電気自動車

電気自動車とは、電気をエネルギー源とし、電動機で走行する自動車である。略称は一般的にEVが用いられる。化石燃料を燃焼させる内燃機関を持たない事からgroup="注"、走行時に二酸化炭素や窒素酸化物が出ないゼロエミッション車の1種である。近い将来排出ガス規制や他の追随を許さないエネルギー効率の高さ、全固体電池の実用化の目処が立った事などから次世代自動車として最も期待されている。

1. 概要
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発電装置を搭載せず、電気モーターのみを動力源とする電気自動車は、車載電池から電力を得る二次電池式電気自動車と、走行中に外部から電力の供給を受ける架線集電式電気自動車とに大きく分けられる。米国証券取引委員会EDGARでマーティン・エバーハードとマーク・ターペニングによって設立されたテスラモーターズは、トヨタのサポートで電気自動車のモデル3の開発などが記されている。

1.1. 種類
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電池式電気自動車は、外部からの電力供給によって二次電池に充電し、電池から電動機に供給する二次電池車が一般的である。 →#二次電池式電気自動車 

車両自体に発電装置を搭載する例としては、太陽電池を備えたソーラーカー、燃料電池を搭載する燃料電池自動車がある。

集電装置を架線に接触させて電源を得るトロリーバスは古くから用いられている。大型トラックや鉱山用ホウルトラックなどでも集電装置を搭載するものがあるが、多くの場合、バッテリーを搭載しており、架線のない所でも走行できるようになっている。集電装置は、トロリーバスではトロリーポールが一般的で、大型トラックやホウルトラックでは弓形の集電舟が用いられている。

また、架線に代わる電力線を地下に埋設し、誘導電流によって走行中に充電ができるオンライン電気自動車などがある。

発電専用エンジンを搭載する内燃機関と二次電池を併用するe-POWERも、広義には電気自動車である。

1.2. 持続可能性と電気自動車
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20世紀後半から地球温暖化に加速がつき、2000年代に入ると先送りができない問題となった。その結果、脱内燃自動車と電気自動車の利用推進は強力に推進されるようになり、それ以前から技術者たちによって継続的に行われてきた電池技術の改良とパワーエレクトロニクスの発展により技術的な障壁は下がり続けている。また、政策として再生可能エネルギーの利用割合を増加させるため、各国政府では電気自動車の導入推進を図ると同時に、内燃車の新規販売を規制する法律の整備が進められている。

電気自動車は、特に地球温暖化問題に関する京都議定書のCO2排出削減目標を達成する手段の1つとして、あるいは産出国が局在する化石燃料に対する依存を減らす手段の1つとして国家レベルで実用化に力を入れられるようになった。環境より経済性を重視する人々の間でも、2008年の夏にかけて、原油価格の急騰に伴って燃料価格が上昇した時には、燃費の良い自動車として関心が高まった。風力発電への依存度が高いデンマークでは、風力発電特有の不安定な発電量や、余った電力を蓄電できないといった欠点を、各家庭の電気自動車を蓄電池として利用することで電力網全体の負荷を下げる方針を打ち出している。デンマーク政府は2007年から、内燃車では車両価格の105-180%にも達する「新車登録税」を蓄電池電気自動車に限って撤廃した結果、内燃車と電気自動車の価格差はほとんどなくなっている。

つまり、再生可能エネルギーに頼る国ほど電動化のメリットが大きい。いずれにせよ、人類の20世紀における産業の発展に恩恵を与えた化石燃料は気候変動により、自動車産業において役割は小さくなりつつある。

1.3. CO2排出削減・普及への疑問
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マンハッタン政策研究所のマーク・ミルズは論文「すべての人に電気自動車を？ 不可能な夢」原題：で「EVが多くのドライバーにとって実用的で魅力的であることは確かだ。補助金や義務付けがなくても、主に裕福な消費者が数百万台以上を購入するだろう。しかし、ICEの禁止やEVの義務化という政策には致命的な欠陥がある」と指摘。理由は大きく2つあり、「EVによってCO2排出量がどの程度減少するかはよく分かっていない」「EVがいつICEと経済的に同等になるかは誰にもわかっていない」という点である。

