最後の10 mphだけで、約26マイル。これは70 mphで巡航する電動セダンと、 同じ車を80 mphで走らせたときの差です。実験室の測定モードではなく、 数十万回に及ぶ実走行から計測された数字です。その背後にある物理は 単純で容赦がありませんが、そこから多くの人が引き出す結論は間違っています。 電気自動車において、速く走ることは主にお金の問題ではありません。 時間の問題なのです。
実測された数字
Geotabは自社のフリートテレマティクスから、巡航速度別の航続距離データを 公開しました。電動セダン500台による350,000回のトリップと、 電動バン2,000台による280万回のトリップ、合計550,000時間を超える 走行データです。どちらの車種も65 kWhのバッテリーを搭載しており、 以下の数値は86°F（約30℃）の条件で計測されています。
| 一定速度 | 電動セダン | 電動バン |
|---|---|---|
| 50 mph | 277マイル | 143マイル |
| 60 mph | 251マイル | 121マイル |
| 70 mph | 226マイル | 103マイル |
| 80 mph | 200マイル | 88マイル |
| 50→80 mphの低下 | 28％ | 39％ |
興味深いのはバンの列です。同じバッテリー、同じ道路でありながら、 同じ速度域で航続距離を11ポイントも多く失っています。 パワートレインでは説明がつきません。説明できるのは形状です。 背が高く前面が鈍い車体は前面投影面積が大きく、空気抵抗係数も悪いため、 全負荷に占める空気抵抗の割合が大きくなり、二乗則がより強く牙をむくのです。
二乗則と、それだけでは足りない理由
空気抵抗は速度の二乗に比例して増加します。仕事率は力×速度なので、 その抵抗に打ち勝つために必要な出力は三乗で増えます。 ただし航続距離を決めるのは出力ではなく1マイルあたりの消費エネルギーであり、 そちらは二乗に従います。
このモデルを70 mphから80 mphに素朴に当てはめると、大きな低下が予測されます。 1マイルあたりの消費エネルギーは二乗の比、およそ1.31倍になるはずなので、 226マイルの航続距離はおよそ173マイルまで落ちる計算です。
しかし実測値は200マイル。モデルは30マイル近く過大に予測しています。 その理由は理解しておく価値があります。空気抵抗は負荷の一部にすぎないのです。 転がり抵抗は速度に関係なく1マイルあたりほぼ一定です。 車室の冷房、ライト、電装品は独自のペースで電力を消費します。 これらの要素が二乗則を薄めているのです。
その結果として、空気抵抗はエネルギー収支の中で一定の割合を占めるものではなくなります。 50 mphではそれは全体の一部にすぎませんが、80 mphでは1 mph上げるごとの コストを支配します。だからこそ航続距離の曲線は直線的に下がるのではなく、 速くなるほど傾きを増し、最後の10 mphが必ずその前の10 mphより高くつくのです。
速度は気温に勝つ。しかも大差で
EVの航続距離といえば寒さが槍玉に挙がりますし、冬についてはその批判の多くは もっともです。しかし暖かい季節の高速道路では話が違います。
同じ分析は、走行速度が航続距離低下の最大の単一要因になりうること、 そして高温下の高速域では空気抵抗が車室の冷房よりもはるかに大きく 航続距離に影響することを結論づけています。速く走るほど、 その速度を維持するために必要なエネルギーに比べて、 気温の影響は相対的に小さくなっていきます。
この非対称性は構造的なものです。エアコンはほぼ固定的な消費に近く、 50 mphでも80 mphでもおおよそ同じ電力を使います。つまり1マイルあたりの 消費エネルギーに占める割合は、速度を上げるほどむしろ縮まります。 空気抵抗はその逆です。暑い高速道路で航続距離を稼ごうとエアコンを切るのは、 最適化すべき項目を間違えているということです。
ガソリン車から持ち込まれる逆転の常識
何年もガソリン車に乗ってきた人は、ひとつの経験則を身につけています。 高速道路の燃費は市街地の燃費より良い、というものです。 カタログにもそう書いてあります。電気自動車ではこの法則がひっくり返り、 その逆転が最初のロングドライブで人を戸惑わせます。
| エンジン車 | 電気自動車 | |
|---|---|---|
| 渋滞で停止中 | アイドリングで燃料を消費 | ほとんど消費しない |
| ブレーキ時 | 運動エネルギーは熱として失われる | その多くを回生できる |
| 80 mphでの定速走行 | 空気抵抗の代償は同じ | 空気抵抗の代償は同じ |
