電気自動車の暖房は、ヒーターを使うのですか。

Question

電気自動車に乗せてもらう機会があったのですけど、その時に電気自動車では暖房にヒーターを使うと言う話でした。
夏場の冷房は、エアコンのようですけど、冬場の暖房にはエアコンではなくてヒーターと言うことでした。
ヒータというのは、ニクロム線のようなものに電流を流す電気ストーブと同じような仕組みなのですか？
普通の車は、エンジンの廃熱利用ということですね。
ラジエーターから送風機で車の室内に熱を送り込む仕組みですよね。送風機を動かす電流だけが余分に必要なだけで熱自体はタダなわけですね。
電気自動車になってくると余分な熱は発生しない仕組みなので、暖房はわざわざ熱を作らなければいけないのですね。
暖房はヒーターのほうが効率良いのですか、エアコンは暖房には使えないのですかね？

補足

寒い地方は灯油でないと駄目と言いますし、実際に灯油のほうが人気があるようですね。 寒いとエアコンでは温まらないといいますね。車の暖房にヒートポンプが使われないのは寒冷地でエアコンが好まれない理由と同じなのですね。

Answer 1

●電気自動車の暖房とは？
電気自動車の暖房エネルギは，搭載した電池から得る電気エネルギです。方式は大きく分けて下記の3種類があります。

(1) ヒートポンプ
家庭用エアコンと同じで，冷房時と逆の冷媒流れをおこなうことで，暖房サイクルを構成します。効率は，外気が0℃程度で2（入力1kWで，暖房能力2kWという意味），外気が-15℃では，0.8くらいです（冷凍サイクルの高温部分から外気に熱が逃げるため）。

この方式の最大の問題は，冬季に発生しやすい窓曇りを除去するため，外気を導入しなければならない点です。このため冷たい外気を導入し，暖かい内気を車外に排出するというムダが生じます。

効率が下記のPTCヒータより高いのですが，即暖性に劣るため，実用上の問題があります。

(2) 空気加熱PTCヒータ
空調風をPTCヒータ（一定温度以上にならないように電気抵抗を自己制御するヒータ）で加熱することで得られます。しかし6～8kWの大型のヒータが必要なため，高電圧あるいは大電流という問題があります。

この方式が良いのは，加熱時間が短く，わずか1分程度50℃以上の温風が得られるため，即暖性の効果は高い方式ですが，安全性に課題があります。

スバルのステラEVなどで採用されています。

(3) 水加熱PTCヒータ
従来のエンジン冷却水と同じように温水を空調の室内ユニットに供給する方式です。三菱のiMiEVに採用されています。安全性が高いのですが，水を加熱するヒータのコストが課題です。

●理想的なエアコンとは？
即暖性が高い水加熱PTCヒータを最初に使い，その後，効率の高いヒートポンプを使うのが最良です。ただしコストが高いのが欠点です。

●アイドル時の暖房
アイドル時に充電していれば，その電源供給により，事前暖房が可能です。ただし暖房にしておきながら，クルマを使わないと，ムダになります。

●暖冷房に必要なエネルギ
下記添付図をご覧ください。やはり暖房時の消費エネルギが非常に大きくなります。ちなみに速度40km/hで一定走行するための走行抵抗は3kWくらいです。つまり暖房時には，走行エネルギより暖房の方が，大きい場面が出てきます。

●中間期の空調エネルギ
現在のガソリン車では，春秋期には，上下に温度を付けて空調風を出します。つまり頭寒足熱空調です。これには，暖房＋冷房のエネルギが必要です。このため春秋期に，頭寒足熱をやると，1～3kWも使い，やはり大きな問題です。

●空調用コンプレッサ以外の空調の消費エネルギ
初期
・エアコン用コンプレッサ＝3kW （外気が非常に暑い場合）
・ブロワファン（室内の空調風発生）＝220W
・冷却ファン（ラジエータ，コンデンサ用）＝150W

定常時
・エアコン用コンプレッサ＝1～1.5kW
・ブロワファン（室内の空調風発生）＝80W
・冷却ファン（ラジエータ，コンデンサ用）＝70W

これらの空調エネルギの次に大きいのは，照明（ヘッドライト）です。オーディオはほとんど無視できます。

●EVの走行可能距離
三菱i-MiEVの場合，下記の通りです。日産リーフは詳細不明ですが，電池容量から見て，同程度でしょう。

10-15モード（エアコン・暖房無し）＝160km
高速道路（エアコン・暖房無し）＝80km
高速道路（春秋期の頭寒足熱）＝60km
高速道路（エアコンあり）＝60km
高速道路（暖房あり）＝50km

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。

Answer 2

電気ヒーターでクーラントを温めてそれを暖房にしています。ヒーターはニクロム線ではなくPTCヒーターという自己温度制御特性のある素子を使います。火災防止ですね。このワザでの暖房は高級車でも使われています。冷間時だとエンジンの排熱は僅かで寒くて温風がでるまでに結構時間が掛かります。そこでクーラントをヒーターで温めて速熱を得るわけです。

さて、冷暖房の方式はコンプレッサを使った方（ヒートポンプ方式）が効率は良いです。家のエアコンでも暖房が出来るとおり、ヒートポンプ方式の冷暖房は1の電気で3～5の熱を移動させることが出来ます。ヒーターだと1の電気で1の熱しか生まれません。ところがヒートポンプ方式の暖房は車両では殆ど採用例がありません（トヨタのプロボックスであったような？）。三方弁を２コ取付けるだけで簡単に冷房オンリーから冷暖房へチェンジ出来るのですけどね。

ここからは私の予想ですが、ヒートポンプ方式は外気温が１０度より下がってくるととたんに性能が下がってきます。恐らくそれを嫌ってるのではないでしょうか？ 満足に暖房できないと危険ですし、車両満足度も下がってしまいます。満足のいくヒートポンプ方式を開発するよりもヒーターで暖めた方が手っ取り早くて十分な性能が引き出せると考えたのかも知れません。

Answer 3

バッテリー（電機）でPTCヒータ－で発熱→温風だそうです。
湯沸かし器の様なものを使い
電気的に水を温めて暖房しているようです。

下記サイトエアコンシステム参照。
http://ev.nissan.co.jp/LEAF/EQUIPMENT/livability.html