論文内でミルズはいくつかの論文を引用し、ボルボのEV「C40リチャージ」が同社製のSUVである「XC40」とライフサイクルCO2排出量で逆転するのは12万マイル程走ってからであり、最初の45,000マイルの走行では比較対象のガソリン車よりも総排出量が多かった点を指摘。

更に研究対象となったEVのバッテリー容量は30 [[キロワット時が中央値であり、米国の消費者が一般的に選択する大型車や大容量バッテリー車のライフサイクル排出量は「ほとんど」考慮されていなかったという。そしてこれらはバッテリーや資源の精製・採掘・加工などで発生する排出量を正確に反映しておらず、石炭発電が主流の中国などでは更にCO2排出量が増加する可能性も指摘している。

もう1つの論点である経済性では、原材料の枯渇に伴う価格高騰を理由としている。EVは莫大な鉱物資源を必要とし、鉱物資源は枯渇までは至らなくても、徐々に鉱石の品質が悪くなる。

銅の鉱石中の銅の重量比は1900年には2%を超えていたが、すでに0.5%程度まで下がっており、今後はさらに下がって行くと考えられる。品質が下がれば同じだけの銅を掘り出すための鉱石の量はそれだけ増えるため、これはコストや二酸化炭素排出量の増加にも繋がる。また、品質が下がると、その中から銅を精錬し取り出すためのコストもかかるようになる。同様のことは、BEVで用いるあらゆる鉱物について当てはまるとミルズは指摘している。

1.4. 電気自動車が自動車産業にもたらす変化
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2010年時点で既に、「電気自動車は自動車産業に大きなインパクトをもたらすと予期される」と指摘された。世界の多くの政府が、自国の自動車産業がこれから迎える電気自動車が主流の時代を生き残ってゆくためにと、電気自動車とその構成部品の開発のために莫大な資金を出すことを決断するようになった。たとえばアメリカ合衆国では、バラク・オバマ政権が、電気自動車とバッテリー向けに24億ドルの連邦補助金を出すと約束した。

中華人民共和国は電気自動車産業の立ち上げに50億米ドル相当のお金を供給すると公表した。

2010年代の後半から、世界各国で、特にヨーロッパ諸国などを中心として持続可能性の必要性の認識が高まった。ガソリン車の販売を規制・禁止したり、電気自動車の販売を促進するための法律が導入されたりした。2030年代半ばなどにそうした期限を設定する形での法律が多数可決されており、それをきっかけにして人々の意識や自動車メーカー側の意識がさらに高まるという現象も相まって、そうした法制度上の変化や整備にもさらに加速がついてきている。

2000年代に急速な経済成長を遂げ自動車の巨大な販売市場となった中国では、2019年時点で中国の新車販売に占める電気自動車の割合は5%で残り95%はガソリン車という状況であった。その中国政府もついに、2020年10月に「2035年には新車販売の50%をEVとし、残り50 %をHVとする」という方針を打ち出した。

2020年代に入り、ヨーロッパや中国などの主要な販売市場において、世界各国の自動車メーカーは、電気自動車の改良を加速させることや、すでに急成長してきている販売市場でシェアを確保することにしのぎを削っている。

2020年以降、全固体電池へ各自動車メーカーの投資が過熱している。2021年1月に中国の上海蔚来汽車が半固体電池搭載の電気自動車を翌年に出荷すると発表。他の企業の全固体電池搭載はフォルクスワーゲンは2025年、日産は2028年を目標としている。 トヨタは、2020年代前半中に全固体電池を実用化すると発表したが、最初はハイブリッドカーへの搭載としている。

2020年8月、ドイツに本拠を持つBMW社は「電動化攻勢をさらに加速させ、2030年までに電動モデルの比率を全販売の50%にする」と発表した。2021年2月15日、イギリスに本拠を持つジャガーランドローバー社は、4年後の2025年から高級車ブランドのジャガーの全ての車種を電気自動車にする計画を発表した。

2022年度の電気自動車の販売シェアは1位がテスラ、2位がBYDでいずれも2003年に創業した新興企業であり、その他ベトナムのビンファストなど世界的に新興企業の新規参入が相次いでいる。また車を構成する部品点数が少ないため、工場を持たないファブレス化に適しており日本でもEVモーターズ・ジャパンが実績を上げつつある。

