Department of Opto-Mechatronics

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1 Department of Opto-Mechatronics
２００６．１２．３ Solar car project R&D low-emission vehicle Jin KATSUYA Department of Opto-Mechatronics CREA

2 開発着手背景 石油燃料枯渇の心配や、原油高騰に係る石油エネルギー 大量消費の限界 道路周辺への公害懸念
　大量消費の限界 道路周辺への公害懸念 省エネルギー自動車の需要と必要性の高まり 有望と思われている省エネルギー技術 ソーラーカーは電気自動車の特徴を存分に発揮した構造であるコンポネント・ビルトイン式フレームを基本とし、大きさもISF4000という車の規格と同じ大きさを採用。そのスピードも平均６０～８０km/hと、現行の車と近くなっている。 低公害車の研究という観念から、ソーラーカーを選択 ハイブリッド 燃料電池 ディーゼル車 LPガス自動車 石炭・薪 車を使わない

3 Cause of energy loss of car
→現在のガソリン自動車では、エンジン性能に限界があり、効率を上げれない エンジン自体の効率・タイヤに伝えるまでのエネルギーロス 石油エネルギー全体の１割弱くらいしか使えない 長年蓄積してきた技術が使える →電気自動車にする利点 　　　 ・トランスミッションが不要になる ・部品点数が現行の６割程度まで減らせる Cause of energy loss of car アイドリングロス 加速抵抗 空気抵抗 転がり抵抗 伝達損失 ガソリン車━━━　燃やした石油エネルギーの9割を廃熱と汚染物質に換え、走るエネルギーには良くて1割弱しか使えない 電気自動車━━━　電気を用い、モータで走る。ガソリン車のような駆動装置が一切不要。また、巨大なエンジンルームを必要とせず、大幅な空気抵抗の削減が可能 1 2 3 4 5 4

4 電気自動車の長所と短所 →電気モーター駆動自動車の利点 →電気自動車にする短所 低回転域からトルクを取り出せるので、ダイレクト駆動が可能
エネルギー変換効率が圧倒的に高い 部品点数が６割程度に削減でき、空気抵抗の低減も行いやすい 電子回路技術など、日本に大きな強みがある →電気自動車にする短所 電気貯蔵技術の未成熟 業界や消費者の間での不安感 モータは低回転から高回転域に至るまでトルクが得られるため　エンジンからトランスミッションにかけての駆動系が要らなくなります。（多くの場合、後輪2輪に『ブラシレスＡＣ（交流）モータ』のダイレクトドライブ） このトランスミッションなどは、大手自動車メーカーが高性能化に汲々としてきた部分 　これら駆動系の部品が要らなくなり、部品点数は６割近くになる 4

5 Solar car parameter（Production in 2006）
Car name Super sonic Vehicle dimensions ３６５０ｍｍ　 ×　１３４０ｍｍ　 Tread 1140M Wheel Base 2000 mm Weight 200kg Solar Panel 320W 13.4% Motor Unique mobility 5.1kW Battery ２７　Ah/５HR×８ Speed Maximum ： 103km/h Cruise ： 42km/h Maximum. Power Point Tracker データロギングシステム 無線LANによるテレメトリシステム Solar Car搭載機能

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7 １時間の走行（56.7ｋｍ）で0.6ｋWｈ　電気代換算でおよそ12.6円（充電損失含む）を実現
ロールバー設置など、安全に配慮。低速での走行試験。ボディ・タイヤスパッツの製作途中 モータに特性不安

8 CAD design Circuit design
Ｓｏｌａｒ ｃａｒ 製作に必要とされる技術 設計技術 CAD design Circuit design Strength calculation Academic　Education 加工技術 Joint Technology 通信技術 Specific　Technique Processing technology Network technologies

9 データロギング LabVIEW8.1 NI USB6008 ノートＰＣ 無線ＩＰルーター →データロギングシステム 使用機器
ノートパソコンを用い，ＵＳＢによるデータロギングシステム １２ビット分解能・１２chの計測 ２０[Ｖ]１０[mA]　→　シャント抵抗・分流器によるレンジ拡大 使用機器 LabVIEW8.1 NI USB6008 ノートＰＣ 無線ＩＰルーター

10 Ｓｏｌａｒ Cａｒ モーターの消費傾向計測

11 鈴鹿使用モータの特性評価

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13 Telemetry system →テレメトリーシステム 効果と独自性 ドライバーの負担軽減 ピットからのリアルタイムで把握
　 →テレメトリーシステム 無線ＬＡＮによるフォルダ共有、リモートデスク 周回ごとの更新・リアルタイム更新の可変 走行中画像の取得 効果と独自性 ドライバーの負担軽減 ピットからのリアルタイムで把握 効果的なエネルギーマネジメント WEB環境がなくてもOK サンプリングタイムも自在 ソーラーカーは電気自動車の特徴を存分に発揮した構造であるコンポネント・ビルトイン式フレームを基本とし、大きさもISF4000という車の規格と同じ大きさを採用。そのスピードも平均６０～８０km/hと、現行の車と近くなっている。 低公害車の研究という観念から、ソーラーカーを選択

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15 車体性能評価実験 →データロギングシステム Km/hで走行中のデータ

16 車体性能評価実験 →データロギングシステム ２５Km/hで走行中のデータ

17 車体性能評価実験 →データロギングシステム ３８．９Km/hで走行中のデータ

18 車体性能評価実験 →データロギングシステム ４６．７Km/hで走行中のデータ

19 車体性能評価実験　総括 →データロギングシステム ソーラーカーの出力分布

20 大容量キャパシタ

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24 →自主演習との位置付けのためさまざまな問題が生じる
教育と技術継承に関する問題点 →自主演習との位置付けのためさまざまな問題が生じる チームメンバー間での温度差 出席 メンバーの増員・離脱の防止 初期状態 最適な状態 One-way Two-way All can equally participate in リーダーから 教えられるのみ 指示に対してのレスポンス メンバー間での自由な意見のやり取り・発案，自主的に製作活動を行う 教えられたことを仲間内でも教えあう

