次世代車解説 プラグインハイブリッド車(PHV) 第3回

さてようやく話が現在にまで辿り着いてきました。今回はプラグインハイブリッド、特にプラグイン・プリウスハイブリッドの特徴についてお話します。

プラグインハイブリットとは「電池を外部電力で充電できるようにしたハイブリッド」です。前々回にも書いた一文ですが、そもそもプラグインハイブリッドの説明は細かい技術的な事柄を除けばこれで十分はずでした。ここですこしだけ言い訳というか、なぜこのような文章を書き連ねたのか説明をさせていただければと思います。

ハイブリッドが受け入れられた理由

私がこのような意見を言える立場となったのはプリウスに搭載されたトヨタ・ハイブリッド・システム(THS)の開発リーダーとなったからなのですが、私のエンジニアとしてのルーツはクリーンエンジン屋としてのものでした。そのエンジン屋出身の私にとって、今の状況…PHVが語られる際に、電池や電気駆動の話題のみが取り沙汰されて、エンジンについて語るものが非常に少ない状況は、大きな不満を抱かせるものです。

今現在、街中でハイブリッド車が走っていて驚く方は極めてまれなことだと思います。そしてこのハイブリッド車のほぼ全てが、前回説明しましたパラレルもしくはシリーズ・パラレルの機構を持ったものです。具体的には特に日本においては、トヨタのTHSかホンダのIMAを搭載したクルマですね。どちらもその特徴はエネルギー密度が電池や水素にくらべ圧倒的に大きいガソリンを燃料とし、その燃焼で大きなトルク、パワーを発揮する内燃エンジンを効率的に有効活用していることにあります。

また、外部電力を使わなくても、内燃エンジンハイブリッドでは、1チャージの航続距離は、電気自動車のEV航続距離の尺度を使うと1000kmを遙かに超えるレベルになります。実際お使いいただく実用燃費でもそれほどのエコ運転に気を遣わなくても1000kmぐらいは走ることができます。我々は走りにおいてはできる限りお客さまが違和感を受けることがなく(正直言いますと、初代のプリウスはお客さまに少し「我慢」していただく走りではありましたが)、かつ給油回数が少ないなどといった今まで以上の利便性を持ったクルマとしてハイブリッドを送り出しました。いまの自動車販売台数の上位にハイブリッド車が並ぶ状況は、我々のこのような姿勢をお客様が受け入れてくださったからだと私は確信しています。

プラグイン・プリウスハイブリットの特徴

では、今日の主題のプラグイン・プリウスハイブリッドについてお話します。プラグイン・プリウスも通常のプリウスのように、エンジンと電気を効率よく利用しているシリーズ・パラレルハイブリッドの特徴を引き継いでいます。下の図は、私が講演等で用いているスライドの1ページを抜き出したものです。

プラグイン・プリウスは電気自動車とは違い、内燃エンジンがあるからこそ、仮に電池の充電ができず空の状態でも、通常のプリウス同様にガソリンを使って走り続けることができます。この特徴は4月に、フランスのストラスブールでの高速道路を使ったロングドライブでも体験・確認しました。

プラグイン・プリウスのコンセプトはその上で、電池をコンセントにつなぎ充電しておけば、その充電エネルギーをクルマの走行に使った量に応じ、ガソリンの消費を削減することができることにあります。日常の買い物などの近場での利用であれば、ガソリンを全く使用せずに利用することもできます。

一方、高速道路を使った長距離走行、登坂時のトラックの追い越し、山道のドライブなど大きなパワーを使う時にはエンジンを起動し、心地よいエンジンサウンドをともなった快適な加速を行うことができます。このケースでは電池パワーアシストが使えますから、エンジン出力を無理矢理挙げる必要はなく、音のレベルを押さえた心地の良いエンジン音の作り込みも期待できます。エンジンと電気駆動の“いいとこ取り”、高く、重く、かさばる電池を少量クールに使うのが我々が目指し皆様に受け入れて頂いたハイブリッドです。エンジンを賢くクールに使うことが、ハイブリッド進化のポイントの一つでした。このクリーンで高効率のエンジンを賢く使う上で、トヨタが選んだTHSハイブリッドは優れた方式との確信を今になって深めています。つまりこれは、先ほど書きました通り、初代プリウスから続く、今までのクルマ以上の利便性を持ったプラスアルファのクルマになっていると確信したからにほかなりません。

未来のクルマ=電気駆動??