2. 歴史
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2.1. 黎明期 1800年代 - 1950年代
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2.1.1. 前史
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人間は乗用しなかったものの、電気自動車の元祖は、ハンガリーのイェドリク・アーニョシュの発明に遡ることができる。彼は1827年に電動機を開発し、翌1828年には模型車両に載せて動かすことに成功した。

1835年、トーマス・ダベンポート  が鉄道線路の上を走る電気機関車を製作した。1838年、スコットランドのロバート・デービッドソンは時速約6 [[キロメートルの速度で走行する電気機関車を作った。1840年、イングランドで鉄道線路を電気の供給に使う方式の特許が取得されており、1847年にはアメリカ合衆国でも同様の特許が取得された。

2.1.2. 電気自動車の歴史の始まり
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1830年代、スコットランドの発明家ロバート・アンダーソンが充電不可能な一次電池を搭載した世界初の電気自動車を発明した。

販売された初の電気自動車は、最初のガソリンエンジン車の5年前に英国で登場した。1899年にガソリン車よりも早く初めて100 [[キロメートル毎時を突破するなど当初は有望視され、自動車の黎明期には蒸気機関・内燃機関と動力源の覇権を争っていた。ハブにモーターを搭載したインホイールモーターの原型とも言える4輪駆動車を当時ローナー社在籍のフェルディナント・ポルシェが、1900年のパリ万博に出展した。

トーマス・パーカーは1884年に自ら製作した特別仕様の大容量二次電池を搭載した実用的な自動車を英国ウルヴァーハンプトンで製造した。

アメリカでも発明王トーマス・エジソンが電気自動車の改良に努め、特に充電可能なバッテリーの開発に邁進していた。1900年時点のアメリカは、実に38%が電気自動車であったとされる 。

しかし、広大な国土を持つアメリカでは航続距離の短さが克服し難いネックとなり、やがて彼のもとで内燃機関を研究していたヘンリー・フォードによるフォード・モデルTの成功により自動車市場は完全に内燃機関自動車に支配された。イギリスでの牛乳配達用ミルクフロートや屋内用のフォークリフト等、一部を除いて電気自動車は一旦市場から姿を消す。

1930年代、ゼネラルモーターズ 、ファイアストン、スタンダードオイルカリフォルニアの3社の協業で National City Lines  という会社が設立された。この会社は各地の電気機関車を使っていた路面電車の会社を買い取り、電車を廃止してGM製バスに切り替えるという事業を行った。3社はNCLへの車両や燃料などの供給を独占したことで有罪とされたが、NCLによる交通サービスの独占は問題にされなかった。

日本でも第二次世界大戦後、ガソリンが不足していたうえに日本本土空襲による工場の破壊で電力が余っていた時期に数社から電気自動車が販売されていた。このうち東京電気自動車が開発したたま電気自動車は鉛蓄電池への一度の充電で65 [[キロメートル走れ、最高時速は35 km}}だった。東京電気自動車は後にプリンス自動車工業に改名され、1960年代に日産自動車へと吸収されるが、日産によって復元された電気自動車は現存している。だが、終戦直後の日本製電気自動車は、朝鮮戦争による鉛価格の上昇やガソリンの入手性が向上した事により姿を消した。

2.2. 石油ショック 1970年代
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再び脚光を浴びるのは先進国でモータリゼーションが進んだ1970年代である。

オイルショックが起き、石油資源依存に対するエネルギー安全保障上の懸念や、排気ガスによる大気汚染の深刻化への解決策として電気自動車が提案された。日本においては通商産業省主導の電気自動車研究開発プロジェクトが実施され、本田技研工業を除く国内全メーカーが電気自動車を開発した。しかし主に鉛蓄電池を用いた電気自動車は求められる性能を確保できぬまま、石油確保の政治的解決やガソリン自動車の排気ガス浄化性能の向上に伴い、電気自動車は再び姿を消す。

2.3. ゼロエミッション規制 1980年代後半 - 1990年代
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次に状況が変化するのは1980年代後半、CARBのゼロエミッション規制構想時である。これは米国カリフォルニア州で販売する自動車メーカーは一定台数、有害物質を一切排出しない自動車を販売しなければならない、という規制の構想であった。これに対応できるのは電気自動車と考えられた。

