レンジエクステンダー

レンジエクステンダーは、燃料ベースの補助動力装置（APU）であり、車両のバッテリーを充電する発電機を駆動することで、バッテリー電気自動車の走行距離を延長します。この構成は、シリーズハイブリッドドライブトレインとして知られています。最も一般的に使用されるレンジエクステンダーは内燃機関ですが、燃料電池や他の種類のエンジンを使用することもできます。^[1]

レンジエクステンダー車両は、カリフォルニア大気資源局（CARB）によって、拡張レンジ電気自動車（EREV）、レンジ拡張電気自動車（REEV）、レンジ拡張バッテリー電気自動車（BEVx）とも呼ばれています。^[2]

すでに生産が中止されているシボレー ボルトやBMW i3など、多くのレンジエクステンダー車両は、レンジエクステンダーだけでなくグリッドからもバッテリーを充電できるため、プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）の一種です。^{[3] [4]} ハイブリッド電気自動車（HEV）、マイルドハイブリッド（MHEV）、およびほとんどのPHEVは主に燃焼によって駆動されます（エンジンと燃料タンクが大きく、バッテリーと電気モーターが小さい）が、レンジエクステンダー電気自動車はその逆です。^[5]

レンジエクステンダーの主な機能は、車両の走行距離を延ばすことです。走行距離の自律性は電気自動車の商業的成功に対する主な障壁の1つであり、バッテリーが消耗したときに車両の走行距離を延ばすことは、走行距離不安を軽減するのに役立ちます。^[6]

レンジエクステンダーは、ガソリンなどの燃料で動く単一燃料車の走行距離を維持しながら、主燃料（バッテリー電源など）を使用することで、レンジエクステンダー燃料（ガソリンなど）の消費量を減らすこともできます。レンジエクステンダー燃料は、一般的に主燃料源よりも環境的および経済的に使用しにくいと考えられているため、車両制御システムは、主燃料が利用可能な場合は主燃料の使用を優先します。ただし、主燃料源の航続距離には制限があるため、レンジエクステンダーを使用すると、車両はレンジエクステンダー燃料源の走行距離を完全に維持しながら、主燃料のコストと環境上の利点の多くを得ることができます。^[7]とはいえ、レンジエクステンダー付きの車両を使用することで得られる利点（コスト、炭素排出量）は、最終的には車両の運転方法、特にレンジエクステンダーの使用頻度によって異なります。^[8]

たとえば、オプションのレンジエクステンダーを備えたBMW i3やシボレー ボルトなどの車には、80～160 km (50～100 マイル) 走行できる十分な容量のバッテリーが搭載されています。これは、多くの旅行には十分ですが、長距離を運転するには不十分です。そのため、ドライバーは通勤や日常の運転にバッテリー電力を使用しながら、補助ガソリン内燃エンジンを使用して、ニューヨークからボストン(約 320 km、200 マイル)まで運転することができ、バッテリーを充電するために頻繁に停止する必要はありません (数時間かかる場合があります)。したがって、車の所有者は、ほとんどの運転でより安価で炭素集約度の低い電力を使用するという利点を得ると同時に、同じ車でより長い旅行に出る能力を維持できます。

レンジエクステンダーが従来の燃料を使用する場合、通常のガソリンスタンドで燃料を補給することができ、従来の自動車と同様の走行距離が得られます。^{[9] [10] [11]}

レンジエクステンダー付き電気自動車は電気モーターのみで駆動するため、内燃機関車で一般的に使用されるギアボックストランスミッションシステムに関連する重量とコストをなくすことができます。さらに、レンジエクステンダーは車両の電力需要に合わせて出力を増減する必要がないため（このタスクは電気モーターによって処理されます）、レンジエクステンダーは車両のピーク電力要件（加速時など）ではなく平均電力要件を満たすサイズにすることができます。レンジエクステンダーは、最も効率的な回転速度に非常に近い速度で動作することもできます。これらの設計機能により、レンジエクステンダー付き電気自動車は化石燃料エネルギーを電力と車両の動きに比較的効率的に変換できます。内燃エンジンは高回転数（摩耗の増加を引き起こす）で動作する必要がないため、寿命が長くなる可能性があります。

