48Vハイブリッドとは？ 〜欧州からの挑戦状〜
48Vハイブリッドとはどんなハイブリッドシステム？という疑問について解説します。
そして、
なぜ48Vなのか？どうして今必要なのか？といった誕生した理由と今後の展望についても掘り下げてみたいと思います。
目次はこちら
48Vハイブリッドはどんなシステム？
48Vハイブリッドとは、48Vの電圧に対応したバッテリーやモーターを用いてエンジンをアシストするハイブリッドシステムです。
エンジンが苦手な走り出しの瞬間をモーターでサポートしたり、下り坂などや減速時にエネルギーを回収して発電することによって燃費の向上を図ります。
下記の図はフォルクスワーゲン ゴルフの48Vハイブリッドシステムの模式図です。
エンジンには48Vのモータージェネレーターが装着されています。これは発電と駆動の両方を行うことができます。
発電した48Vの電力は一旦48Vリチウムイオンバッテリーに蓄えられます。
48Vを12Vに変換するDC-DCコンバータが備えられており、その先に従来の12V電源システムが接続されています。
つまり、48Vハイブリッドのシステムは従来のエンジン車に対して、48Vで駆動するデバイスを追加した構成になっており、全ての電圧が48Vというわけではありません。
ドイツの自動車メーカー５社（VW、アウディ、ポルシェ、ダイムラー、BMW）が48Vハイブリッドシステムに用いるデバイスについてLV 148という規格を策定しました。
これにより、欧州車を中心とした48Vハイブリッドの開発が加速し、2018年のメルセデス S450にて初採用されてから続々と採用車種が増えています。
48Vハイブリッドのメリットとは
では、48Vハイブリッドのメリットとはなんでしょうか？
大きく分けて下記の３つが挙げられます。
- 燃費の向上
- 低コスト
- 12V電源の安定
燃費の向上
48Vハイブリッドの一番のメリットは燃費向上です。
エンジンは走り出しや急加速といった場面においては、効率が悪くなってしまい、燃費が悪化します。
こういった場面でモーターがアシストし、エンジンの燃費低下を防ぐことで総合的な燃費の向上を実現します。
低コスト
２つめのメリットは、ハイブリッド化する際のコストが低く抑えられることです。
詳細は後述しますが、48Vという電圧を採用することで過度な感電対策が不要となるためです。
また開発コストを低く抑えることが可能なため、コンパクトカーなどの廉価な車種に対しても採用が見込め、量産効果で更なるコスト低下も期待されています。
現在はまだ48Vシステムの車種が少ないため、十分安価になっているとは言えませんが、今後の拡大に注目しておくと良いかもしれません。
12V電源の安定
３つめは、副次的なメリットになりますが12V電源が安定するということです。
従来のクルマはエンジンに直接12V（正確にはもう少し高い）を発生するオルタネータという発電機がついています。
綺麗に一定の12Vを発生しているわけではなく、ノイズと呼ばれる細かく電圧が上下する現象が発生しています。
これが各電子部品に対して悪さをするため、クルマに搭載する12V系デバイスは各々で保護しています。
48Vシステムでは、上述した通り48Vで発電した電力はリチウムイオンバッテリーに蓄えられ、その後DC−DCコンバータで12Vに変換されます。
ここで変換された電源はエンジン車の12Vよりもノイズの少ない綺麗な電源なので、12V系の各電子部品に対しても優しいため耐久性向上や過剰な対策が不要になるメリットが考えられます。
ちなみにDC-DCコンバータはEVはもちろん、プリウスのようにモーターだけで走行できる種類のハイブリッド車の多くに採用されているため、同じメリットが享受できるといえます。
48Vでなければならない理由
では、なぜ”48V”なのでしょうか？
これは、安全対策が簡素で済むためです。
プリウスのモーターは650V！
世界で一番有名なハイブリッド車は、トヨタのプリウスです。
このクルマに搭載されているハイブリッドシステムはTHS-2と呼ばれており、バッテリー電圧は200V以上、モーターの電圧はなんと650Vに達します。
万が一、人が直接触れてしまったら最悪、命の危険にさらされます。
そのため、THS-2を搭載したクルマは、人が絶対に触れないように装置の設計をしたり、何重にもかけられた高度な安全システムを備えています。
常に電流や電圧などを監視し、もし漏電などがある場合は直ちにシャットダウンするように設計されています。
この高度な安全システムがトヨタの強みでもあったわけです。
触れても安全な48V
電気に関する安全を定義する国際規格であるIEC60950-1において、人が触れても安全であるという最も安全な電圧範囲は、60V以下と規程されています。
万が一人が触れても安全な電圧を採用することで、クルマに搭載するデバイスや、クルマそのものの開発が格段に楽になります。
つまり、開発にかけるエンジニアの仕事量が減ることで開発費が削減できるのです。
クルマに搭載される電子機器はある程度の電圧の上下を許容するように設計することができますので、欧州の規格LV 148では60Vを上限と定めて、通常の作動電源を48Vと規程しました。
48Vハイブリッドが必要になる理由
2019年から採用車種が急激に増えている48Vハイブリッドですが、なぜこのシステムが必要なのでしょうか？
これは各メーカーが欧州のCO2排出規制をクリアするためです。
EUでは欧州で販売する車のCO2排出量平均を2021年に95g/km以下にするという規制を施行します。
95g/kmという数字は非常に厳しい数字です。
トヨタ ヤリスのような１リッターのガソリン車の排出量がおよそ100g/km強です。
つまり販売する全てのクルマをこういったコンパクトカーにしても達成できない数字ということになります。
さらに、2030年に向けて60g/km以下を目指すという情報も出ており、特に欧州販売シェアの大きいドイツメーカーは喫緊の課題として捉えています。
もちろんメーカーとしては、高級車からコンパクトカーまで色々なラインナップを売っていきたいですから、台数の多い一般大衆車の燃費をどう削減していくかということが課題になります。
その最適解として選ばれたのが48Vハイブリッドでした。
厳しいCO2排出規制に対応するためには、高級車などの価格帯が高いクルマだけにEVやプラグインハイブリッドを採用して、燃費を劇的に下げるだけでは達成できないのです。
そこで、台数の多い一般大衆車をコストのかからないハイブリッドにして少しでも燃費を良くすることで、平均のCO2排出量を減少させる手段としては有効です。
今後、多くの48Vハイブリッドを採用した車種が出てくると予想されます。
もし触れる機会があれば、試乗などしてみても良いかもしれません。
それでは、良い１日を。