1970年代に比べ、鉛蓄電池からニッケル水素電池と言った技術の進歩もあり、実際にトヨタのRAV4EV、ホンダのEV-PLUS、ゼネラルモーターズのEV1などの限定販売・リースが開始され、電気自動車の本格普及も近いと思われた。しかし鉛蓄電池に比べニッケル水素電池はエネルギー・出力密度に優れてはいたが、それでも電気自動車は充分な性能を確保できなかった。

1990年代により高性能なリチウムイオン電池を採用したのは日産のみであった。ハイパーミニはアルミスペースフレームによる超軽量ボディとリチウムイオン電池を採用する意欲作ではあったが、車両価格が362万円と高価で、かつインフラ整備も整わず、普及には至らなかった。

これ以降、自動車メーカーは、電気自動車の欠点であるエネルギー密度の問題を解決するため、燃料電池を搭載した燃料電池自動車の開発などにも注力し、2002年には燃料電池自動車ホンダ・FCXや、トヨタ・FCHVのリースが開始されたが、水素ステーションの未整備など、使い勝手や費用等に問題があり普及には至っていない。

2.4. 2000年代
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電気自動車のネックとなっていたバッテリー性能について、大きな進歩がみられる。

モバイル機器等で使用が当たり前になったリチウムイオン電池を採用することで、性能向上を果たした電気自動車が発表されるようになった。リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池より高エネルギー・高出力密度であるとされ、電気自動車の性能改善が見込まれる。充電時間についてはメーカーや研究機関で30分以下で70%の充電を可能にする急速充電技術が開発されている。電池寿命についてはモバイル機器などに使用されているものとは異なり長寿命である。長寿命である要因は質量あたりのエネルギー密度がモバイル用よりも低く、設計的に余裕があるためである。後述のテスラの電気自動車では16万kmの電池寿命と発表している。日本国内で使われる自家用自動車の場合、走行距離が20万kmに及ばないうちに廃車になることも多いが、30万km以上使うこともある商用車などの用途では途中で交換が必要と考えられる。

充電時間の長い二次電池を使用せず、動力源に絶縁性能を改善したキャパシタを用いた試験では、車両総重量が1.5 t}}クラスであれば、100 km/h}}の定速運転で700 km}}以上の航続距離を達成することが既に可能であると報道された。短時間の充放電が可能なキャパシタは回生ブレーキで発生した電力の有効な回収手段としても注目されており、日産ディーゼルが開発中である。

また、従来のバッテリーよりもはるかに高性能のリチウム・空気電池の開発も進みつつある。

バッテリー性能向上のほかにも、電気エネルギ効率を高められるインバータによる可変電圧可変周波数制御といった、パワーエレクトロニクスの発達もあり、電気自動車の性能は向上している。慶應義塾大学電気自動車研究室が開発したエリーカでは、既に370 km/h}}の最高速度と4.1秒の0-100 km/h}}加速が達成されており、内燃機関車両に比べ簡単な駆動系で高い動力性能が引き出せることを実証した。

米国では、テスラ  により、0-60 mph}}  加速約4秒、最高速度130 mph}}  以上、航続距離250mile  を達成したスポーツカータイプの、純粋の電気自動車「ロードスター」が発表された。電池寿命は10万マイルは動力性能を出来るとしている。さらに2009年3月には「モデルS」が発表された。これは大量生産車で、2009年4月ごろの段階ですでに1,200台以上受注し、すでに数百台が路上を走っており、毎週25台のペースで生産しており、予約は同年秋までいっぱいとされた。燃費が非常に良く、トヨタ・プリウスのおよそ2倍で、370 km}}走っても電気代が500円程度で済むとされた。

日本では2009年6月4日に三菱自動車によりi-MiEVが生産開始され、続いて2010年12月20日に日産自動車によりリーフが生産開始された。

従来の電気自動車は、パワー・航続距離が不足しているため、短距離を走るシティコミュータなどが使用法として考えられてきたが、上記のような高性能の自動車が開発され、問題は解決した。

