第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - jsaeii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ...

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目次 i 目次 総論������������������������������������������������������������������������������������������1 1-1 地球環境問題 �������������������������������������������������������������� 4 1-1-1 地球環境問題とは 1-1-2 地球温暖化 1-1-3 おわりに 1-2 エネルギー問題�������������������������������������������������������11 1-2-1 世界日本のエネルギー状況 1-2-2 輸送用エネルギーについての見通1-2-3 まとめ 1-3 クルマの歴史 ������������������������������������������������������������17 1-3-1 概説 1-3-2 黎明期自動車 1-3-3 ガソリン自動車台頭 1-3-4 20 世紀初頭のハイブリッド1-3-5 戦前戦後電気自動車 1-3-6 1960 年代~1970 年代電気自動車開発 1-3-7 ZEV 規制エネルギー政策への対応 1-3-8 ハイブリッド研究開発 1-3-9 水素燃料電池車 1-3-10 プラグインハイブリッド1-3-11 世界各地域電気自動車戦略 1-4 クルマの電動化�������������������������������������������������������26 1-4-1 電動車歴史 1-4-2 電動車分類 1-4-3 電動車技術 1-4-4 電動車特徴 1-4-5 電動車将来 1-5 カーエレからパワエレへ��������������������������������������31 1-5-1 カーエレクトロニクスの歴史 1-5-2 カーエレクトロニクス増大のインパクト 1-5-3 自動車用モータの歴史 1-5-4 統合システム1-5-5 電子・電動化・統合制御課題 1-6 自動車用のレアメタルとリサイクル�����������������38 1-6-1 はじめに 1-6-2 レアメタルの現状 1-6-3 レアメタルがえる問題点 1-6-4 レアメタルの需給バランスと価格変動 1-6-5 レアメタルの需給資源・環境問題 1-6-6 レアメタルの枯渇性 1-6-7 自動車用レアメタルの使用原単位 1-6-8 レアメタルのリサイクル 1-6-9 レアメタルの使用量低減および代替技術開発 1-6-10 おわりに 第 1 章 自動車を取り巻く諸情勢 総論����������������������������������������������������������������������������������������61 2-1 鉛電池�������������������������������������������������������������������������64 2-1-1 自動車用鉛電池概要 2-1-2 鉛電池原理 2-1-3 自動車用鉛電池構造製造方法種類 2-1-4 自動車用鉛電池基本特性 2-1-5 自動車用鉛電池劣化モードと抑制策 2-1-6 自動車用途としての現状 2-1-7 自動車用鉛電池安全性 2-1-8 課題今後展開 2-2 ニッケル・水素電池�����������������������������������������������75 2-2-1 ニッケル・水素電池概要 2-2-2 ニッケル・水素電池原理 2-2-3 EV ニッケル・水素電池 2-2-4 HEV ニッケル・水素電池 第 2 章 電池・キャパシタ 2-3 リチウム電池 ������������������������������������������������������������81 2-3-1 リチウム電池歴史 2-3-2 基本動作原理構成 2-3-3 リチウムイオン電池構成材料 2-3-4 リチウムイオン電池基本特性 2-3-5 自動車用電池 2-3-6 安全性 2-3-7 今後課題 2-4 電気二重層キャパシタ �������������������������������������������91 2-4-1 概説 2-4-2 電気二重層キャパシタの歴史 2-4-3 電気二重層キャパシタの基本動作原理 2-4-4 電気二重層キャパシタの構成材料 2-4-5 電気二重層キャパシタの基本性能 2-4-6 電気二重層キャパシタの安全性

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Page 1: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

目次 i

目 次

総論������������������������������������������������������������������������������������������� 11-1 地球環境問題��������������������������������������������������������������� 4

1-1-1 地球環境問題とは1-1-2 地球温暖化1-1-3 おわりに

1-2 エネルギー問題��������������������������������������������������������111-2-1 世界と日本のエネルギー状況1-2-2 輸送用エネルギーについての見通し1-2-3 まとめ

1-3 クルマの歴史�������������������������������������������������������������171-3-1 概説1-3-2 黎明期の自動車1-3-3 ガソリン自動車の台頭1-3-4 20世紀初頭のハイブリッド車1-3-5 戦前戦後の電気自動車1-3-6 1960年代~1970年代の電気自動車開発1-3-7 ZEV規制,省エネルギー政策への対応1-3-8 ハイブリッド車の研究開発1-3-9 水素燃料電池車1-3-10 プラグインハイブリッド車1-3-11 世界各地域の電気自動車戦略

1-4 クルマの電動化��������������������������������������������������������261-4-1 電動車の歴史

1-4-2 電動車の分類1-4-3 電動車の技術1-4-4 電動車の特徴1-4-5 電動車の将来

1-5 カーエレからパワエレへ���������������������������������������311-5-1 カーエレクトロニクスの歴史1-5-2 カーエレクトロニクス増大のインパクト1-5-3 自動車用モータの歴史1-5-4 統合システム化1-5-5 電子・電動化・統合制御の課題

