(トヨタ自動車㈱)
図1電気パワー動カシステムの仕組み
これに対して、ハイブリッド車の電池の使い方は決められた上下限の範囲の中で充電、放電の繰り返しになります。すなわち、図3のように電池の充電レベルを目標値に常に近づけるように制御されます。加速など電池のパワーを使うときは目標値より低めになり、ブレーキを踏んだり(制動)、坂道を下ったりするエネルギー回生状態では電池を充電します。充電状態は目標値より高めになりますが、電気自動車のように満充電にはしません。したがって走行中頻繁に充電放電を繰り返しても過充電反応を起こしませんので、電池が長寿命になるように制御されています。これをたとえれば、「規則正しく腹八分目の食事法」により長寿を得るといったところでしょうか。
図2電池の使い方の違い
ちなみに電気自動車、ハイブリッド自動車の組電池(電池パック)の電圧は、電気自動車のRAV4EVが288V(電池240セル/40モジュール)、プリウスでは273V(228セル/38モジュール)、エステイマHVは216V(180セル/30モジュール)となっています。このように電圧を高く設計する理由は、電気回路に流れる電流(I)の低減です。電流を下げることにより、電池の内部抵抗、配線、モーターの巻線の抵抗(R)で発生するジュール熱損失(RI2)を減らすことができます。つまり燃費を良くするためには電圧を高くする必要があるというわけです。
電池パックを設計する上で大事なポイントとして、電池の冷却設計があります。電池の使い方で触れたように、電池パックは多数個のモジュール電池を直列接続して使います。一般に充放電を繰り返すと、電池が発熱し、温度が上昇します。ニッケル水素電池、リチウムイオン電池では温度が上がってくると、充電効率が低下します。これを防止するため、電池を適温にするための冷却が必要です。また、過充電領域に入らないように電流を制限し発熱を抑えます。電池冷却は、一般に空冷方式が多く用いられます。
電池の充電管理の精度を保つためには一つ一つの電池の温度をできるだけ均一にする必要があります。電池冷却設計ではこの点に細心の注意を払います。このため電池制御システムとして、電池の電圧、電流のほか温度を測定し、制御コンピュータで電池をどれだけ使ってよいかを監視制御しています(図5)。電池の状態に応じて、走行に使える電力、充電可能な電力を判定し、車両全体の走行システムで制御しています。
電池技術は大変奥行きの深い分野でわずかな紙面でとても話し尽くすことはできませんでしたが、電池設計のポイントが多少なりともおわかりいただけたでしょうか？ハイブリッド自動車の普及促進のカギとなる電池、その課題はもっと使いやすい安価な電池の開発、たゆまぬ改良と言えます。さて次回はモーター、インバーターの技術についてご紹介したいと思います。
図3ハイブリッド自動車の電池の使い方
図４ プリウスの電池パックと電池モジュール
図５ 電池制御システム