• 第一世代のレンジエクステンダーは、既製の内燃エンジンです。
• 第 2 世代は、直列ハイブリッドでほぼ一定の負荷に対応するために、ゼロから新たに設計されたピストン エンジンで構成されています。これには、ヴァンケル エンジン、ロータリー燃焼エンジン、フリー ピストン エンジンが含まれます。
• 第3世代は、一定の負荷で動作するマイクロタービンと燃料電池です。 ^[12]

2012年3月にカリフォルニア大気資源局（CARB）が採択したゼロエミッション車両規制の2012年改正によれば、BEVxと呼ばれる航続距離延長型バッテリー電気自動車は、とりわけ以下の基準に準拠する必要がある：^[2]

• 車両の定格全電気走行距離は少なくとも 120 km (75 マイル) である必要があります。これは、ゼロ排出ガス車両に要求される 80 km (50 マイル) よりも長い距離です。
• 補助動力装置（APU）は、バッテリー範囲以下の範囲を提供する必要があります。
• バッテリーの充電がなくなるまで、APU をオンにすることはできません。
• 車両は超低排出ガス車（SULEV）の要件を満たしている必要があります。
• APU および関連するすべての燃料システムは、蒸発ガス排出ゼロの要件に準拠する必要があります。

レンジエクステンダーは、海洋（自律型水中車両）、航空機、発電機/ユーティリティ、自動車^[13]、ハイブリッド電気自動車のアプリケーションで一般的に使用されています。^[14]

ゼネラルモーターズは、シボレー ボルトを、16 kWh のバッテリーと「航続距離を延長する」ガソリン駆動の内燃機関 (ICE) を発電機として搭載した電気自動車と説明し、ボルトを「航続距離延長型電気自動車」または E-REV と名付けました。^{[3] [4] [15]} 2011 年 1 月のインタビューで、シボレー ボルトのグローバル チーフ エンジニアであるパメラ フレッチャーは、ボルトを「航続距離を延長した電気自動車」と呼びました。^{[16]ボルトは、}充電消耗モードで最初の 40～80 km (25～50 マイル) は純粋な電気自動車として動作します。バッテリー容量がフル充電から事前に設定されたしきい値を下回ると、車両は充電維持モードに入り、ボルトの制御システムは、パフォーマンスを向上させ、高速効率を高めるために、最も効率的なドライブ モードを選択します。^{[3] [17] [18]}

ゼネラルモーターズが北米のボルト所有者の走行距離をリアルタイムで集計したところ、2014年6月中旬までに、ボルト所有者の全電気走行距離は8億km（5億マイル）を超えた。また、GMはボルト所有者の運転の63％以上が全電気モードで行われていると報告している。定期的に充電するボルト所有者は、通常、給油の合間に1,560km（970マイル）以上を走行し、ガソリンスタンドを訪れるのは月に1回未満である。^[19] GMが2016年8月に発行した同様のレポートによると、ボルト所有者はEVモードで約24億km（15億マイル）を走行しており、総走行距離の60％を占めていると報告されている。^[20]

少なくとも22kWhのバッテリー容量を持つBMW i3全電気自動車には、オプションでガソリン駆動のレンジエクステンダーAPUが用意されています。[ 21 ]^{レンジエクステンダーは、} BMW C650 GTスクーターに使用されているものと同じ647ccの2気筒ガソリンエンジンで、9L（2.0インペリアルガロン、2.4米ガロン）の燃料タンクを備えています。米国モデルは当初、タンクの容量が電子的に制限され、7Lに小さくなっていました。^[22]レンジエクステンダーは、バッテリーレベルが6％に低下すると作動します。電気を生成して、航続距離を130〜160km（80〜100マイル）から240〜300km（150〜190マイル）に延長します。^{[23] [ 24]} BMWはレンジエクステンダーを充電場所に到達できるようにバックアップとして設計したため、レンジエクステンダーモードでのパフォーマンスは、バッテリー電源で動作しているときよりも制限される可能性があります。^[25]