2.5. 2010年代
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米カリフォルニア州の2017年のZEV規制の規制強化、フランスやイギリス等におけるガソリン車・ディーゼル車の将来的な新規販売禁止など、自動車メーカーによる電気自動車等のゼロエミッション車の開発・販売が急がれている。

電気自動車で先行する日産自動車は、鋭い加速などが特徴のスポーツ車へのEVモデルを、トヨタは航続距離の長距離化に有利と主張する全固体電池の実用化を、それぞれ東京モーターショーで発表した。

中国では、2015年に発表した産業中期戦略「中国製造2025」において電気自動車を中心とした新エネルギー車を国家産業競争力の核心的利益として育てていく方針を打ち出し、2025年までに新エネ自動車販売台数を100万台、国内市場占有率70%以上にすること掲げた。2017年における中国市場の電気自動車販売台数は約58万台となっており、世界で販売される電気自動車全体の4割以上を占める状況となっている。2021年現在の中国では、上汽通用五菱汽車が販売するセカンドカー向けの低価格車から、上海蔚来汽車の高級クーペまで多彩なラインナップが揃い、IT業界からの新規参入もあるなど群雄割拠となっている。

トヨタ自動車の豊田章男社長は、エネルギー政策とセットで考えなければ日本国内での電気自動車生産は難しいという意見を表明している。トヨタではハイブリッド車と燃料電池自動車の販売を行っているほか、業務用の電動トラックの開発を進めている。2021年10月には一般向け電気自動車のブランドの立ち上げと2025年までに7車種を投入すると発表した。

2019年10月、電池技術を軸に電気自動車事業への参入を表明していたダイソンは、全固体電池の研究開発などを除き事業から撤退することを決めた。

2.6. 脱炭素・EVシフトへの加速 2020年代
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2021年10月末より開催されたCOP26において、「100%ゼロエミッション車とバンへの移行を加速することに関するCOP26宣言」が行われた。主要市場では2035年、全世界で2040年までに全ての新車販売をゼロエミッション車とする内容で、世界39か国とそのほか都市や州、地方自治体、自動車メーカーなどが合意し、署名をした。

2021年、本田技研工業は電気自動車と燃料電池車に注力するため、ラインナップの整理を行うほか、フォーミュラ1からの撤退を表明した。

日本の地方部においては、2015年ごろからガソリンスタンドの廃業が多発したことによる生活インフラの喪失が深刻な問題となっていた。電気自動車の普及がこの問題の解決策となることも期待された。

しかし新たな問題にも直面した。この頃は、自動車、パソコン、モバイル、ゲーム機、その他各産業において半導体の需要増加があり、世界的な半導体不足が懸念されている。自動車は電動化することにより車載用の半導体装置・部品がこれまで以上に必要となっている。2021年後半に電気自動車の販売台数は500万台に迫り、半導体の供給が追い付いていない。EVメーカー各社が苦慮する中で、この危機的状況をテスラ社が回避し2021年に過去最高の年間販売台数を達成できたのは、半導体を自社で設計・生産する体制があったことが大きく貢献した。

2022年、CASEと呼ばれる100年に一度の自動車産業の大変革にあたり、自動車の電動化は、カーボンニュートラル社会実現のために必要不可欠な技術となっている。EU加盟国では、2035年までに新車販売で電動車100%という目標を掲げ、2035年から内燃機関自動車の新車販売が禁止される。

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3. 二次電池式電気自動車 
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二次電池式電気自動車とは、車体に電気プラグを接続し二次電池に充電、その電気で電動機を回して走る自動車のこと。二次電池式の乗り物全般は総称してBEVというが、一般にBEVというと二次電池式自動車のことを指す。BEVは、蒸気自動車やガソリンエンジン自動車と並んで古くから開発されているが、リチウムイオン電池が実用化される2000年代まではバッテリーの性能が低く普及していなかった。電気自動車はエンジン車に比べ構造が単純で、インフラの障壁も低いことから、世界で普及が加速している。

ただし車両価格は同じクラスのガソリンエンジン車と比較するとバッテリー価格の影響で高価となる傾向にある。またBEVは電動化した車であるため半導体の部品が多く、コロナ禍では半導体不足の影響を強く受けていた時期があった。

