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トヨタ・プリウスがデビュー20年。プリウスが切り拓いたバッテリー進化の歴史

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欧州でいわれるクルマの「EVシフト」は、電気自動車だけになるという意味ではなく、部分的にも電気で動く「電動車」を対象としているという見方もあります。つまり、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車をひっくるめたEVにシフトしようというトレンドです。

ハイブリッドまで含めると、世界中で売れている電動車の43%(2016年実績)を占めるメーカーが日本にあることに気付くでしょう。プリウスやアクアといったハイブリッドカーで知られるトヨタ自動車です。なにしろ、初代プリウスのデビューは1997年。それから20年でトヨタが販売してきた「電動車」は1100万台以上と圧倒的です。

そして、電動化の肝となるモーター、バッテリー、パワーコントロールユニットといったシステムは、プリウスによって進化してきたといっても過言ではありません。今回、トヨタが開いた「電動化技術説明会」において、プリウスの歴代ユニットが一堂に集められました。その中でも驚かされるのはバッテリーの進化です。

会場には初代プリウスから現行プリウス(4代目)まで、搭載されたバッテリーがズラリと並べられていました。進化のポイントは、軽量化と容積の減少です。以下に各モデルに搭載されたバッテリーの、電圧(V)、電力量(kWh)、容積(L)、重量(kg)、セル数を記してみましょう。

初代(前期)ニッケル水素電池:288V 1.8kWh 95L 74kg 240セル
2代目・3代目ニッケル水素電池:202V 1.3kWh 37L 39kg 168セル
4代目ニッケル水素電池:202V 1.3kWh 35L 40kg 168セル
4代目リチウムイオン電池:207V 0.8kWh 30L 25kg 56セル

初代の前期型では単一電池サイズのセルを6本並べたものを40個組み合わせるというものでしたが、初代後期型から現行型までは角型モジュールを使うことで搭載時のスペースを大きく減少させることに成功しました。上の数字を見ればわかるようにバッテリー容積は6割以上も低減しています。その角型モジュール(ニッケル水素電池)は、2代目になるときに側面にアルミラミネートを設置、放熱性や水素透過防止の能力を進化させています。加えて、電極材料のアップデートも行なわれています。その成果として、2代目では入出力性能を向上、4代目では充電性能を引き上げるなどしています。

さらに2代目では昇圧コンバータを使う「THS2」に進化したことで、バッテリー電圧よりも高いシステム電圧が可能になっています。これもパフォーマンスに対して軽量コンパクトなバッテリーと進化するためには欠かせないポイントです。つまり、「小型、軽量、高入出力」の3つがハイブリッド用バッテリーの技術ポイントといえるのです。

バッテリーコントロールユニット(BCU)の最適設計による小型化も、バッテリーパックをコンパクトにするには効いています。初代・前期型では2388cm3だったBCUは、3代目で280cm3まで小型化したのです。現行のリチウムイオン用でも652cm3と、かなりコンパクト。

なお、BCUはバッテリーのコンディションも管理しています。ニッケル水素電池用のBCUは12セルをひと単位として、リチウムイオン電池用はセルごとに管理しています。すなわち、初代・前期のBCUは20chで、2代目以降のニッケル水素電池用BCUは14ch、そして現行型のリチウムイオン電池用BCUは56chとなっているわけです。

ハイブリッドと電気自動車ではバッテリーに求められる特性が異なるので、プリウス20年の経験がそのまま活かせるとはいえませんが、BCUでのノウハウなどハイブリッドで鍛えてきた技術力は、EVシフトに対応する原動力となりそうです。

(山本晋也)

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https://clicccar.com/2017/11/29/535966/

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