低下を更に速めてるのだろうと考えられます。

EVバッテリーは劣化が早いと聞きます。
寒冷地では様々な負荷が余計に掛かるだろうと思います。
その分、バッテリーの劣化も早まると考えて良いのではないでしょうか。

お礼

ご回答ありがとうございます。

まずこれまでのリーフのバッテリーの消耗が早いのは熱劣化です。寒冷地の問題ではありません。寒冷地での高速充電による痛みはありますのでそれはそれで対策が必要です。

高温でバッテリが傷むので、現在でも寒冷地でなくても走行直後などバッテリが高温の時には今でも充電速度に制限が掛かります。同様に今後寒冷地で充電する際にもバッテリの温度が上がるまでは速度に制限がかかるものと思います。同じようにバッテリの劣化が進まないようにするまでです。

回答No.3

Dr_Hyper

理論は他の方にお任せするとして，ハイブリッドを乗っている感想から言うと，確かに寒さには弱いなと感じますね。関西なので正直そこまで寒くないのに，燃費（ガソリンの消費量は20-25％以上増えます）がかなり悪くなります。
ハイブリッドなので電気で補えないときはガソリンをつかってエンジンをがんがんまわすわけですが，とにかくエンジンが温まるまでに時間もかかりますし，露骨に気温に左右されるところを見るとまだまだ電気の限界はあるよね。と思います。
もちろんハイブリッドやもうすこし電気に依存したとしてもプラグインハイブリッドまでであれば，まだガソリン積んでいるのでたよれますが，すべて電気となると正直あなたのアイデアの基本であるバッテリーを温めるのも一苦労でしょう。
なんかそれ用にストーブを積むってことを提案されていますが，それは別のエネルギー源を積むということで，つまるところプラグインハイブリッドなどと同じ発想なので，まあ仰るとおりそうでしょうね。という感じです。

要するにあまりにもバッテリーの状態が悪ければ，つまり蓄電能力が落ちればいくら充電しても十分な電力量を得られず，温めるまえに発電動力が得られず停まってしまうから，いろいろ苦労しているのだと思いますが。逆に入り始められればそのうち回復するのは当然ですので，別に何の不思議もないと思います。

お礼

ハイブリッドのご経験談ありがとうございます。まずガソリンエンジンが低温時の始動直後に燃費が悪いのは冷間時に空燃比を上げるからです。これは暖気のためもあるしエンジンの息ツキを防ぐ意味もあります。ハイブリッドは通常の燃費がいい分、チョイノリを繰り返すとこの落ち込みが目立ちます。
それからハイブリッドは走行中にエンジンをなるべく止める事で燃費を稼いでいるので、暖気後も低温時はエンジンが冷えてくるとエンジン再始動せざるを得ず、燃費が悪化します。これは普通の車と比べてハイブリッドの熱マネジメントが効率よくされているからです。すなわちエンジンの熱マネジメントの問題であって、電池の問題ではありません。

たださすがに寒冷地ではEVは化石燃料の暖房なしには成立しないと思います。

回答No.2

kon555

>>バッテリを予熱できれば全て解決する
つまり「バッテリを余熱しなければならない」んです。
そのために灯油ヒーターを使用するというアイデアですが、それは車内に本来不要な可燃物(灯油)を保管するという事です。
走行振動、段差の乗り降り、衝突、車は様々な物理的衝撃が加わるものです。それら全てに対して安全を確保できるか、という部分が問題になります。
ガソリンタンクはそれらをカバーする構造になっていますが、それを灯油ヒーターに求められるのか？
電池の余熱にしても、灯油ヒーターを用いてデリケートな温度管理のためにはその分の機器類が追加で必要になってきます。

これらを加味していくと、結局は電気自動車のメリットがドンドンと消えていくわけです。
バッテリーは余熱が必要。安全を考えると可燃物は不可。電気を使うとバッテリーが・・・。

この辺りはいずれは解決されるとは思いますが、結局新しい技術であるだけに、寒冷地(特にマイナス20度以下になるような)などの特異なシチュエーションに対してはまだまだ未熟。その分デメリットが響いてくるという事です。

お礼

ご回答ありがとうございます。もちろん開発は必要と思います。しかし一般地域がEVになってしまった時にガソリン車需要は大きく減るものと思います。そもそも買えるのかどうか疑わしいです。何とかするほかないのではないでしょうか。

回答No.1

kon555

参考になりそうなページをどうぞ。
要は内部抵抗の変動により、元々の用途に使用できるエネルギーが減るという事みたいです。
http://kenkou888.com/category18/%E4%BD%8E%E6%B8%A9%E7%89%B9%E6%80%A7_%E4%BD%8E%E6%B8%A9%E6%80%A7%E8%83%BD.html

寒冷地に電気自動車が不向き、というのは色々な意味を孕みます。例えば温暖な地域では車が動かなくなっても「困る」だけで済む場合が殆どですが、寒冷地でそのような事になれば「死」が間近に迫ります。
バッテリーを灯油ヒーターで加熱するなど大変危険ですし、そもそも車内に灯油ヒーターなど危険すぎて置けません。色々な意味で死にます。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
容量低下については、容量＝電圧x電流だから電圧が下がった分だけ下がるという事だと思いますが、温まって電圧が回復したら容量は復活するのでは？
それに寒冷地で電池電圧が下がるとなると同じようにガソリン車だってエンジンがかからず困ると思います。
灯油ヒーターはもちろんFF式です。CO自殺用ではありません。
それにバッテリを加熱って直火であぶるわけではありませんよ。

ご回答からすると、バッテリを予熱できれば全て解決するように見えますがそうではないのでしょうか。
そもそも寒冷地ではガソリンエンジンだってエンジンを温めてからかけたりするし、同じことだと思いますが。