3.1. 長所
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電気はガソリンなどの化石燃料に比べて効率がよく、電気代  も圧倒的に安い。
内燃機関、クラッチ、変速機、始動用の補助動力装置などが不要なため、部品点数が内燃機関車に比べ大幅に少なく、部品ユニットの交換も容易。また、エンジンオイルやミッションオイル、不凍液、点火プラグ、ラジエター、ラジエターホース、タイミングベルトなどの補器・消耗品も大幅に減るため、メンテナンスなどのランニングコストが抑えられる。
ガソリンや排気ガスの匂いがなく、走行時の騒音や振動も少ない。停車時はほぼ無音である。
エアコンやシートヒーターなどは電気自動車用バッテリーから給電する為、停車時も内燃機関のようにアイドリングすることなく使用可能。
走行時に二酸化炭素や窒素酸化物などの大気汚染の原因となる有害物質を一切排出しない。火力発電所などから排出される分を考慮しても、内燃機関自動車より有害物質の排出が少ない。
排気ガスが出ないため、積雪時の車中泊などで内燃機関車で問題になる排気管が雪などで塞がり排気ガスが室内に流れ込むことによる一酸化炭素中毒事故は発生しない。また、シートヒーターや電気毛布などの防寒対策のみでしのげば、電力消費を少なくすることができる。
現在多くの乗用車メーカーは電気自動車用バッテリーの保証を走行距離10万km以上としており、耐久年数に関してもガソリンエンジン自動車と比べて遜色がない。さらに使用済みバッテリーは蓄電設備への需要が存在する為、すぐに廃棄ロスにはならない。
モーター、バッテリーを持つため、運動エネルギーを再び電力に変換して蓄える、回生ブレーキが実現できる。また回生電流を制御することにより制動力を調整することも可能である。
電動機は駆動力と制動力の双方を生み出すため、電子制御で高性能のトラクションコントロールとABSを実現することが容易。これによりアクセルペダルのみで発進、加速、減速、停止の操作が可能なシステムも実現している。
自宅や事業所の駐車場にコンセントなどの充電設備があれば、日常的にはスタンドへ行く必要がない。深夜に充電すれば、より安価な深夜電力を利用することができ、電力供給者側の発電の平準化にも役立つ。家庭用充電設備も大規模な設備や資格等が必要なガソリンスタンドと違い個人でも無理のない値段で設置可能で保守点検も簡便である。
動力源が電気であるため、エネルギー源も幅広い。電力会社から購入するだけでなく、太陽光などの自然エネルギー由来の電力利用も可能。
電気自動車に蓄えられた電力は、電池容量24-60 kWh}}で一般家庭約2日 - 6日分に相当し、停電などの災害が発生した際の緊急用の電源として用いることが可能。充電済みの電気自動車があれば、蓄電池として小規模なスマートグリッドとして使用することが可能。
モーターはエンジンより非常に小型に造れるため、衝突時などに衝撃を吸収するクランプルゾーンを広くとることが可能。また、衝突時にモーターが足下に侵入しない。
上記に関連して、空いたスペースを積載スペースとして割り当てることもできるため、車格に対して積載量が多くできる。車両後方だけでなく、前方にもトランクを持つ車種が増えている。
駆動レイアウトも内燃機関車と比較して制約が減少した。例えば車両後方にモーターを設置しても十分な乗員人数と後席スペース、積載性を確保できるようになり、後輪駆動や四輪駆動もモーターの設置位置やモーターを増やすだけで実現ができ車両中央を貫くシャフトは使用しなくてもよくなった。
一般的な乗用車などではバッテリーパックが床下に収納されており、このタイプは低重心となり横転リスクを軽減できる。
化石燃料を必要としないため、火災や爆発のリスクが低減する。
動力機構がシンプルなため、応答速度が速く制御しやすい。
内燃機関は標高が高くなると大気圧や酸素濃度の低下により出力も低下するのに対し、標高の変動による影響を受けず一定の出力を保つことができる。
電気モーターは発進時から最大トルクを得ることができ、摩擦損失の発生するトランスミッションなどを用いず直接車輪に動力を伝達できるため、加速性能が極めて高い。これを生かした技術としてインホイールモーターと言われるモーター軸にホイールを取り付けて動力伝達ロスを最小限にする技術も存在する