課題3(配点20点)
1) 電気自動車の高速道路での最大航続距離を200KM最大速度は80KM、充電スタンドでは30分で80%の充電ができるとする。日本中どこでも1日1000kmの高速ドライブを可能するためには充電スタンドを何か所設ける必要があるを推定し、1ページ以内にまとめよ
『ウィキペディア(Wikipedia) 電気自動車』によると、電気自動車とは、 電気 をエネルギー源とし、電動機を動力源として走行する 自動車である。石油確保の政治原因とやガソリン自動車の排気ガス浄化性能の向上などの環境問題に伴い、電気自動車は出世してから何度も姿を消したが、2010年代に入り電気自動車を用いたレースが徐々に拡大しつつある。
電気自動車の走行距離が短いゆえに、充電時間は電気自動車の応用を制限する課題になった。今までの普通充電は、8時間ぐらいかからなく、100%充電量(満充電)の状態にならないので、遠出の外出などで走行距離に不安を感じさせる。この状況に基づいて、「走行距離が短くても、充電時間が短ければなんとかなる可能性がある」という考え方を出した。したがって、電池容量の80%まで30分の急速充電することは、充電時間を大幅に改善でき、世に出るとすぐ大人気である。
では、充電スタンドを何か所設ける必要があるかという実世界の問題は、極めて複雑なようであるが、単純な数学四則演算だけで解けるので、易い問題である。具体的な計算過程は以下のようである。
(1)充電スタンドでは30分で80%の充電ができるので、1回80%充電の走行可能距離としては、200KM*80% = 160KM(最大航続距離200KM掛ける80%は160KMである)程度となる。
(2)電気自動車の高速道路の最大速度(時速80KM)を恒常的な速度として計算したら、1回充電は、160KM/80KM = 2H(160KMを80KMで割ると2Hになる)に走行できる。
(3)充電にかかる時間を加え、0.5H + 2H = 2.5時間(0.5H足す2Hは2.5 Hである)で160KM走行できる。
(4)運転者の休憩時間を考えず、二人の運転者が順々に運転すると假定すると、一日に9回(24Hを2.5Hで割ると、商が9で 、余りが1.5であるので、割り算の結果から、余りを捨て整数だけ保留する)80%充電できる。
(5)一日に9回充電を繰り返し、9回走行すると、160KM * 9回 = 1440KM(1回80%充電の走行距離160KM掛ける9回の結果としては160KMである)になる。
(6)1440KM>1000KM(1440KMは1000KMより大きい)ので、1日1000KMの高速ドライブを可能し、題目の要求に合う。
以上の詳しい計算によると、高速道路で160KM毎に、一台の電気自動車充電スタンドを設置すると、電気自動車の充電が便利になり、1日1000KMの高速ドライブを可能にする。つまり、充電スタンドを完備する道路であれば、充電量及び走行可能距離に不足が予測される場合、早めに充電しさえすれば、無理のない計画的な走行も可能になり、電池容量に制約されずにどこまでも走れる。
充電スタンドの備わった道路を築造するために、まず給電設備を大規模に投資しなければならない。基礎施設がなければ、充電サービスを提供することは空論になる。次、長期間の整備と維持がポイントである。必要的な整備と維持・補修を行わなければ、施設が急速に老化し、耐用年数も大幅に短縮する。また、送電線下の電磁波の悪影響は、環境に関わる重要社会課題として各界の人々から注目されている。