1-6 自動車用のレアメタルとリサイクル������������������381-6-1 はじめに1-6-2 レアメタルの現状1-6-3 レアメタルが抱える問題点1-6-4 レアメタルの需給バランスと価格変動1-6-5 レアメタルの需給と資源・環境問題1-6-6 レアメタルの枯渇性1-6-7 自動車用レアメタルの使用原単位1-6-8 レアメタルのリサイクル1-6-9  レアメタルの使用量低減および代替技術の

開発1-6-10 おわりに

第 1章 自動車を取り巻く諸情勢

総論�����������������������������������������������������������������������������������������612-1 鉛電池�������������������������������������������������������������������������64

2-1-1 自動車用鉛電池の概要2-1-2 鉛電池の原理2-1-3 自動車用鉛電池の構造,製造方法と種類2-1-4 自動車用鉛電池の基本特性2-1-5 自動車用鉛電池の劣化モードと抑制策2-1-6 自動車用途としての現状2-1-7 自動車用鉛電池の安全性2-1-8 課題と今後の展開

2-2 ニッケル・水素電池������������������������������������������������752-2-1 ニッケル・水素電池の概要2-2-2 ニッケル・水素電池の原理2-2-3 EV用ニッケル・水素電池2-2-4 HEV用ニッケル・水素電池

第 2章 電池・キャパシタ

2-3 リチウム電池�������������������������������������������������������������812-3-1 リチウム電池の歴史2-3-2 基本動作原理と構成2-3-3 リチウムイオン電池の構成材料2-3-4 リチウムイオン電池の基本特性2-3-5 自動車用電池2-3-6 安全性2-3-7 今後の課題

2-4 電気二重層キャパシタ��������������������������������������������912-4-1 概説2-4-2 電気二重層キャパシタの歴史2-4-3 電気二重層キャパシタの基本動作原理2-4-4 電気二重層キャパシタの構成材料2-4-5 電気二重層キャパシタの基本性能2-4-6 電気二重層キャパシタの安全性

Page 2: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

ii

2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ2-4-8 今後の展望

2-5 燃料電池���������������������������������������������������������� 992-5-1 燃料電池の歴史2-5-2 燃料電池の種類2-5-3 基本作動原理2-5-4 燃料電池の特性

2-5-5 自動車用途としての現状2-5-6 課題と今後の展開

2-6 次世代電池��������������������������������������������������������������1062-6-1 車載用 LIBの開発状況2-6-2 車載 LIBの高性能化への今後の展開2-6-3  ポストリチウムイオン電池としての

革新電池の可能性

総論��������������������������������������������������������������������������������������1153-1 モータの基礎����������������������������������������������������������117

3-1-1 モータのための電磁気学3-1-2 磁化3-1-3 トルクとパワー3-1-4 モータの運転点3-1-5 回転磁界とモータの巻線

3-2 各種モータ��������������������������������������������������������������1243-2-1 直流モータ3-2-2 誘導モータ3-2-3 永久磁石同期モータ3-2-4 リラクタンスモータ

3-3 モータ設計��������������������������������������������������������������1323-3-1 HEV THS用モータ設計3-3-2 モータ設計(i-DCD,i-MMD,SH-AWD)3-3-3 モータ設計(EV)3-3-4 新しいモータ

3-4 自動車搭載モータ�������������������������������������������������1543-4-1 トヨタ(アクア・プリウス・レクサス)3-4-2 ホンダ(i-DCD,i-MMD,SH-AWD)3-4-3 三菱(i-MiEV・アウトランダーPHEV)3-4-4 富士重工(SUBARU XV HYBRID)3-4-5 日産(リーフ)3-4-6 日野(バス)

第 3章 モータ

総論��������������������������������������������������������������������������������������1654-1 パワーエレクトロニクスとは����������������������������165

4-1-1  パワーエレクトロニクスによるエネルギーの制御

4-1-2 電力変換とは4-1-3 スイッチングによる制御4-1-4 パワーエレクトロニクスの二つの基本回路

4-2 電力変換器��������������������������������������������������������������1694-2-1 直流-直流変換4-2-2 直流-交流変換4-2-3 交流-直流変換4-2-4 交流-交流変換

4-3 パワーデバイス�����������������������������������������������������1804-3-1 IGBTの特長と開発動向4-3-2 パッケージ・実装技術の開発動向4-3-3 車載パワーデバイスに必要な信頼性

4-3-4 放熱性能の改善と高温化4-3-5 SiC,GaNの可能性と今後

4-4 コントロール����������������������������������������������������������1854-4-1 モータコントロール4-4-2 回転センサ

4-5 パワーエレクトロニクス設計������������������1964-5-1 インバータ4-5-2 DC/DCコンバータ4-5-3 車載充電器とAC 100 V用インバータ

