電気自動車に搭載した燃焼式ヒータのフィールド評価

あきた次世代自動車研究会 代表
秋田県立大学システム科学技術学部 教授

御室 哲志

あきた次世代自動車実証コンソーシアム H22–H23年度
ＥＶと観光による地域振興モデルの構築と、関連産業の振興を図り活力ある地域を創造することを目標に、秋田県から秋田県立大学へ、次世代自動車実証業
務を委託。H22/12コンソーシアムを結成し、田沢湖、乳頭温泉郷、角館などの観光地をフィールドとした社会実証試験を実施。

コンソーシアム会員：産学官23団体
プロジェクトリーダー：秋田県立大 御室
仙北市、トヨタ、日産、三菱、アルバック、兼松、パナソニック電工、国・県・市の関係団体、他
事務局：秋田県立大、リサイクルワン
http://www.akita-pu.ac.jp/stic/ev-consortium/1

実証試験フィールドと充電器設置状況
田沢湖・角館エリア○鶴の湯温泉★: 急速充電器25kW×２★○田沢湖共栄パレス○田沢観光（タクシー）○: 普通充電器3kW×７○仙北市役所西木庁舎○仙北市役所田沢湖庁舎★○仙北市役所角館庁舎

20 km○仙北市役所中町庁舎

平成23年度田沢湖周辺地域における次世代自動車実証試験 調査報告書 2012年3月

2電費の季節変動（田沢湖周辺，i-MiEV）
田沢湖周辺の約80kmの周回コースを毎月一度，季節に応じた空調を使用して，区間距離と区間消費電力量を計測．電費を月推移でプロット．

108AC OFF

25.0

冷房

20.0

暖房
mileage

15.0

610.0

45.0

20
2011

Temperature

Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan

temperature(℃)

mileage(km/kWh)

120.0
-5.0
2012

・夏は非常に良好な電費
・冷房の影響は小さく，暖房による悪化（半分）は深刻である
3

EV 用ヒーター比較
燃焼式ヒータ
燃料（灯油，軽油，ガソリン等）
水
空気水
FFファンヒータ エンジン廃熱利用ヒータ
エンジン廃熱利用ヒータ
家庭のエアコンと同じと同じ構造と同じ構造と同じ

PTCヒータ
走行用バッテリ

ヒータタイプエネルギー源
熱媒体

空気構造の特徴

シンプル

搭載スペース++
++
0++
++++
++
++

0++
++
+
0-

スバルプラグイン
ステラ
補助ヒータ

i-MiEV 2010
日産LEAF 2011

i-MiEV 2014
日産LEAF 2013

作動中のCO2排出安全性
速暖性
航続距離への影響
極低温性能
市販実施例

問題点
PTCヒータヒートポンプ
燃焼式ヒータヒートポンプヒータ
大気熱とバッテリ
-

00+
++
++

0+
++
++

駐車トラックや ヨーロッパ中心に熱効率の高い最近の車
キャンピング
Volvo C30EV
カー: 冬季の航続距離低下： 極低温時の暖房性能： 機器・燃料搭載→ 寒冷地向け装備
走行中のCO2排出 → Well to Cabin，バイオ燃料

御室哲志，他，電気自動車に搭載した燃焼式ヒータのフィールド評価，自動車技術会春季学術講演会前刷集 20135086, 2013/5

4燃焼式ヒータの構造（温水式）
冷水

燃焼室周りで水を温める

ヒーターコア（図示せず）

温水水ポンプ
燃焼室

制御ユニット
2ヶ所の水温センサをモニターして制御

メインユニット
排気

吸気

燃焼用の吸排気は床下

燃料ポンプ
車載燃料タンクから燃料供給“Thermo Top Evo” by Webasto Thermo & Comfort SE

5

燃焼式ヒータの搭載
日産リーフ

燃料タンク(灯油)

ヒータ本体（TT-Evolt）

燃料ポンプ

既存の温水回路に，PTCヒータと直列に燃焼式ヒータを組込む．
燃焼式ヒータが立ち上がるとPTC電流は自動的にゼロになる．
燃焼式ヒータを追加した
温水回路 (i-MiEV) ⇒6

試験風景（2012年12月 田沢湖）

ヒートポンプを搭載した日産リーフ

PTCヒータの車両に燃焼式ヒータを追加搭載した日産リーフ
7

定置暖房能力 30分間の電力推移（日産リーフ）
5Electric Power（kW）

4.5
43.5

PTC Heater

32.5
2Heat Pump1.5
1Fuel Operated Heater

0.50051015202530Time（min）

外気温：+3～4℃，日射無し

A1車 PTC
A2車 ヒートポンプ
A1車 燃焼式

30分間の電力量
1.41kWh (100%)0.92kWh (65%)
0.17kWh (12%)

30分後の電力
1.9kW (100%)
1.6kW (84%)
0.2kW (11%)
8Well to Wheel と Well to Cabin の効率変化
Well
油井Tankタンク

Wheel（走行時）ディーゼル車Well to Tank 92%

×

走行時に大きく低下

Tank to=Well toWheel 18% Wheel 16%

Battery
電気自動車
発電時に大きく低下

43%

×Well
92%

43%

××67%

= Well toWheel 29%

TankCabin（発熱時）75%

燃焼式ヒータ= Well toCabin 69%

90%

PTCヒータ= Well toCabin 39%

The original figure from Bossdorf-Zimmer et.al.,The Well-To-Wheel Analysis, ATZ autotechnology Vol.12, 20129

燃焼式ヒータとPTCヒータのCO2排出量と効率比較
Well to Tank

Tank to Cabin
発熱時Well to Cabin

燃焼式ヒータ0.13kg-CO2/h
92%0.02kg-CO2/h

1.62kg-CO2/h
75%

1.77kg-CO2/h
69%

PTCヒータ1.93kg-CO2/h
43%

0kg-CO2/h
90%1.93kg-CO2/h
39%

震災前の電力ミックスで計算しても，燃焼式ヒータのCO2排出量の方が少なめ．
燃料は，走行動力用に燃やすには効率が悪いが，熱源用に燃やす場合は，電気を経由するよりはるかに効率的である．
主な計算条件 暖房出力5kW
 軽油のCO2排出係数，単位発熱量（0.20kg-CO2/L，38.2MJ/L） 平成21年度東北電力の電力ミックスでのCO2排出係数（0.384kg-CO2/kWh） 燃焼式ヒータ Thermo Top Evo 5 by Webasto, Installation Instruction掲載値
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まとめ 寒冷地で運用されるEVにおいては，走行用電力の消費が少なく，厳寒でも性能が発揮される暖房システムが必要である．
燃焼式ヒータは選択肢として有力．
 PTCヒータを装備した既存EVに，燃焼式ヒータ（温水式）を追加搭載した．燃焼式ヒータの使い勝手と暖房能力は良好．
燃料タンクの搭載場所と，燃料補給の煩わしさが課題．
 燃焼式ヒータのエネルギ効率は，PTCヒータに比べて，大きく優れる．
 燃焼式ヒータは走行中にCO2を排出することが嫌われるが，震災前の電力ミックスであっても，Well To CabinのCO2排出量はPTCと同レベル．
バイオエタノールを用いればカーボンニュートラルを狙える．
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