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今回は、ハイブリッドカーのエネルギーマネジメントについて考察していきます。
ここから、純ガソリン車からハイブリッドカーに乗り換えたときに感じやすい違和感について考えていきます。
目次
ハイブリッドカーの基本的な制御方針と要件
ハイブリッドカーの制御方針は2つあり、
- 減速時のエネルギーを次の加速エネルギーに変換する
- エンジンは高効率点でのみ運転する
の2点です。
これより、エンジン負荷状況が走行状況とマッチしない場合があるので、通常走行時に違和感を感じやすくなる場合があります。
例として、エンジンサウンドがあるでしょう。
減速時のエネルギーを次の加速エネルギーに変換する
ハイブリッド車は、減速時に回生ブレーキを作動させバッテリーを充電します。
この回生ブレーキでエネルギーの無駄がなく、燃費を向上させる要因となっていますが・・・
そもそもこの回生ブレーキはエネルギーマネジメントで考えれば、どのような動作になるかを考えていきます。
下図の通り、発進時にはバッテリーからの電力で発進し、その後高速域ではガソリンエンジンを始動して走行します。
ブレーキをかけると回生ブレーキが作動してバッテリーを充電し、次の発進に必要な電気エネルギーを蓄えます。
こうすることで、ガソリン車と比較して、投入された正味のガソリン量を節約でき、燃費が向上することになります。
イメージ図では、80km/hから停車までのエネルギーがすべて回生できるように書いていますが、実際には、
- 摩擦ブレーキの差動
- 走行抵抗
などによって、すべては回収できません。
ただ、回生ブレーキによって、次の発進のエネルギーを回収しているものとご理解ください。
エンジンは高効率点でのみ運転する
一般的なイメージとしては、ハイブリッド車はエンジンはできるだけ使用せずモータで走行し、燃費を稼ぐイメージがありますが、これもエネルギーマネジメントから見ると異なります。
正確には、
エンジンは可能な限り高効率な回転数で運転する
ということができるでしょう。
つまり、エンジンを極力使用しないのではなく、
- 中途半端に効率が落ちるならモータで走行する
- エンジンを使用するなら走行状態に関係なく高効率な回転数で運転する
という表現が適切です。
最大トルク付近が最高効率
下図は、プリウスのエンジン性能曲線になりますが、トルクは供給した燃料に対してエンジンから得られる回転力を示しています。
つまり、最大トルク近傍の回転数に、エンジンの最高効率点があることが分かります。
モータと発電機で駆動力調整
しかし、走行状態は常に変化するにも関わらず、エンジンの運転状態を一定に保つことはできません。
そこで、発電機とモータで、駆動力の過不足を補う運転を行います。
下図の通り、エンジン出力を一定に保ち、駆動力が必要量を超過する場合には、発電機が作動して余剰エネルギーでバッテリーを充電します。
逆に駆動力が必要量に対して不足する場合は、バッテリーが電力を供給し、モータが駆動に参加することで、不足分を補います。
こうして、エンジンの運転状態を高効率な運転状態で一定に保ちつつ、実際の走行状況との差異、すなわち駆動力の過不足を、発電機とモータを使って補っていることが分かります。
実際の走行モード
例としてプリウスの走行モードでは、下図のような運転パターンがあります。
通常走行時には、
- エンジンの発電した電気が、バッテリーを充電するモード
- バッテリーが電気を供給するモード
が絶えず切り替わっています。
これは、可能な限りエンジンを高効率な回転数で運転しようとする、ハイブリッド特有の制御といえます。
ハイブリッドの違和感：走行状況とエンジンサウンドがマッチしない
ハイブリッドの違和感の原因は、走行状況とエンジンサウンドがマッチしないことです。
プリウスをはじめ、無段階変速が採用されていることが違和感の原因と言われることもありますが、実際にはこの点が大きいでしょう。
例えば、ガソリンエンジンのCVTであれば、エンジンの負荷状態に応じてエンジンサウンドも変化します。
これは、たとえ無段階変速制御をしていても、エンジンの負荷が変化するわけですから、当然といえば当然です。
一方で、ハイブリッド車の場合には、エンジン負荷を一定にし、モータと発電機が駆動力のが過不足を補う制御をするので、エンジンサウンドが一定です。
そこが、ドライブフィーリングの面で、非常に違和感を感じやすい部分といえます。
ハイブリッド車のドライブフィーリング改善のために、多段ATを採用したモデルも登場していますが、基本的なエネルギーマネジメントの方針は同じです。
やはり、違和感は感じにくくなっても、例えばマフラー交換をした場合などであれば、よりハイブリッド特有の質感が表面に出てくるでしょう。
まとめ
ここまで、ハイブリッド車の基本的なエネルギーマネジメント（制御アルゴリズム）について考えてきました。
多段ATによって普通のエンジン車と同等の走りをするハイブリッド車も登場していますが、基本となるエネルギーマネジメントについては同じです。
敏感な方であれば、ハイブリッド車特有の違和感を感じる可能性があるので、必ず試乗で確認しておきましょう。
以上、ハイブリッド車特有の違和感について、参考になれば幸いです。