25 自主演習を通して得られたもの →最先端技術に触れる →地元企業との協力 →技術の継承・チーム運営の難しさ →加工技術
大学で加工できない大きな部品の加工 →技術の継承・チーム運営の難しさ →加工技術 ﾌﾗｲｽ・旋盤・アルミ溶接・複合材料 →他大学・工業高校との交流 紀北工業高校 大阪産業大学 徳島大学 →研究発表の場 自主演習コンクール モノ作り・人作り地域フォーラム →最先端技術に触れる CFRP 大容量電気二重層キャパシタ

26 END

27 ガソリン車━━━　燃やした石油エネルギーの9割を廃熱と汚染物質に換え、走るエネルギーには良くて1割弱しか使えない
電気自動車━━━　電気を用い、モータで走る。ガソリン車のような駆動装置が一切不要。また、巨大なエンジンルームを必要とせず、大幅な空気抵抗の削減が可能

28 【電気自動車として、ＥＶでなくなぜソーラーカーか？】
ソーラーカーは電気自動車の特徴を存分に発揮した構造であるコンポネント・ビルトイン式フレームを基本とし、大きさもISF4000という車の規格と同じ大きさを採用。そのスピードも平均６０～８０km/hと、現行の車と近くなっている。 低公害車の研究という観念から、ソーラーカーを選択 コンポネント・ビルトイン式フレーム（＊３）

29 【製作課題】 流体力学に適ったボディーの作成 ハンドリングの改善 優れた安全性を兼ね備えた車両 車両諸データの取得
MPPT（最大電力追尾装置）の搭載 ドライバーの運転トレーニング

30 【現状】 １時間の走行（56.7ｋｍ）で0.6ｋWｈ 電気代換算でおよそ12.6円（充電損失含む）を実現 ロールバー設置など、安全に配慮
低速での走行試験 自転車用タイヤ使用による横Gへの不安 ボディ・タイヤスパッツの製作途中 モータに特性不安 ガソリンの熱量は54000　kcal ＝２２５０００Wh 熱量（ｃａｌカロリー）＝ 0.24×電力量（Ｗ秒ワットびょう）

31 【課題を踏まえた製作計画】 データロギングシステムの構築 白浜空港を使用した走行テストの実施 走行試験のデータを用いた走行プランの作成
鈴鹿でのデータ収録

32 [製作完了後の予定] 鈴鹿サーキットでのレース データの取りまとめと評価 大学での展示 自主演習コンクール

33 ＤＲＥＡＭ　ＣＵＰ　2006 での目標 鈴鹿の急峻なコースを4時間走りきる！！ １１位入賞を果たす！！！

34 [期待できる成果 ] 自主性を持った人材の育成。設計から製作にわたる広範囲な技術力を持った人材の育成。
ホイールインモータ、リチウムイオン・リチウムイオンポリマー二次電池、回生エネルギーを貯める電気２重層キャパシタと言った最先端の技術や、フライス・旋盤・アルミ溶接の習得

35 ［必要となる備品］ 高密度密閉バッテリー バッテリー残量計（ＡＨ－７０３） パワーアナライザーⅡ ソーラーカー用リム ハブ・ホイル形成
ソーラーカー用タイヤ 発砲スチロール用樹脂 スプロケット ロッドエンド AL　７N01材 太陽電池パネル

36 【電気自動車のコストは？】 モータは低回転から高回転域に至るまでトルクが得られるため　エンジンからトランスミッションにかけての駆動系が要らなくなります。（多くの場合、後輪2輪に『ブラシレスＡＣ（交流）モータ』のダイレクトドライブ） このトランスミッションなどは、大手自動車メーカーが高性能化に汲々としてきた部分 　これら駆動系の部品が要らなくなり、部品点数は６割近くになる

37 【電気自動車の実用化への展望】 ホイールインモータ、リチウムイオン・リチウムイオンポリマー二次電池、回生エネルギーを貯める電気２重層キャパシタの実用化がなされ、すでに電気自動車を実用化する技術的問題は'ほぼ’全て解決されています。 「家庭用コンセント」という究極のインフラが日本全国どんな山奥でも完備 急速充電であれば１５分で充電

38 ハイブリッド車 エンジンを用いるため鉄の塊である駆動系が必要となるため、コストと重さを増大させます。クラッチ・変速ギア・シャフト・デフ・・・これらの摩擦熱などで多くのエネルギーを消費してしまう

39 【燃料電池車】 燃料電池車は、水素で「個々に」発電をしながら走るため、発電効率に劣る。また、化石燃料から水素を得て電気に換えるためロスが増える（＊２）。 さらに水素インフラの確保が必要。

40 【電気自動車の実用性】 実用化はすぐ可能。
　　ただ、今は大手自動車メーカーでさえガソリン車のエンジンをモータに載せ変えただけの「まがいモノ」である”改造型”の開発しかされていないのが実情です。

41 【電気自動車の実用化への展望】 ホイールインモータ、リチウムイオン・リチウムイオンポリマー二次電池、回生エネルギーを貯める電気２重層キャパシタの実用化がなされ、すでに電気自動車を実用化する技術的問題は'ほぼ’全て解決されています。 「家庭用コンセント」という究極のインフラが日本全国どんな山奥でも完備 急速充電であれば１５分で充電