いま自動車業界やその周辺はクルマの電気駆動化に向け突き進んでいる、もしくはそのように見受けられるかのように報道されています。それだけがクルマひいては自動車業界が生き残る術なのだといわんばかりです。電気駆動化自体は第一回にも書いた通り、決して新しい考え方ではないのですが、今回は自動車技術者の枠を大きく超えた所で取り沙汰されているのが今までと大きな違いのように感じています。

私が初代プリウス搭載のハイブリッド開発リーダーを拝命したとき、EV担当のある役員から「エンジン屋は間もなく失職するのだから、ハイブリッド開発を担当するようになったのはラッキーと思え」と言われて、私にはカチンときた記憶があります。そんな私がハイブリッドの一般化とクルマの電気駆動化へ期待が高まった現在の道筋をつくることになったのは皮肉なのですが、今思い返すと、そんな人間にハイブリッドが託されたからこそ、今までの先入観を乗り越えて初めての量産化へ進んで行けたのではとも思っています。

エンジンにはまだまだ効率・性能進化の余地があります。ハイブリッドも、またその応用であるプラグインハイブリッドも、内燃エンジンの終焉をもたらすものではありませんし、ましてや内燃エンジンが消え去るまでのショートリリーフではありません。クルマの効率を高める手段がハイブリッドによる電動化であり、またクルマの使用頻度の高い都市内や一般道路でのショートトリップで、外部電力をクールに使おうとの狙いがプラグインハイブリッドです。

どちらのハイブリッドもその用途に応じ、クルマのカテゴリーに応じて並立し、高速長距離など自由な個人、家族の快適な移動、さらには個人の現代人のストレスを発散させるドライブ(もちろん周囲に迷惑をかけない範囲で、安全に)の自由を確保するクルマとして、内燃エンジンも消え去ることなく進化しつづける可能性は極めて高いと予測しています。

エンジン技術とともに電池技術が進化すれば、さらに外部電力エネルギーの利用率を高めて液体燃料の利用比率を下げる、もしくはバイオ燃料利用比率を高める等といった、お客様に負担をかけずにスムーズに実用的な低カーボン化のクルマへの乗り換えをしていただくことができます。このように電気駆動やバッテリーだけではなく、エンジンやその組み合わせであるハイブリッドにも技術革新の余地があるいま、私には将来のサステーナブル自動車技術が絞り込まれなければいけないという段階だとは到底思えません。

お客様目線、マーケット目線、商品としてのあるべき姿を追求し、その上で将来の社会や人類そのものに貢献する実用的な回答を、安易に狭視野ではない広い視点での研究開発を進めていくことによって追い求めていくことを私は期待しています。

次世代車解説 プラグインハイブリッド車(PHV) 第2回

前回はハイブリッド車のざっくりとした歴史を紹介したところで終わってしまいました。今回は、ハイブリッドの機構を簡単にご説明します。プラグインの話だというのにハイブリッドの話が続きますが、これをしっかりと踏まえないと、「プラグイン」という事が何を意味しているかが曖昧になり、EV等も含めた次世代自動車技術を見極める目が霞んでしまうと思いますのでお付き合いください。

ハイブリッドの分類

歴史に触れる中でも一部紹介しましたが、ひとくちにハイブリッドといっても様々なアプローチによるシステムが開発されています。そもそもハイブリッド車というものの定義も、複数のエネルギーを利用して動く車というものですから、エネルギーの発生のさせ方によって無数の種類がありますし、現在乗用車用として実用化されているガソリン・電気のハイブリッドに中でもその動力の合わせ方によって大きく分けて3つのハイブリッドシステムがあります。

ハイブリッドシステムの種類

上の図にある3つが、現在実用化されているハイブリッドです。

シリーズハイブリッド

それぞれを簡単に説明しますと、一番左のシリーズハイブリッドというのは、エンジンで生んだ動力がすべて発電機を通して電気に変換され、充電池を電力の調整に使用して、車の駆動はすべて電気モーターで行うものです。前回私がハイブリッド車の歴史の中で書いた、過去の多くのハイブリッド構想の多くはこのようなものでした。なお北米での販売が間近に迫っている、GMのChevrolet Voltはこのタイプのハイブリッドで、電気自動車の拡張としてのアプローチから生まれたものです。実際にGMもVoltをハイブリッドとは呼ばすにEnlarged Range Electric Vehicle(EREV)つまり走行距離拡張版電気自動車と呼称して、電気自動車の1ジャンルであると説明しています。