4-6 自動車搭載パワーエレクトロニクス���������������2074-6-1 トヨタ(プリウス)4-6-2 ホンダ(アコード)4-6-3 三菱 i-MiEV搭載パワーエレクトロニクス4-6-4 富士重工業(SUBARU XV HYBRID)4-6-5 日産(リーフ)4-6-6 日野(トラック)

第 4章 パワーエレクトロニクス

第 5章 システムインテグレーション

総論��������������������������������������������������������������������������������������2175-1 トヨタハイブリッドシステム(THS)���������������220

5-1-1 初代プリウス(THS)(1997~2003)5-1-2 2代目プリウス(THS II)(2003~2009)

Page 3: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

目次 iii

5-1-3 RX400h(THS II)(2005~2009)5-1-4 GS450h(THS II)(2006~)5-1-5 3代目プリウス(THS II)(2009~)5-1-6 振動の抑制制御5-1-7  その他のシリーズパラレルハイブリッド

システム5-2 ホンダハイブリッドシステム����������������������������231

5-2-1 i-MMDシステム5-2-2 i-DCDシステム5-2-3 SPORT HYBRID SH-AWD

5-3 �日産 1モータ 2クラッチパラレル�フルハイブリッドシステム��������������������������������245

5-3-1 システム名称,分類5-3-2 システムの狙いと特徴5-3-3 電動パワートレインシステムの構成5-3-4 ハイブリッドシステムオペレーション5-3-5 エンジン始動制御5-3-6 発進クラッチ制御5-3-7 ハイブリッドシステムのバリエーション

5-4 �三菱ハイブリッドシステム�(プラグインハイブリッド EVシステム)���� ���250

5-4-1 システムの目的と狙い5-4-2 システムの構成5-4-3 システムの動作5-4-4 システムの発展性

5-5 e-4WD��������������������������������������������������������������������2555-5-1 開発の背景5-5-2 システムの構成5-5-3 後輪駆動モータの駆動トルク制御5-5-4 4WD性能の設計コンセプト5-5-5 4WD制御5-5-6 低燃費化設計コンセプト5-5-7 主要コンポーネント5-5-8 システムのもたらす効用5-5-9 今後の発展性

5-6 アイドリングストップシステム������������������������2615-6-1 アイドリングストップシステムの位置付け5-6-2 アイドリングストップシステムの普及5-6-3 アイドリングストップシステムの概要5-6-4 停車前アイドリングストップ5-6-5  アイドリングストップシステムに必要な要

素技術とその目的

5-6-6 アイドリングストップの要素技術─スタータ5-6-7  アイドリングストップシステムの関連要素

技術─ ECOモータ/ ISG

5-6-8  アイドリングストップシステムの関連要素技術─電源部品

5-6-9  アイドリングストップの要素技術─リチウムイオン二次電池の補助バッテリ利用例

5-6-10  アイドリングストップの要素技術─ニッケル水素電池の補助バッテリ利用例

5-6-11  アイドリングストップシステムの要素技術─電気二重層キャパシタの補助バッテリ利用例(1)

5-6-12  アイドリングストップシステムの要素技術─電気二重層キャパシタの補助バッテリ利用例(2)

5-7 バッテリシステム�������������������������������������������������2745-7-1 システム構成5-7-2 組電池5-7-3 電池監視システム5-7-4 電池冷却システム5-7-5 駆動用バッテリパック

5-8 電源システム����������������������������������������������������������2795-8-1 自動車用電源システムの特長5-8-2 自動車電源の推移と動向5-8-3 自動車用電源の役割と構成の推移5-8-4 高電圧電源系設計の留意点

5-9 回生協調ブレーキシステム��������������������������������2935-9-1 イントロダクション5-9-2 HEV/EVにおける回生ブレーキ5-9-3 HEV/EVのブレーキシステム5-9-4 回生ブレーキと摩擦ブレーキの制御

5-10 冷却システム�������������������������������������������������������3005-10-1 電池冷却システム5-10-2 THSインバータの冷却システム

5-11 冷暖房システム���������������������������������������������������3035-11-1 概説5-11-2 システム高効率化技術5-11-3 熱負荷低減技術5-11-4 熱源技術5-11-5 電動コンプレッサ

第 6章 性能(設計法,評価法,試験法)

総論��������������������������������������������������������������������������������������3116-1 電気駆動システムの設計������������������������������������312

6-1-1 電動車両の特長と高電圧システムの構成6-1-2 駆動用モータの入出力特性

Page 4: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

iv

6-1-3 補機系高電圧機器6-1-4 駆動用電池

6-2 EV,ハイブリッド車の評価�������������������������������3176-2-1 はじめに6-2-2 電気自動車(EV)試験法6-2-3 ハイブリッド車(HEV)試験法6-2-4 PHEV試験法6-2-5  燃費基準達成判断における EV,PHEVの

取扱い6-2-6 EV等の評価に対するその他の課題

6-3 �排出ガス・燃料消費率・電力量消費率および�動力性能試験方法�������������������������������������������������322