BMWによると、i3の発売当初、レンジエクステンダーの使用率はメーカーの予想をはるかに上回る60%以上だった。しかし、時間が経つにつれて使用率は大幅に低下し、ほとんど使用しない人もおり、2016年までにi3の5%未満で定期的に使用されている。^[26]

レンジエクステンダーオプションは、米国では3,850ドルの追加料金がかかります。 ^[27]フランスでは4,710ユーロ（約6,300ドル）の追加料金がかかります。 ^{[28]オランダでは}4,490ユーロ（約6,000ドル）の追加料金がかかります。^[29]

BMW i3 のレンジエクステンダーオプションは、CARB の REx と呼ばれる補助動力装置 (APU) 規制を満たすように設計されました。CARB が 2012 年 3 月に採択した規則によると、REx ユニットを搭載した 2014 年型 BMW i3 は、レンジエクステンダー付きバッテリー電気自動車、つまり「BEVx」として認定される最初の車となります。CARB は、このタイプの電気自動車を「APU が追加された、比較的電気範囲の広いバッテリー電気自動車 (BEV)」と説明しています。通常の使用でパックが空になった後、バッテリー充電を約 6% に維持する APU は、提供できる追加範囲が厳しく制限されています。^{[2] [30]}

その他の航続距離延長型電気自動車には、生産終了となったキャデラックELRや生産終了となったフィスカー カルマなどがある。^{[31] [32] [33]} 2016年6月、日産は2017年3月までに日本でコンパクトな航続距離延長車を発売すると発表した。 ^[要更新]このプラグインハイブリッドシリーズは、 2015年のフランクフルトモーターショーで展示された日産グリップスコンセプトクロスオーバーでデビューした、e-Powerと呼ばれる新しいハイブリッドシステムを使用する。^[34]プラグイン機能のないこの技術は、日産ノートe-Powerと日産キックスe-Powerに搭載されていた。

LEVC TXロンドンタクシーは2017年に発売され、1.5リッターガソリンエンジンで充電される33kWhのバッテリーを搭載しています。^[35]

Li Auto Oneは41kWhのバッテリーと1.2リッターの小型ガソリンエンジンを組み合わせた大型SUVです。^{[36] [37]}

このアプローチは、ライトバスの ジェミニ2 ^[38]やニュールートマスター^[39]バスなどの大型車両にも使用されています。

水素燃料電池は、バッテリー電気バスの航続距離延長装置としても使用されており、航続距離を延ばすことが可能となっている。^[40]例えば、メルセデス・ベンツのeCitaroは、バッテリー電気モデルとして280キロメートル（170マイル）の航続距離を持ち、eCitaro燃料電池バスは、バッテリーを再充電する60kWのトヨタ燃料電池のおかげで400キロメートル（250マイル）の航続距離を持っている。^[41]

フォードは、完全電動ピックアップトラック用の荷台に取り付けるガソリン発電機の特許を取得しています。^[42]リビアンは、航続距離を延ばすための荷台に取り付ける追加バッテリーの特許を取得しています。^[43]リビアンの電気トラックは、互いに充電し合うことで航続距離を延ばすことができます。^[44]

2010年のウルヴァリン3計画には無人航空機用のICEレンジエクステンダーが含まれていた。^[45]

航続距離延長型電気自動車は、直列ハイブリッドドライブトレインを使用します。

• ハイブリッド車のドライブトレイン
• マイクロタービン
• ハイブリッド車とプラグインハイブリッド車の一覧
• ディーゼル・電動パワートレイン

• マーシャル、アーリアン。「自動車メーカーは長距離走行可能なEVに熱心。購入者も気に入ってくれることを期待している」 。Wired。ISSN 1059-1028 。2024年11月4日閲覧。