電動化で冬場の車内が大ピンチ!? EVはヒーターに課題あり!! 「電費」悪化の実態と対処法は??

 電動化の加速で、冬場の車内の寒さも加速する!? 電動車のヒーターに課題。現状と解決法は?

 今年の冬は日本海側を中心に降雪が多く、高速道路での長時間に及ぶ立ち往生などが報道され、また電力会社からの節電要請などもあって、電気自動車(EV)を愛車とすることを不安視する空気も漂った。

 これ以上の気候変動を抑制するためにクルマの電動化は待ったなしの状況となってきたが、寒冷地の過疎地ではEVを利用するには不安要素がまだまだ多いのは事実。

 それは暖房を使うと電費が著しく低下するからだ。

 急速充電器が少ない地域では1日に充電できる機会が限られるために、どうしても航続可能距離を気にしながらの走行になってしまう。この電気自動車における冬場のヒーター問題に対処法はあるのか?

文/高根英幸 写真/NISSAN、HONDA、Adobe stock

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EVなどの電動車は暖房が弱点

EV車の暖房は、電気を熱に変換する「PTCヒーター」が一般的に使われている。リーフには、ヒートポンプ式エアコンが搭載されている

 純エンジン車やマイルドハイブリッド車は、暖房の熱源にエンジンの冷却水を利用している。エンジンは、この30年ほどの間に、燃料のエネルギーを駆動力として取り出せる熱効率を3割近くも高めてきた(約3割前後から4割へと向上)。

 しかしながら、まだ3割近くの熱エネルギーは、冷却することで捨てているのである。暖房は、この捨てている熱エネルギーを利用しているもので、エアコンによる暖房は、まず除湿をエアコンがおこなない、その後冷却水利用のヒーターが空気を暖める仕組みとなっている。

 ハイブリッド車はエンジンがあるぶん、冷却水利用による暖房を確保しやすいが、暖房のためにアイドリングしているようでは、折角の省燃費性能がかなり足を引っ張られるので、やはり暖房は弱点と言えるだろう。

 しかも冷間時にはエンジンや変速機を早く暖めることが燃費節約になるため、冷却水の熱でATF(オートマチックフルード)を暖める、排気ガスの熱で冷却水を暖めるなどの工夫も施されており(純エンジン車も同様だ)、エンジンの熱が始動直後は取り合いになるほど、利用されまくっているのである。

 一方のEVは、電力の9割前後を駆動力に変換しており、かなり効率が高い。そのため熱として捨てているエネルギーは少ないのだ。

 それでもモーターや、電力を制御するインバーター、バッテリーは発熱するため、冷却系が備えられているが、暖房に使えるほどの熱量にはならない(そこまで熱くなったら電子部品は大変!)。これはEVモードで走行できるプラグインハイブリッド車も同様である。

 そのため暖房には別の熱源を用意している。具体的には電気抵抗の大きな素材に電流を流して、電気を熱に換える「PTCヒーター」が使われるのが一般的。

 それと日産の現行のリーフや三菱のアウトランダーPHEVには、PTCヒーターに加えてヒートポンプ式エアコンが採用されている。

 これは家庭用エアコンや業務用エアコンで使われるもので、暖房時にはポンプで冷媒を圧縮して温度を高め、それで室内の空気を暖めてから、圧力を下げると元の温度より冷媒の温度が下がる。

 それを外気で暖めてからまたポンプで加圧して温度を高めることを繰り返すのだ(冷房の場合は逆方向に運転する)。

 PTCヒーターと比べると消費電力は小さく、効率的ではあるが一気に温度を上昇させるのは苦手で、外気温が極端に寒いと機能しにくいという問題もある(だから日産や三菱はPTCヒーターと組み合せている)。

EVでヒーターを使うとどれくらい電費が悪化するのか

リーフの電費情報・電力消費計。「エアコンをOFFにすると+20km」という表示が見える。エアコンによってバッテリーの電力が消費することがわかる

 PTCヒーターは、家庭用の電気ヒーターやドライヤーなどと同様、瞬時に温風を提供できる代わりに、電気を大量に消費する。

 EVの暖房用に使われるPTCヒーターの最大消費電力は、小さいもので3kW、大型タイプでは7kWにもなる。単純に考えれば、暖房を1時間使えばEVが搭載するバッテリーの電力の1割前後を消費してしまうことになる。

 もっともPTCヒーターは熱くなるまでは電力消費は大きいが、ある程度温度が上昇すると電力消費量は少なくなっていく特性がある。それでも暖房として熱エネルギーを提供し続けるとなると、それなりに電力を消費しつづける。

 外気温と室内温度の差によって、冷暖房の消費電力は変わってくるため一概には言えないが、EVで空調を使うと電費は1割から3割程度低下する。短時間の移動で冷暖房を利用するような使い方が、一番電費を低下させるのだ。

EVで真冬を快適に走り、電費の低下を抑えるコツ

座席から暖めるシートヒーターを装備しているのは、車内ではなく乗員を直接暖めた方が、消費電力を抑えられるからだという

 EVの多くがステアリングヒーターやシートヒーターを装備しているのは、車内の空気を暖めるより乗員を直接暖めた方が効率良く、消費電力を抑えられるからだ。

 暖房を使うとしても設定温度は控えめにして、運転に支障ない範囲でウェアや毛布などを利用して、体温の放出を防ぐこともEVのバッテリーを温存する方法だ。最近は防寒着でカーボンヒーターなどを内蔵したものもある。

 現時点でEVを利用しているユーザーは充電環境が比較的整っており、バッテリーの搭載量も以前と比べ増加傾向にあるため、冷暖房による電費の低下はそれほど気にならないようだ。

 EVだからと、あまり使い方に神経質になっては維持していくのが辛くなるから、こうした状況は望ましいものだ。

 しかし、今後EVが増えていくと充電環境は不足気味の状態が続き、電気料金も上昇する可能性が高いから、できるだけ電費は高い数値を維持していくようにしたい。

 そういった意味でもEVの暖房能力は、今後改善しなければならない大きな課題と言えるだろう。

ヒーター以外の部分での改善も課題

 EVやPHVの暖房能力を改善するには、色々なアプローチがある。クルマの断熱性能を高めるのも有効な手段だ。車体の重量をあまり増やさずに断熱性を高められれば、冷暖房に費やす電力を抑えられる。

 ボディの塗装で断熱性を高めたり、ウインドウガラスに断熱性の高い中間膜を採用(フロントウインドウ用はすでにある)した断熱ガラスを採用するなどは、すぐにでも実用化できそうだ。

 もちろん暖房システム自体の効率化も重要だ。レイアウトの難しさはあるだろうが、ヒートポンプ式エアコンの熱交換器とEVの冷却系を組み合わせて、外気よりも冷却液の温度が高ければ、それを回収してヒートポンプに利用するなど、サーマルマネージメントをフル活用してEVならではの空調システムを作り上げるのが理想ではないだろうか。

プリウスPHVのエアコンはヒートポンプ式のみを採用。これで消費電力を約4割カットしているという

 ちなみにトヨタのプリウスPHVはPTCヒーターを使わず、ヒートポンプだけで氷点下での暖房を実現している。これにより暖房時の消費電力は4割近く削減することができているのだ。

 他にもバッテリーの低温特性改善やインバーターの変換効率改善、車体の軽量化など、電費を向上させるための課題はいくつもある。

 本格的なEVの普及は、まさにこれから。こうしたネガティブな要素を1つ1つ潰していくことが、現実的なEV利用の実現につながる。車体側でもやらなければならないことは、たくさんあるのだ。

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