6-3-1 EV試験方法6-3-2 ハイブリッド電気自動車 HEV試験方法6-3-3 重量 HEVの排出ガス・燃費試験方法

6-4 CO2 換算法�������������������������������������������������������������3276-4-1 WtW分析と自動車 LCA

6-4-2 WtT分析6-4-3 TtW分析6-4-4 WtW分析6-4-5 まとめ

6-5 車載パワーエレクトロニクス機器の EMC����3326-5-1 はじめに6-5-2 EMC規格と試験法6-5-3 モータ・インバータシステムの EMC理論6-5-4  EMCを考慮した車載モータ・インバータシ

ステムの設計事例6-5-5  モータ・インバータシステムの EMC解析

技術6-5-6 まとめ

6-6 LCA(ライフサイクルアセスメント)���������������3406-6-1 LCAとは6-6-2 自動車の LCA評価手法6-6-3 HEV車,EVなどの評価

総論��������������������������������������������������������������������������������������3718-1 AC充電�������������������������������������������������������������������374

8-1-1 AC充電の概要8-1-2 充電用電気設備8-1-3 AC充電に関する各国の状況

8-2 DC充電�������������������������������������������������������������������3778-2-1 急速充電インフラの設置状況8-2-2 急速充電器開発の実際8-2-3 急速充電器の今後の課題

8-3 コンダクティブ充電インタフェース���������������3828-3-1 コンダクティブ充電システム概論8-3-2 コンダクティブ充電インタフェース

8-4 充電通信������������������������������������������������������������������3858-4-1 AC充電の通信8-4-2 DC充電の通信8-4-3 非接触給電での通信8-4-4 スマートグリッドでの通信

8-5 磁界を利用した非接触給電(理論)�������������������386

第 8章 充電設備(インフラ)

第 7章 車両運動制御

総論��������������������������������������������������������������������������������������3477-1 モーションコントロール(メカニズム)�����������349

7-1-1 左右駆動力配分7-1-2 ピッチング7-1-3 トラクション7-1-4 乗り心地等

7-2 モーションコントロール(制御)������������������������3527-2-1 はじめに7-2-2  オブザーバを用いた並進方向のアンチス

リップ制御7-2-3  ヨーモーメントオブザーバを用いた走行安

定化制御7-2-4  コーナリングスティフネス推定値を用いた

走行安定化制御7-2-5 車両制御のシミュレーション結果

7-2-6 車両制御の実験結果7-2-7 まとめ

7-3 バイワイヤシステム���������������������������������������������3587-3-1 バイワイヤによるメリット7-3-2 システムの種類7-3-3 システム信頼性7-3-4 バイワイヤ車両7-3-5 バイワイヤの今後

7-4 新たな走行制御�����������������������������������������������������3657-4-1 概説7-4-2 自動運転による群走行のメリット7-4-3 群走行を実現する上での技術課題7-4-4 隊列走行7-4-5 魚群走行

Page 5: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

目次 v

第 9章 車両紹介(小型車,バス/トラック,パーソナルモビリティ)

総論��������������������������������������������������������������������������������������4199-1 三菱MiEV(ミーブ)シリーズ����������������������������420

9-1-1 概要9-1-2 狙い9-1-3 特長9-1-4 主要コンポーネント9-1-5 表示系9-1-6 操作系9-1-7 安全性9-1-8 主要諸元

9-2 日産リーフ��������������������������������������������������������������4229-2-1 はじめに9-2-2 リーフの EVシステム9-2-3 リーフの車両性能9-2-4 まとめ

9-3 アウトランダーPHEV�����������������������������������������4289-3-1 概説9-3-2 狙い9-3-3 三菱プラグインハイブリッドシステム9-3-4 車両特徴9-3-5 主要諸元

9-4 トヨタプリウス PHV�������������������������������������������430

8-5-1 はじめに8-5-2 磁界共振結合の特徴8-5-3 電磁誘導と磁界共振結合の統一理論8-5-4  磁界共振結合を利用した EVへのワイヤレ

ス給電8-5-5 おわりに

8-6 磁界を利用した非接触給電(実用)�������������������3918-6-1 はじめに8-6-2  磁界結合型ワイヤレス給電システムの開発

動向8-6-3 ワイヤレス給電の実証評価8-6-4 課題8-6-5 おわりに

8-7 電界を利用した非接触給電��������������������������������3998-7-1 電界結合方式8-7-2 RFインバータ8-7-3 RF結合器8-7-4 RF整流回路8-7-5 電気自動車への応用

8-8 非接触給電(マイクロ波)������������������������������������4028-8-1 開発背景,目的8-8-2 無線充電システム原理8-8-3 システムの設備概要

9-4-1 はじめに9-4-2 PHVの特徴9-4-3 量産 PHV開発の狙い9-4-4 PHVシステム構成9-4-5 PHV新機能9-4-6 車両性能

9-5 アコードハイブリッド�����������������������������������������4339-5-1 アコードハイブリッドの狙い9-5-2 i-MMDシステム9-5-3 電動サーボブレーキシステム9-5-4 外部給電システム9-5-5 加速性能と燃費性能の両立