また、電気自動車からのアプローチですので、古い時代からシリーズハイブリッドはプラグインであることを前提に開発されてきました。

パラレルハイブリッド

次のパラレルハイブリッドは、シリーズハイブリッドとは逆に従来のエンジンからアプローチしたハイブリッドです。このタイプのハイブリッドは、従来のクルマと同じく基本的にはエンジンの動力がトランスミッションを介してタイヤに機械の動力として伝えられ、それに並列に電気モーターによる駆動が付加されたものとなります。一般販売されたものですと、本田技研のインサイト等に搭載されているHonda Integrated Motor Assist System(IMA)やベンツのSクラスに搭載されているブルーハイブリッドなどがあります。

パラレルハイブリッドは小型でコストが安く済むことが長所であると言われることが多いのですが、エンジンの駆動をダイレクトに利用しますので、従来のクルマとの違和感が少ないなどの長所もあります。

シリーズ・パラレルハイブリッド

最後が私が開発に携わったプリウス等に搭載されているトヨタのTHSを代表とするシリーズ・パラレルハイブリッドです。トヨタの他にはFordのEscape等に搭載されているハイブリッドがこのタイプに分類されます。シリーズタイプのようにエンジンの動力を電力に替える発電機と車を駆動する電気モーターをそれぞれ持ちながら、エンジン動力の一部をクルマの駆動にも使用する上記2つの特性を合わせたタイプとなります。

充電状態やクルマの速度などにあわせて、エンジンを発電機として充電しながら電気自動車として走る、エンジンとモーターをどちらも利用して加速するなど最適なモードをクルマが判断してモードを切り替えて利用できるのが特徴です。

さて、ではプラグインでこれらのハイブリッドがどう変わるのでしょうか?プラグインハイブリッドとは「外部から充電できる」ハイブリッドです。なお、電気自動車についても一部の記事などで「プラグインタイプ」の電気自動車という表現が散見されることがありますが、これは技術的に見ればおかしな表現で、水素燃料電池等の電気を発生させる機構をクルマに積んでいない充電池のみで走る電気自動車(専門的にはバッテリー駆動の電気自動車を意味するBattery Electric Vehicleの頭文字を取ってBEVと呼びます)は、自分で電気を生むことがないので「プラグイン」して外部から電力を貯めなければ動くことはありません。つまりいま電気自動車と呼ばれているクルマは原則「プラグイン」ですし、同じく上にも書きましたがそれの派生形という出自を持つシリーズハイブリッドも基本的に「プラグイン」を前提としたクルマです。

今回はここまで。

次回はプラグインも含めたハイブリッドの今後の可能性、そして私の思いなどを書きたいと思います。

次世代車解説 プラグインハイブリッド車(PHV) 第1回

プラグインハイブリッド車(英語表記であるPlugin Hybrid Vehicle の頭文字を取ってPHVと略されます)は、電池を外部電力で充電できるようにしたハイブリッド車です。

ハイブリッド車の電池を、外部電力で充電するという考え自体は決して新しいものではありません。いや、そもそも多くの技術者にとってハイブリッド車というのは、充電するのが前提の車だったのです。ちょっとその辺を、ハイブリッド車の歴史を紐解きながら、お話していきます。

ハイブリッド・・・電気自動車の代替

ハイブリッド車は過去に電気自動車に注目が集まった時期―内燃機関がその地位を確立する20世紀初頭や、1970年代以降の光化学スモッグに代表される公害を軽減するためのクリーン自動車、またはオイルショック等の受けて高まった石油依存への危機感を緩和する代替エネルギー自動車として期待を集めた時期-に、それと同時に研究開発されていたものでした。

なぜその都度ハイブリッド車も開発されてきたかというと、電気自動車の実用化にむけて何度もその前を立ちはだかってきた壁「電池の性能」を乗り越える技術としてハイブリッド車が捉えられてきたからです。20世紀初頭は言わずもがな、70年代以降もその当時の電池技術では、重くかさばりしかも高価な電池を使用しても、電気自動車に許されたのは非常に短い航続距離でしかありませんでした。

その電池の壁を乗り越えるために考えられたのがハイブリッド技術であり、その発想というのは、電気自動車の電池の搭載量を減らし、それに伴って減少する航続距離を、搭載したエンジン発電機によって充電しながら走ることによって補うという、電気自動車の代替としてのものだったのです。

さて、電気自動車が更なる脚光を浴びたのが、1990年代の初め、アメリカのカリフォルニア州(加州)でZEV(Zero Emission Vehicle)規制という自動車に対する規制が施行されたときでした。これは加州でその当時販売シェアの高かった7社(GM/Ford/Chrysler/Toyota/Nissan/Honda/Mazda)にZEVすなわち電気自動車の販売を義務付けたものです。

