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ハイブリッド(Hybrid)とは、二つ(またはそれ以上)の異質のものを組み合わせ一つの目的を成すものをいう。日本で広く使われ始めたのは「ハイブリッド集積回路」(混成集積回路)が新たに作られた1980年代と考えられており、従来は「混成」とも言われた。

生物学においては、異なった種の動物・植物を特に人工的に組み合わせてできた新種のことを表す言葉で英語では古くから使われた。雑種のことである。

制御理論では、連続時間動的システムと離散事象を兼ね合わせた考え方をハイブリッドシステムと呼ぶ。

言語学では、昨今の若者語の「写メ」、英語の「beautiful(英beauti+仏ful)」など、2種の異なる言語の単語または要素が結合して出来た語、混成語をいう。

産業界では、ハイブリッドカー、ハイブリッド自転車など、二つ以上の技術を併用して造った部品をもつ製品、もしくは混成部品からなる機械を指す。

このようにいろいろな技術や物の混成したものをハイブリッドというが、最近はおもに「ハイブリッドカー」に関する技術のことを指して「ハイブリッド技術」ということが多い。

今日は「ハイブリッドカー」の技術について調べる。(参考HP Wikipedia・Honda)

ハイブリッドカーとは何か?


ハイブリッドカー (Hybrid Car) とは、作動原理が異なる二つ以上の動力源をもち、状況に応じて単独、あるいは複数と、動力源を変えて走行する自動車のこと。自動車のエネルギー効率は、"Well to Wheel"(油井から車輪)までの総合効率で考える必要があるが、現在のハイブリッドカーは総合効率が電気自動車や燃料電池自動車と同程度であり、環境負荷の低い実用車として注目されている。

走行時の環境負荷の低い自動車としては、電気自動車、水素自動車、燃料電池車が排気がクリーンでエネルギー効率が良い。しかし、製造コストが高い、充電時間が長い、常温で気体である水素の充填量が増やせない(燃料タンク容積に対し、取り出せるエネルギーが少ない = 充填1回当たりの走行距離が少ない)、水素充填のためのインフラ整備が財政負担となるなど、多くの問題があり、いまだ開発途上にある。

一方、内燃機関(以下エンジン)に蓄電池(以下バッテリー)と電動機(以下モーター)を組み合わせたハイブリッドカーの場合、各々の技術は自動車の誕生の頃から使用されている信頼性の高いものであるが、複数の動力を制御する複雑さ、および、内燃車と電気車のシステムを合わせた重量の問題や、その結果によるコスト増の問題が常につきまとっていた。

しかし、1997年にトヨタ・プリウスが市販され、多くのハイブリッドカーが公道を走るようになった。エネルギー源に化石燃料を用いる場合、従来のガソリンスタンドでの給油のみで、距離の制限なしに走行が続けられるため、新たなインフラ整備を行う必要がない点も普及の後押しとなった。さらに、夜間電力などの利用で、さらなる有害物質やCO2の排出と、運行コストの低減が期待できる、家庭用電源による充電機能を追加した「プラグインハイブリッド」の追加も複数の自動車メーカーから発表されている。

そのほか、補助動力の蓄積には、並行してキャパシタや圧縮空気、フライホイールなども試行されているが、エネルギー蓄積量やコストの面から、現在のところは二次電池を用いるのが一般的である。

ハイブリッドシステムの種類と特徴


発電と駆動の方法により、「パラレル方式」、「スプリット方式」、「シリーズ方式」に大別できる。

パラレル方式
主役がエンジンで、モーターがサポート役の「パラレル方式」エンジンによる走行が主体。発進時に最大の力が出るモーターの特性を活かし、エンジンが燃料を多く消費する発進・加速時に、モーターでサポートする方式。従来のクルマにモーターとバッテリーなどを追加するだけのシンプルな機構。

パラレルハイブリッド
日野・HIMRシステムの例パラレル方式(並列方式)は、搭載している複数の動力源を車輪の駆動に使用する方式。エンジンはトランスミッションを介して車輪の駆動も行い、同時に発電機の駆動も行う。蓄えられた電気エネルギーはモーターへと送られ、走行用として使われる。また、モーターは回生ブレーキ(運動エネルギーをバッテリーの補充電に活用する)にも用いられる。

Hondaは、機構がシンプルでエンジンを主役とする「パラレル方式」を選択。構造がシンプルなため「パラレル方式」は、より軽量につくることができる。軽量であることは、クルマの運動性能をよくする点でも、燃費をよくする点でも有利。
また、エンジンが主役でエンジンパワーとモーターパワーをロスすることなくダイレクトにタイヤへ伝えるので、スポーティな走りの楽しさを味わえる。

スプリット方式
発進・低速時はモーターだけで走行し、速度が上がるとエンジンとモーターが効率よくパワーを分担。動力分割機構や発電機などがあり構成は複雑。エンジンは発電機も回す。

スプリットハイブリッド
トヨタハイブリッドシステムのスプリット方式(分割方式)は、パラレル方式にさらにバッテリー充電専用の発電機を加えたシステム。動力として、エンジンとモーター双方の出力を駆動に利用できる点ではパラレル方式と同様であるが、エンジンからの動力をプラネタリーギアを用いた動力分割機構により分割(スプリット)し、一方は発電機の駆動、他方は直接車輪の駆動と、それぞれに利用できる点でエネルギー効率に優れる。

プラネタリーギアの特徴を生かし、発電量と駆動力の分配割合を自在に制御できる点がパラレル方式との大きな違いとなる。エンジンを停止させたシリーズ方式的な制御パターンが加わるため、モーターの使用率はパラレル方式に比べ高い。

1997年、プリウス用にトヨタハイブリッドシステム(THS)として登場し、スプリット方式は販売台数から、現在の主流となっている。

シリーズ方式
エンジンを発電機の動力としてのみ使用し、モーターだけで走る方式。動力機構そのものは電気自動車だが、エンジンを搭載しているためハイブリッドカーの一種に含まれる。

シリーズハイブリッドシリーズ方式(直列方式)は、エンジンを発電のみに使用し、モーターを車軸の駆動と回生のみに使用するもの。実際の仕組みは、エンジンで発電機を駆動し、発生した電力を大容量バッテリーに一旦蓄え、その電力でモーターを駆動し、走行する、自家発電が可能な電気自動車。電気自動車の大きな欠点とされる、出先での充電設備と長い充電時間、1充電あたりの走行距離が少ないことなどから、内燃車同様に燃料を補給するだけで開放される。

エンジンで発電し、モーターで走行する、ガス・エレクトリックや、ディーゼル・エレクトリックと呼ばれる方式は古くから実用化されており、枯れた技術である。初期のハイブリッドカーはこれをベースとし、発電機とモーターの間に大容量バッテリーを追加することで、エンジンと発電機双方の小型化と、使用率の低減が可能となり、効率が改善された。

出力制御が容易であることがメリットだが、内燃車と電気車のシステムが共存するうえ、バッテリーの追加で、システムの占有容積と重量が大きくなること、熱となって失われるエネルギーが多く、効率が高くないことがデメリットとなる。この点を補うため、マイクロガスタービンと小型超高回転発電機を組み合わせたものが試作されている。また、マツダでは、軽量化に加え、エミッション低減のため、自社の技術を生かした水素ロータリーエンジンを使う試みもなされている。 

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