9-6 フィットハイブリッド�����������������������������������������4369-6-1 フィットハイブリッドの狙い9-6-2  i-DCD(intelligent Dual Clutch Drive)シス

テム9-6-3 空力性能9-6-4 静粛性

9-7 LEGEND�HYBRID������������������������������������������������4409-7-1 開発の狙い9-7-2 SPORT HYBRID SH-AWDシステム9-7-3 静音対応技術

8-8-4 システムの特長・利点8-8-5 現在の開発状況8-8-6 課題と今後の展望

8-9 電池交換システム�������������������������������������������������4078-9-1 概説8-9-2 適用事例8-9-3 利点と技術課題

8-10 V2H(Vehicle�to�Home)�������������������������������4098-10-1 はじめに8-10-2 住宅メーカの環境への取組み8-10-3 HEMS

8-10-4 V2H/V2Lガイドライン8-10-5 V2Hシステム8-10-6 V2Lシステム8-10-7 おわりに

8-11 V2G�����������������������������������������������������������������������4138-11-1 V2Gの定義8-11-2  EV・電力インフラの連系技術に関する歴史8-11-3 V2Gの概要8-11-4 V2Gの実証事例8-11-5 V2Gに向けた課題8-11-6 おわりに

Page 6: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

vi

9-7-4 主要諸元9-8 トヨタ 3代目プリウス����������������������������������������444

9-8-1 3代目プリウスの開発9-8-2 圧倒的なハイブリッド性能9-8-3 機能をカタチにした「先進スタイル」9-8-4 時代の先を行く「先進装備」

9-9 トヨタアクア����������������������������������������������������������4469-9-1 ハイブリッドシステム概要9-9-2 燃費向上の取組み9-9-3 各コンポーネント部品9-9-4 車両性能

9-10 SUBARU�XV�HYBRID��������������������������������������4499-10-1 概説9-10-2 開発の狙い9-10-3 車両概要9-10-4 ハイブリッドシステム9-10-5 ハイブリッド制御

9-11 日産スカイラインハイブリッド���������������������4549-11-1 開発の狙い9-11-2 先進技術9-11-3 車両諸元9-11-4 ハイブリッドシステム概要9-11-5 システムの動作概要9-11-6 性能9-11-7 実用燃費向上支援システム

9-12 減速回生システム i-ELOOP����������������������������4589-12-1 概説9-12-2 主要機能9-12-3 システム動作説明9-12-4 レイアウト9-12-5 キャパシタ選定理由9-12-6 キャパシタの容量決定9-12-7 “i-ELOOP”の燃費改善効果9-12-8 車両側からみた減速エネルギー9-12-9 終わりに

9-13 スズキ「エネチャージ」������������������������������������4639-13-1 背景9-13-2 「エネチャージ」の特徴9-13-3 リチウムイオンバッテリ9-13-4 高効率オルタネータ9-13-5 リチウムイオンバッテリパック9-13-6 システム9-13-7 まとめ

9-14 ホンダヴェゼル(ガソリン車)�������������������������4689-14-1 車両コンセプト9-14-2 車両パワープラント9-14-3 キャパシタ電源アイドルストップシステム9-14-4 電気二重層キャパシタ9-14-5 電源システム構成

9-14-6 エネルギーストレージの耐久性9-15 EV-neo�����������������������������������������������������������������470

9-15-1 開発の狙い9-15-2 ビジネス用途の概要9-15-3 車両概要9-15-4 EVシステム9-15-5 一体型駆動ユニット9-15-6 バッテリ9-15-7 急速充電器

9-16 TOYOTA�MIRAI�����������������������������������������������4749-16-1 概要9-16-2 トヨタフューエルセルシステム(TFCS)9-16-3 走行性能9-16-4 大容量外部電源供給システム

9-17 Honda�FCX�Clarity(クラリティ)����������������4789-17-1 概要9-17-2 開発の狙い9-17-3 車両デザインと装備9-17-4 パワートレイン搭載技術

9-18 日野ハイブリッドバス,EVバス������������������4819-18-1 はじめに9-18-2 ハイブリッドバス9-18-3 小型 EVバス9-18-4 まとめと今後の課題

9-19 上海キャパシタトロリーバス�������������������������4849-19-1 はじめに9-19-2 キャパシタトロリーバスの登場9-19-4 おわりに

9-20 �三菱ふそうキャンターエコハイブリッド���������������������������������������������������������������������������������487

9-20-1 はじめに9-20-2 車両の概要9-20-3 商品性向上のための各種方策9-20-4 仕様9-20-5 まとめ

9-21 SIM-Drive�EV�����������������������������������������������������4909-21-1 はじめに9-21-2  オープンイノベーション方式による電気自

動車の開発9-21-3 開発した車両の基本技術9-21-4 開発した車両の概要9-21-5 まとめ

9-22 COMS�������������������������������������������������������������������4939-22-1 概説9-22-2 狙い9-22-3 特徴9-22-4 車両概要9-22-5 COMSの市場9-22-6 今後の展望