トヨタも電気自動車の実用化に必死に取り組んでいましたが、お客様に受け入れていただける性能、価格、信頼性を持ち、継続的に販売していけるだけの収益が挙げられる実用電気自動車開発の見通しは全くありませんでした。そこで、その代替として開発していたのが先ほど上に書いた通りの伝統的なハイブリッド車、つまり電池搭載量を減らし、エンジン発電期を搭載したシリーズタイプ、レンジエクステンダー(航続距離伸張式)ハイブリッドです。

GMなどいくつかのメーカーもトヨタ同様にZEV代替として、このタイプのハイブリッド開発を進めていました。しかし、加州は1993年に、エンジンのついたハイブリッドはZEVとして認めないとの決定を下し、多くの自動車メーカーはこの決定を受けてこのタイプのハイブリッド開発を中止してしまいました。

しかしトヨタはここで、エンジンを使用したハイブリッドがZEVとしては認められなくとも、ハイブリッドの開発を継続する決断をしました。それは、ハイブリッド技術をZEVに対応する為の技術、つまりは電気自動車を補助する為の技術として考えるのではなく、燃費を画期的に改善する為の技術、つまりは将来の石油資源枯渇や地球温暖化問題に取り組むのに必須となる高燃費かつ低CO2排出の車を開発する為の技術として考えたからでした。

プリウス発売・・・充電のいらないハイブリッド

この電気自動車の代替ではないハイブリッドというコンセプト、これこそ当時のZEV代替にこり固まっていた多くのエンジニアにとって発想の転換でした。どの自動車メーカーも取り組まなかった低燃費かつ低CO2で充電の必要のないハイブリッド、この商品化プロジェクトが1997年のプリウスです。

1996proto
プリウス_1996プロトタイプ

しかし、新しいコンセプトというのはなかなかすぐに理解されるものではありません。当時の電気自動車のネガティブなイメージ、つまりは航続距離が短く長く面倒な充電が必要とイメージが全く別のコンセプトで開発されたプリウスにもまとわりついていました。これを払拭するため、プリウスは既存のインフラ(給油スタンド)ですむ、面倒な充電がいらないハイブリッド電気自動車だということを、私も様々な場で説明を行ったものです。

プリウス発売後から現在まで・・・プラグインへの回帰?

ただし、プリウスタイプのハイブリッド(THS)は、電気自動車の代替では無いといっても、その利点を大いに取り入れたものにしましたので、走行中常にエンジンが掛かっているのではなく、回生エネルギーなどによって十分に充電が行われるとエンジンを停止して、その間は電気自動車のように電池からの電気のみで走って無駄なガソリン消費を抑えるよう設計されています。このような電気のみで走るエリアは、電池に蓄えられている電力を監視し、それが多いと自動的に拡大するようになっていますので、仮に外部より充電したりしたばあいには、制御プログラムを全く変更しなくても、最適な走行モードを取るようになっています。なお、アメリカではこの機能を見抜いて、一般のプリウスをプラグインに改造するベンチャービジネスまであらわれています。

プリウスが商品化され世の中に受け入れられていった大きな理由の一つに、電気自動車の幻影から脱した充電の必要のない車としたことが間違いなく寄与しているわけですが、皮肉なことにこのような電気走行モードを備えたプリウスが登場したことで、まずアメリカでプラグインハイブリッドに対する大いなる期待が生まれ、さらにそこから発展して現状のEVブームが巻き起こったよう私は感じています。

しかしながら、搭載する電池を抑えることのできるプラグインハイブリッドですら、電池の容量拡大や高性能化による車両単体のコスト上昇の問題だけでなく、充電ステーションの配備等の社会インフラ整備のコスト負担や必要性などいった、プラグイン化のコストと価格の問題を抱えており。かつ技術的にも、フル充電に近い状態から通常ハイブリッド走行に切り替える電池が少ない状態まで、大量の電気エネルギーを頻繁に出し入れするという過酷な使用法での電池寿命の問題など克服すべき課題は山積しています。

また日本と違い欧州やアメリカでは、その半数以上のクルマが屋外さらには路上に普段の駐車場所を有していますし、固定の駐車場所が確保されていないクルマも多くあります。このようなクルマの現実の使用実態を考慮すれば、もし電気自動車やプラグインハイブリッドが使用する充電ステーションを屋外や路上に設置したとしても、そのステーションの破損や充電ケーブル等の盗難対策なども対策を立てねばなりません。一方比較的駐車環境が整備されている日本でも、マンションなどの集合住宅での受電設備をどのように整備をするか、その負担をどうするかなども普及に向けての大きな課題です。充電施設やインフラの話題が多く新聞紙面を賑わせていますが、さらに安価かつ安全な充電施設の開発が待たれます。

