電気自動車のバッテリーを交換することで、電気自動車の使用に起因する問題を解決します。

これには、車両の初期費用、ガソリン代、電気代、EVのバッテリー交換費用が含まれます。バッテリーは通常、走行距離 100,000 マイル、航続可能期間 8 年間と評価されており、自動車の寿命は通常その 2 倍です。所有者は車両の耐用年数にわたって交換用バッテリーを購入する可能性が高く、これには非常に費用がかかる可能性があります。

NREL に基づくさまざまな車両クラスの 1 マイルあたりのコスト

読者は、EV の価格がガソリン車よりも安いというレポートを目にしたことがあるかもしれません。ただし、これらは通常、バッテリー交換のコストを「忘れた」「研究」に基づいています。EIA と NREL の専門経済学者は、個人的な偏見は精度を低下させるため、避けることが推奨されています。彼らの仕事は何が起こるかを予測することであり、何が起こりたいかではありません。

交換可能なバッテリーは、以下によって電気自動車のコストを削減します。

· ほとんどの車は 1 日あたり 45 マイル未満しか走行しません。その後、多くの日は、低コストの低距離バッテリー (たとえば 100 マイル) を使用して、一晩充電できます。長距離の旅行では、より高価で寿命の長いバッテリーを使用したり、より頻繁に交換したりすることができます。

· 現在の EV 所有者は、容量が 20% ～ 35% 低下した場合にバッテリーを交換することができます。ただし、交換可能なバッテリーは、古くなると低容量のバッテリーとして利用できるため、寿命が長くなります。ドライバーは、新しい 150 kWh バッテリーと、50% 劣化した古い 300 kWh バッテリーの違いに気づきません。システムではどちらも 150 kWh として表示されます。バッテリーの寿命が 2 倍になると、バッテリーのコストも 2 倍になります。

急速充電ステーションは損失のリスクがある

急速充電ステーションを見たとき、使用時間は何パーセントですか?多くの場合、それほど多くはありません。その理由としては、充電が不便でコストが高いこと、自宅で簡単に充電できること、電気自動車の台数が不足していることが挙げられます。そして、利用率が低いと、多くの場合、プラットフォームのコストがプラットフォームの収益を上回ります。これが発生した場合、放送局は損失を補うために政府の資金や投資ファンドを使用することがあります。ただし、これらの「救済策」は持続可能ではありません。発電所は、急速充電装置のコストと電気サービスのコストが高いため、コストが高くなります。たとえば、50 kWh のバッテリを 20 分で充電するには、150 kW のグリッド電力が必要です (150 kW × [20 ÷ 60])。これは 120 世帯が消費する電力と同じ量であり、これをサポートする送電網設備は高価です (米国の平均的な家庭は 1.2 kW を消費します)。

このため、多くの急速充電ステーションは多数のグリッドにアクセスできず、複数の車を同時に急速充電することができません。これは、充電の遅さ、顧客満足度の低下、ステーションの利用率の低下、顧客あたりのコストの上昇、ステーションの利益の低下、そして最終的にはステーションの所有者候補者の減少という一連の事態につながります。

EV が多く、ほとんどが路上駐車である都市では、急速充電がより経済的になる可能性が高くなります。あるいは、田舎や郊外にある急速充電ステーションは、損失を被る危険にさらされていることがよくあります。

交換可能なバッテリーは、次の理由により、急速充電ステーションの経済的存続に対するリスクを軽減します。

· 地下交換室のバッテリーはよりゆっくりと充電できるため、必要なサービス電力が削減され、充電設備のコストが削減されます。

交換室のバッテリーは、夜間や再生可能エネルギーが飽和し、電気料金が安いときに電力を供給できます。

レアアース材料はより希少になり、より高価になるリスクがあります

2021 年までに、世界中で約 700 万台の電気自動車が生産される予定です。生産量が 12 倍に増加し、18 年間稼働した場合、電気自動車は世界中で 15 億台のガソリン車を置き換え、輸送を脱炭素化することができます (700 万 × 18 年 × 12)。しかし、EVは通常、希少なリチウム、コバルト、ニッケルを使用しており、消費が急増した場合にこれらの材料の価格がどうなるかは不透明だ。

EVのバッテリー価格は通常、年々下落します。しかし、2022年には資材不足のため実現しませんでした。残念なことに、レアアース材料はますます希少になり、バッテリー価格の高騰につながる可能性があります。

交換可能なバッテリーは、レアアース材料の使用量が少ない低域技術でより簡単に動作できるため、レアアース材料への依存を減らします (たとえば、LFP バッテリーはコバルトを使用しません)。

充電を待つのが不便なことがある

交換可能なバッテリーは交換が迅速なため、給油時間を短縮します。

ドライバーは航続距離と充電について不安を感じることがある

システム内に多数の交換チャンバーと多数の予備バッテリーがある場合、交換は簡単になります。

天然ガスを燃やして発電するとCO2が排出されます

グリッドは多くの場合、複数の電源から電力を供給されます。たとえば、ある都市はいつでも、電力の 20 パーセントを原子力発電から、3 パーセントを太陽光から、7 パーセントを風力から、70 パーセントを天然ガス発電所から得ている可能性があります。太陽光発電所は太陽が輝いているときに発電し、風力発電所は風の強いときに発電します。その他の電源は断続的ではない傾向があります。

人が EV を充電するとき、少なくとも 1 つの電源グリッド上では出力が増加します。コストなどのさまざまな考慮事項により、関与するのは 1 人のみであることがよくあります。また、太陽光発電所の出力は太陽によって決まり、その電力は通常すでに消費されているため、変化する可能性はほとんどありません。あるいは、太陽光発電所が「飽和」している場合（つまり、グリーン電力が多すぎるために廃棄している場合）、廃棄する代わりに出力を増やすこともできます。人々は発生源でCO2を排出することなくEVを充電できます。

交換可能なバッテリーは、再生可能エネルギー源が飽和したときにバッテリーを充電できるため、発電による CO2 排出量を削減します。

レアアースの採掘や電池の製造時にCO2が排出される

交換可能なバッテリーは、レアアースの使用量を減らした小型のバッテリーを使用できるため、バッテリー生産における CO2 排出量を削減します。

交通は30兆ドル規模の問題

世界には約 15 億台のガソリン車があり、電気自動車に置き換えると、1 台あたり 2 万ドルの費用がかかり、総コストは 30 兆ドル (15 億ドル × 2 万ドル) になります。たとえば、数千億ドルの追加研究開発によって研究開発コストが 10% 削減されれば、研究開発コストは正当化されるでしょう。私たちは輸送を 30 兆ドル規模の問題として捉え、それに応じて行動する必要があります。つまり、研究開発をさらに強化する必要があります。しかし、研究開発によって交換可能なバッテリーのコストをどのように削減できるのでしょうか?まず、地下インフラを自動的に設置するマシンを調査することから始めることができます。

結論は

交換可能なバッテリーを前進させるために、政府または財団は次の標準化されたシステムの開発に資金を提供することができます。

· 電気機械交換可能な電気自動車バッテリーシステム

・EVバッテリーと充電間の通信システム機構

・車両とバッテリー交換ステーション間の通信システム

・電力網と車両表示パネル間の通信システム

・スマートフォンのユーザーインターフェースと決済システムのインターフェース

· 異なるサイズの交換、保管、充電メカニズム

プロトタイプの段階まで完全なシステムを開発するには、数千万ドルの費用がかかる場合があります。ただし、世界的な展開には数十億ドルの費用がかかる可能性があります。