Page 7: 第1章 自動車を取り巻く諸情勢 - JSAEii 2-4-7 自動車用電気二重層キャパシタ 2-4-8 今後の展望 2-5 燃料電池 99 2-5-1 燃料電池の歴史 2-5

目次 vii

9-23 �NNMC日産ニューモビリティコンセプト���������������������������������������������������������������������������������497

9-23-1 はじめに9-23-2 EVシステム9-23-3 車両性能9-23-4 実用化に向けた取組み事例9-23-5 まとめ

9-24 �パーソナルモビリティ「i-unit」「i-REAL」「TOYOTA�i-ROAD」����������������������������������������500

9-24-1 背景9-24-2 車両紹介

9-25 ウィングレット(Winglet)������������������������������5039-25-1 概説9-25-2 技術の概要9-25-3 実用化に向けた取組み

9-26 Honda�MC- β(エム・シー・ベータ)��������505

9-26-1 はじめに9-26-2 開発の狙い9-26-3 車両概要9-26-4 実証実験の概要9-26-5 まとめと今後の課題

9-27 パーソナルモビリティ「UNI-CUB」������������5089-27-1 背景9-27-2 概説9-27-3 技術進化9-27-4 技術解説9-27-5 実証実験9-27-6 まとめ

9-28 セグウェイ�����������������������������������������������������������5119-28-1 概要9-28-2 技術的仕組み9-28-3 セグウェイの環境性能

第 10章 法規・規格

総論��������������������������������������������������������������������������������������51710-1 電動車両の安全基準と規格動向���������������������522

10-1-1 概要10-1-2 国連における基準制定・改訂動向10-1-3 米国における基準制定・改訂動向10-1-4 中国における標準制定・改訂動向10-1-5 ISO規格制定・改訂動向10-1-6 SAE規格制定・改訂動向10-1-7 レスキュー対応の規格策定動向

10-2 �電動車両の燃費,電費の試験法と関連規格���������������������������������������������������������������������������������525

10-2-1 概説10-2-2 燃料消費率および電気量消費率試験法10-2-3 国際基準調和の動き

10-3 電池の輸送規則���������������������������������������������������53010-3-1 概説10-3-2 危険物輸送規則の体系10-3-3 危険物の分類と概要10-3-4 リチウムイオン電池の輸送規則10-3-5 その他の電池に対する輸送規制10-3-6 自動車の輸送規則10-3-7 自動車駆動用電池に係る安全基準

10-4 �コンダクティブ充電に関する規格・法規���������������������������������������������������������������������������������535

10-4-1 規格10-4-2 法規

10-5 電動車両の情報通信規格����������������������������������53810-5-1 概説10-5-2 ISO/IEC 15118 V2G CIの成立ち

10-5-3  ISO/IEC 15118-1 General information and

use case definition(一般情報とユースケース定義)

10-5-4  ISO/IEC 15118-2 Network and

application protocol requirements(ネットワークとアプリケーションプロトコル要求)

10-5-5  ISO/IEC 15118-3 Physical and data-link

layer requirements(物理層とデータリンク層要求)

10-5-6 互換性試験10-5-7 無線通信その他10-5-8 合同評価試験

10-6 ワイヤレス給電の標準化����������������������������������54210-6-1 EVシステム・車両向け国際標準化10-6-2 利用周波数の国際割当てに向けて10-6-3 漏洩電磁界の許容レベルの国際合意10-6-4 近傍磁界からの人体防護・安全面10-6-5 日本国内での簡易な制度の導入10-6-6 大電力化・走行中給電に向けた今後の展開

10-7 �電磁両立性(EMC),低周波磁界の基準,規格動向������������������������������������������������������������������������546

10-7-1 概説10-7-2 国連規則 R10における EV,HEV

10-7-3  IEC,ISOでのEV充電系のEMC規格動向10-7-4  ICNIRPガイドラインと低周波電磁界規制

の動向10-8 電動車両の静音対策と音圧試験方法������������551

10-8-1 概説10-8-2 経緯

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viii

10-8-3 ガイドライン10-8-4 国連規則の制定動向10-8-5 静音車両から発生する音圧の試験方法

10-9 水素燃料電池車の基準・規格�������������������������55410-9-1 概説10-9-2 車両安全10-9-3 高圧水素容器と附属品10-9-4 水素充塡インタフェース10-9-5 水素性状

10-10 �電動車両のコンポーネントの国際標準・規格の動向�����������������������������������������������������������������557

10-10-1 電動機10-10-2 電線10-10-3 高電圧ヒューズ10-10-4 コネクタ10-10-5 高電圧リレー10-10-6 駆動システム用蓄電デバイス

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発刊にあたり(2)