たとえ完全にクリーンな一台のクルマを作り出したとしても、石油資源の枯渇や地球温暖化の問題に寄与することはできません。そのクルマが今のクルマに置き換わり、使われ、普及していってこそ、真の次世代車として諸問題に対して資することができるのです。

ハイブリッド車を世に送り出した一人として、いま自動車開発の最前線に立っている方々には、ブームなどの周囲の声に惑わされる事などなく、いまのクルマの利便性や楽しさを奪うような次世代車ではなく、お客様自らが望んで手にされ、かつポスト石油・温暖化緩和などの大きな要請にも応えられるクルマを、汗と知恵を絞って開発されることを望んでいます。もちろん大変難しい課題ですが、それこそ本当の技術が試される、誇るべきものづくりのチャレンジなのは間違いありません。

少し筆が滑ってしまいましたが、次回はプラグインハイブリッドのもう少し技術的な説明をします。

PHVプリウス試乗記

4月26日~28日にストラスブールで行われたプラグイン・プリウスの発表会に出席し、その機会にストラスブール市内、その近郊をドライブしてみましたので、少し遅くなりましたが、その感想をお伝えします。

トヨタヨーロッパのスタッフの指導による、現地での習熟・確認ドライブをして、試乗の許可をもらうのが最初のステップです。

欧州でも何度もプリウスなどの試乗をしていますが、安全運転のため念には念を入れ、必ず事前にチェックをし、習熟ドライブをするのがトヨタのルールです。

まず、イベント会場でフル充電をした状態から、このイベントで計画している、ストラスブール市内とその周辺の郊外路、高速道路の1周約20㎞の試乗コース走行を行うことができました。

ライン川の支流イル側と運河に囲まれた地球遺産にも登録されている旧市街は、自動車の乗り入れ規制を行っている道路や一方通行が多いため、また自転車や歩行者も多い旅行者にとっては決して走りやすい道路ではありません。

このような、市街地を走るにはこのプラグインは最適です。この状態ではエンジンをかけないモータだけのEV走行で、静かに、そしてスムースに走り続けることができました。

自転車や歩行者を気遣い、安全第一で走るのがこのようなクルマの走り方です。

さらにトラム沿いに北東部に位置するEU議会の付近を走り、それから高速道路にのります。

もちろん、速度50㎞/hから60㎞/hのながれの郊外走行もEV走行のままです。

ヨーロッパ向けのクルマで表示される100㎞走行あたりの燃費は0のままです。

そこから、市の周辺を迂回するように作られた高速道路に乗ります。都市近郊の速度規制は80㎞/hか90㎞/h程度に抑えられています。

その高速に合流するフル加速のときにエンジンがかかり、余裕をもって流れに合流することができました。

この日は、天気も良く、気温も高いため、エアコンONで走行しましたが、燃費は高速の合流でエンジンを使ったときのみ、0.5L/100㎞、約200㎞/lを記録しました。

ストラスブールのプロジェクトでは、ユーザの自宅に充電設備を設置するほか、勤務先の駐車場にも設置しましたので、使用者は勤務中にも充電することができ、帰りも充電電力を使い走行することができます。

次の日は、郊外にあるトヨタの販売店に保管してあった、PHVプリウスを借りだし、電池に充電をしていないカラの状態から走り出し、ストラスブールの南に位置し、ブガッティのコレクションで有名なフランス国立自動車博物館があり、スイスと国境を接するミュルーズまで片道約140㎞、その博物館を見学し、往復300㎞弱のドライブでした。

このドライブでは、バッテリ電気自動車と違うPHVの最大の特徴である、電池がカラでもハイブリッドとして、長距離を安心してはしれる体験しました。

フランスの高速道路は最高速130㎞/h、その範囲を少しオーバーするくらいの走りで、高速道路、郊外路、市内を走って燃費は4.9l/100㎞、日本で一般的な表示法に換算するち約20㎞/lと通常のプリウスと同等の燃費で長距離ドライブを楽しむことができました。

今回はドイツのアウトバーンを走る機会はありませんでしたが、フランス、ドイツのみならず、高速道路が整備された欧州では、自動車による快適な高速長距離移動はあたりまえの使いかたです。

今回、都市内のEV走行、高速の長距離、ブドウ畑の中の郊外走行を行い、ハイブリッドプリウスおよびこのプラグイン・プリウスが低燃費、低カーボンの環境性能が高いばかりではなく、個人の自由な移動手段(Freedom of Mobility)でありFun to Driveな次世代の自動車としてのポテンシャルを持っているということを強く感じました。