| 得意な場面 | 高速道路 | 市街地 |
両者の空気力学はまったく同じです。違うのは、それが比較される土台のほうです。 ガソリン車は市街地であまりに低いハードルを設定するので、 高速道路が実力以上に良く見えます。電気自動車は市街地で理論上の ベストに近い走りをするため、高速道路では隠れる場所がありません。
EPAの複合値がロングドライブで誤解を招くのも同じ理由です。 市街地モードと高速道路モードを混ぜた値であり、長距離を速く走る運転は そのどちらでもありません。メーターの航続距離表示も同じ罠にはまります。 この表示はたいてい直近の走行から作られるため、1週間の市街地通勤は 自信満々の楽観的な数字を生み、高速道路の最初の1時間がそれを静かに壊します。
代償が実際に降りかかる場所：お金ではなく時間
ガソリン車についての同じ問いは 70 mphではなく80 mphで走る価値はあるか で検討しました。そこでの答えは、買い戻した1時間あたり何ドルという 固定的な金額の形になりました。電気は十分に安いので、EVで同じ計算をすると 出てくるのは小さな数字です。本当の請求書は別のところから届きます。
上記のセダンで、満充電から220マイルの移動をすると考えてみましょう。
- 70 mphの場合：航続距離は226マイルなので、 充電ストップは不要です。走行時間はおよそ3時間09分。
- 80 mphの場合：航続距離は200マイルに落ちるため、 途中で1回止まる必要があります。走行時間は2時間45分に縮まりますが、 高速道路の出入りを含めて現実的な急速充電25分を加えると、 到着はおよそ3時間10分になります。
速く走ったほうは24分の走行時間を節約し、25分を充電に費やしました。 到着は1分遅く、その代わりにより多くのエネルギーと集中力を使っています。
この数字は前提に依存しており、それは明示しておくべきです。 満充電スタート、低い残量で到着することを許容すること、 そして充電器が都合よく配置されていること。距離を変えれば答えも変わります。 しかし全体の形は変わりません。航続距離と速度は曲線の上でトレードオフの関係にあり、 充電時間は階段関数です。速度を上げたことで段差を一段またいでしまえば、 その瞬間に計算は不利に転じ、どれだけ速度を上乗せしても取り返せません。
事態を悪くする二次的な効果もあります。充電はバッテリーが埋まるにつれて 目に見えて遅くなるため、継ぎ足しの最後の部分が最も時間を食います。 本来不要だったはずの1回の充電は、単なる余分な停車ではなく、 分単位で見て不釣り合いに高くつくのです。
ここからどうするか
有効な一手は、のろのろ走ることではありません。 自分のルート上で段差がどこにあるかを知ることです。 そしてそのためには、混合値のカタログ数値ではなく、 一定巡航での自分自身の1マイルあたり消費エネルギーを知る必要があります。
知るのは簡単です。平坦な区間で速度を一定に保ち、 その間に走った距離と使ったエネルギーを記録して、割り算するだけ。 これを2つの速度で繰り返せば、自分の曲線の傾きが分かります。 それこそがロングドライブを実際に予測できる数字です。
この計測の距離側については、GPSのトリップメーターが正直な計器です。 車のオドメーターは記憶されたタイヤ周長に対してホイールの回転数を数えており、 オドメーターは正確か で扱ったとおり、通常1〜3％多めに表示します。距離が水増しされれば、 電費の数字は静かに良く見えてしまいます。 GPSオドメーターは車とは独立して距離を記録し、 ライブスピードメーターは実際に維持している真の対地速度を表示します。 その値はたいていのメーター表示より1〜2マイル/時ほど低いものです。
まとめ
電動セダンは50 mphから80 mphの間で航続距離の28％を失い、 電動バンは39％を失います。空気抵抗が速度の二乗で効き、 その負荷が全体に占める割合を車体形状が決めるからです。 実測の低下は純粋な空気力学モデルの予測よりも緩やかです。 転がり抵抗や補機類が二乗則に従わないためですが、 曲線は速くなるほど急になり、最後の10 mphが常に最も高くつきます。
暖かい季節の高速道路の速度域では、速度が気温を圧倒します。 だから切るべきなのはエアコンではありません。そして電気自動車は 開けた道路よりも市街地で本領を発揮するため、ガソリン車から持ち越した 直感は逆方向を指しています。何より重要なのは、その代償が ガソリンスタンドでのドルではなく、充電器の前での分で支払われることが多いという点です。 つまり、長い距離を最も早く走りきる方法は、最も速い速度であるとは限らないのです。