環境問題,CO2削減への効果的なアプローチとして,EV・ハイブリッド技術への期待がますます大きくなっています.そのような情勢のもと,2011

年 3月に,自動車技術ハンドブック「設計(EV・ハイブリッド)」編が発刊されました.その後も本分野の技術発展は目覚ましく,この度,新たに内容を大幅に追

加し,新版として発行することになりました.新版では,従来からの編集方針を踏襲するとともに,電気自動車・ハイブ

リッドに携わる設計者をアシストするために,関連する構成部品の基礎理論と要素設計そして車両制御/性能設計を専門的に解説し,前版以後数年間の進歩や変化についても盛りこんだ最新の内容としています.また,ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの専門の設計者が,電気自動車・ハイブリッド技術に取り組む場合を想定して,機械工学系の方にも容易に理解できるよう配慮しました.たとえば,「車→ モータ→インバータ→ 電池」という通常の流れではなく,

電池を最初に位置づけることによって,なぜ性能が必ずしも十分でない電池を使うのかというストーリー性を強調しました.制御については,ガソリン車ではできなかった電気自動車ならではの新しい制御も記述しました.レアメタルに関する資源問題や,今後期待されるワイヤレス給電技術も含めたことも特徴です.本会では,技術会議のもとに,電気動力,ワイヤレス給電,蓄電システム,

モータ,車載用パワーエレクトロニクス,という「電気関連」を扱う 5つの

技術専門委員会が設置されており,このハンドブックの編集にも協力をいただきました.最前線で活躍される執筆陣を集めて書き上げられ,電気駆動への流れが明らかになりつつある歴史的瞬間のマイルストーンとして,長く歴史に残るでしょう.この分冊委員会の委員長を拝命できたことは,小生にとって望外の喜びです.最後に,本書の発刊にあたり,業務多忙の折ご執筆いただいた方々,各章

をまとめていただいた委員の方々の多大なるご協力に改めて謝意を表します.

2016年 1月

設計(EV・ハイブリッド)編 編集委員会

委員長 堀 洋一

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14

ッド化している.そのため,アイドリングストップ車,マイクロハイブリッド車やマイルドハイブリッド車など,従来の鉛電池では難しいとされた PSOCと大電流パルス充放電が組み合わされた過酷な使用条件への適用が進んでいる. UltraBatteryの構成を図2-15に示す.UltraBattery

は鉛蓄電池と非対称キャパシタを同一セル内に組み込んでいる.非対称キャパシタは,正極は鉛電池の正極と同じ二酸化鉛であるが,負極はカーボンである.鉛電池の負極表面にカーボン電極を形成して正極とともに同一のセル内に入れることにより,カーボン電極は鉛電池の負極と負荷を分担できる.2013年 4月に交換用として販売を開始したアイドリングストップ車用液式 UltraBatteryを図 2-16に示す.2013年 11月からホンダ・オデッセイアブソルート,2015年 4月からはホンダ・ステップワゴンなど新車への搭載も進んでいる. また,ホンダ・シビックハイブリッドのニッケル・水素電池パックを 168 Vの UltraBatteryパックに置き換え,米国アリゾナ州フェニックスの高温下で行われた実車搭載試験では,自らの世界記録を塗り替える 15

万マイル(24万 km)の走行を達成した(図 2-17).さらに,48 Vシステム用 UltraBatteryパック(図 2-18)を

用いた実車搭載試験も始まっている. 以上のように,UltraBatteryはマイクロハイブリッド車をはじめ,48 Vシステムを用いるマイルドハイブリッド車やこれまでの鉛電池では適用が難しいとされた高電圧のハイブリッド車など,次世代自動車用途への展開が始まっている. (5) 鉛電池の状態検知 アイドリングストップ車やマイクロハイブリッド車ではエンジン停止後の再始動を保証する観点から,鉛電池の充電状態(SOC)に加え,劣化状態(SOH)の検知が求められている.また,回生ブレーキによるエネルギーの回収は,充電効率と放電特性のバランスするSOCに電池を制御する必要がある.このように,SOC

と SOHの検知は新しい自動車用途には必須である(19). 最近の状態検知センサの例として,古河オートモーティブシステムズ社(古河AS)製の Battery State

Sensor(BSS)を図 2-19に示す.BSSでは始動前のOCV(開路電圧),エンジン停止後の OCVと電流積算により鉛電池の SOCを推定している.また,始動時の直流内部抵抗や交流インピーダンス測定により,SOF(機能の状態)や SOHも推定できる.

2-1-7 自動車用鉛電池の安全性

 2-1-2項(2)鉛電池の充電反応で述べたように,充電直後は電池内部の空間に酸素ガスと水素ガスがたまっているので,火気を近づけると引火して破裂するおそ

図 2-15 UltraBattery の構成

PbO2 Pb

+ - セパレータ

鉛電池

+ -

キャパシタ電極

PbO2

非対称スーパーキャパシタ+ -

ウルトラバッテリ

Pb

キャパシタ電極

i

ii1

i2

PbO2

図 2-17 �ホンダ・シビックハイブリッドによる実車搭載試験で15万マイル(24万 km)達成

図 2-16 アイドリングストップ車用液式UltraBattery

図 2-18 48�Vシステム用制御弁式UltraBattery パック

Sample

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14

のとは異なり,複軸に搭載され,車両の幅方向の短縮を図っている(図 5-42). (2) 2 modeハイブリッドシステム(GM,ダイムラー,

BMW社) トヨタハイブリッドシステムと異なりエンジンの動力伝達方式に切替機構(Low Mode & High Mode)があり,ここから 2モードハイブリッドシステムと呼ばれている. ① Low Mode:THSのエンジン入力部分に減速機

が追加された構成で,駆動用モータのトルクを低減させ,減速比の大きな領域での伝達効率向上を狙っている.

 ② High Mode:4要素のプラネタリギヤで,THSと同機能で伝達効率向上を狙っている.

 当初,GM Allison社により開発されバスのシステムに採用されたが,その後,FR系大型 SUV(Sports

Utility Vehicle),FR乗用車に展開され(図 5-43,図5-44),最近では小型化され FF(Front-engine Front-wheel drive)系の SUV(図 5-45,図 5-46)にも搭載が始まった.

図 5-37 エンジントルク脈動補償制御ブロック図

Motor/GeneratorAngle

GeneratorCompensation

Torque Calculation

EngineTorque

Estimation

Crank AngleCalculation

Plant(HV)TDCSignal

g_refτ

FF(発電機基準トルク)

++τ

図 5-38 駆動系ねじれ振動補償制御ブロック図

Plant(HV)

Observer

+-Gain(f)

(モータ基準トルク)

a(エンジン寄与トルク)τ

m_ref

op= m/Grωω

τ

図 5-39 MG による制振制御系の全体構成図

AngleAngle

Motor

Engine Torque Ripple Controller

ConventionalController

FilterEngineTorque RippleEstimation

++

Crank AngleCalculation

EngineGenerator

HV Powertrain

FFτ

m_ref

Gr

Gain

TDCSignal

Wheel SpeedEstimation

Torsional Vibration Controller

g_refτ

τ

図 5-40 エンジン始動時の振動抑制

モータリングファイアリング

制御なし

制御あり

時 間〔sec〕

フロアG

フロアG

エンジン回転数〔

rpm〕

-0.5 0 0.5 1 1.5

1200

1000

800

600

400

200

0

図 5-36 Fuel consumption of engine

230

220

50

0

100

150

230

150

50

100

Tor

que〔

Nm〕

New(2ZR-FXE)230 g/kWh area

Old(1NZ-FXE)230 g/kWh area

Old(1NZ-FXE)operating lineNew(2ZR-FXE)

operating line

2 000 4 000 6 0000

Engine speed〔r/min〕0

SAMPLE

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第 5章 システムインテグレーション 15

5-2 ホンダハイブリッドシステム

5-2-1 i-MMD システム

 (1) システムの目的と狙い ホンダ i-MMD(intelligent Multi Mode Drive)システムは全世界で高まる自動車への環境負荷低減要求に応えるために,あらゆる走行条件における損失を低減し,世界最高水準の効率を達成することを目指して開発した 2モータハイブリッドシステムである.全体システム効率向上のため,シリーズハイブリッドをベースとした電気伝達比率の高いシステムを採用した上で,個々の構成デバイス効率を向上することにより,発電および電気伝達効率を最大化した.さらに,エンジン

直結機構の追加により,EVドライブ,ハイブリッドドライブ,エンジンドライブの 3種類の走行モードを実現し,走行条件に応じてこれらのモードを切り替えることでさらなる効率向上を図った.図 5-47に本システムの三つの走行モードを示す. 本システムは EV走行時の効率が高いため,プラグインハイブリッドシステムとの親和性が高く,外部充電システムの追加とバッテリ搭載容量の拡大により,高効率なプラグインハイブリッドシステムとして用いることが可能である. (2) システムの構成 (a) ハイブリッドシステム概要 図 5-48に車両全体におけるプラグインハイブリッドシステムコンポーネントの配置を示す. 従来トランスミッションが配置されていたスペース

図 5-41 アクセルペダル急開時の振動抑制

制御なし

アクセルペダル : ON

制御あり

時 間〔sec〕

フロアG

フロアG

アクセルペダル開度〔

%〕

100

80

60

40

20

0 0 0.6 1.2 1.8

図 5-42 Ford ハイブリッドユニット

図 5-43 FR 用2モードハイブリッド

・ very compact and highly-integrated design・ two E-motors, three sets of planetary gears,

four clutches, one oil pump

EMP EMA EMBPS1 PS2 PS3

C4 C3C1

C2

図 5-44 FR 用2モードハイブリッドクラッチ動作

C3 C1

C2

C4

PS1PS2

PS3A

Clutch Operation:

Low EVT Range

1st Gear

2nd Gear

High EVT Range

3rd Gear

4th Gear

EVT 1

Fixed 1

Fixed 2

EVT 2

Fixed 3

Fixed 4

On

On

On On

On

On

On On

On

On

C1 C2 C3 C4

B

RP

RP

S S

RPS

SAMPLE