多様化する電動化技術（上）：コンチネンタルの48Vハイブリッド

 本レポートは、2016年1月に開催されたオートモーティブワールド2016におけるコンチネンタル社（Continental AG）の講演を中心に、同社の48Vスタータ・ジェネレータを搭載するハイブリッドシステムについて報告する。さらに日産とホンダの電動化戦略について、別途報告する予定。

 各国・地域で燃費・CO2排出量の規制が強化されている。これに対応するためには、内燃エンジンの改善だけでは限界があり、いくつかのタイプの電動化が進む見込み。今後、特にPlug-in Hybridと48V電源を持つマイルドハイブリッドが拡大すると見られている。

 2016年に、Continental製の48Vマイルドハイブリッドシステム（同社は48V Eco Drive Systemと呼ぶ）を搭載する 2 モデルが欧州で発売され、次いで2017～18年に米国と中国で発売される。

 さらにContinentalは、48Vシステムを進化させたSide mounted Starter Generatorを2020年頃に、またInline Starter Generatorを2025年頃に投入する計画。BoschとValeoも同様のシステムを発表している。（詳細は後出）

 48Vハイブリッドシステムについては、2011年にドイツ5社（Audi、VW、Porsche、Daimler、BMW）が、48V電源の共通仕様を策定することで合意し、さらに2013年に規格「LV148」を決定し部品メーカーに協力を求めたことから、48V対応の要素技術が整いつつある。EVやフルハイブリッドと比べて自動車メーカーが大きな開発工数を割くことなく、部品メーカーが提案できる体制になった。

 主な構成部品は、ベルト駆動のスターター兼ジェネレーター（Belt Starter Generator）、48V電源となるリチウムイオン電池、48Vから12Vに電力を変換する DC/DCコンバーターである。60Vを超えると、安全基準が厳しくなるため、それに抵触しない48Vを採用している。

ContinentalとSchaefflerが共同で開発した48Vハイブリッド試作車、ベース車両はFord Focus。燃費をベース車対比で17%向上させ、また排ガスはEuro6に適合する （写真：Schaeffler）

48V Eco Drive systemのメリットのイメージ （写真：Continental）

 

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 各国・地域での燃費・CO2排出量規制の強化が進んでいる。最も厳しい欧州では、乗用車のCO2排出量を、2015年の130g/kmから、2020/2021年には95g/kmに削減することを求めている。

2020年以降の、乗用車のCO2排出量規制値

資料：ICCT (The International Council of Clean Transportation) （注）EUでは、2020年に販売される新車の95%のフリート平均が、また2021年に販売される新車（100%）のフリート平均が95g/kmを満たすことを求めている。なお、2015年規制値は130g/km。

 次の表は、Continentalが想定する、欧州での2013年のCO2排出量127g/kmを2020年95g/kmに低減する手段を示す。緑の背景の部分が電動化による効果で、11～14g/kmの効果を見込んでいる。

EU：2020年にCO2排出量95g/kmを目指す手段

 Continentalは、48V Mild Hybrid車が2020年に世界で400万台になると予測している。2020年頃から、量産によるコストダウンが進み、より本格的な拡大期を迎え、2025年には1,300万台が48Vシステムを搭載すると予測している。

資料：Continental

 下記の表は、世界市場で電動化の各システムがどのセグメントに普及するかについてのContinentalの予測を示す。

 48V Mild Hybrid Systemは、2020/2021年に95g/kmの規制値が実施される欧州でいち早く普及する見込み。欧州ではB～Eセグメントに幅広く採用されるが、特に販売台数の多いcompactとmidsize（ほぼ下表のB/C/Dセグメントを指すと思われる）セグメントは、低コストでの電動化が必要で、需要が強いと予測している。

 また、パワートレインを中心としたエンジニアリング・サービスを提供するAVLによると、48Vシステムは欧州と中国で採用が拡大し、両地域ではMild Hybridのほぼ100%が48Vを採用すると予測している。中国以外の新興国市場でも普及する可能性が高い。一方日本では、今後ともFull Hybridと12VベースのMild Hybridが拡大するが、48Vシステムの採用は進まないと見られている。

 欧州自動車メーカーは、48V Hybrid以外では、D/Eセグメント車のPHV化に注力している。D/Eセグメント車は車両重量が重くCO2排出量の大きいモデルが多い。各OEMは、利益率が高いD/Eセグメント車の販売を続けたいと考えており、そのためにはPHV化が有効。PHVには、CO2排出量の算出で1台が複数台にカウントされるスーパークレジットもある。またD/Eセグメント車では、PHV化のコストを車両価格に上乗せすることも可能で、ドイツ各社はPHVを積極的に投入していく計画。

 なお、欧州では高速走行が多いため、PHV以外のFull Hybridの普及は限定的と見られている。

セグメント毎に最適な電動化システム

 48Vハイブリッドシステムは、トルクアシストや減速時のブレーキエネルギー回収で燃費を向上させることはこれまでのハイブリッドシステムと同じだが、フルハイブリッドに比べ低価格（1,000ユーロ前後とされる）で多くのメリットを享受できる。

 また、48V電源とモーターを持つことにより、補機部品の48V化、エンジンを効率のよい状態で回転させながら実走行での十分な仕事をさせたり、また触媒を加熱して冷間始動時のHC排出量を削減することなども可能になる。電動スーパーチャージャー搭載も普及する見込み。

48Vシステムのメリット

（注）ContinentalのBSGシステムは、水冷式と誘導モーターの採用が特徴。水冷式により、高い信頼性を確保し、空冷式のように配置場所を選ぶことがない。また永久磁石を使用しない誘導モーター採用により、コストを抑えた。

48Vシステムのエンジンへのサポート

（注）WLTCは、Worldwide harmonized light duty driving test cycleの略で、国際連合の自動車基準調和世界フォーラム（WP29）内の作業部会で2009年から検討してきた、排ガスと燃費の試験方法を世界で統一する試み。日本も採用する方向で検討している。現行の試験方法より、最近の実走行状況をよりよく反映するものとなる。

 2016年に導入される48Vシステムは、現在の12V Starter Generatorを48V用システムに置き換えた構造で、Continentalは、車両側の大きな設計変更は必要ないとしている。

 さらにContinentalはSchaefflerと共同で、エンジンとトランスミッションの間にStarter Generatorを配置するSide mounted Starter Generatorのプロトタイプ車（ベース車はFord Focus 1000cc EcoBoostエンジンと6MT搭載車）を開発し、2014年に発表した（ベルト駆動方式は踏襲する）。プロトタイプ車は、CO2排出量を114g/kmから94.6g/kmへ17%向上させ、排ガスをEuro5レベルからEuro6レベルに向上させた。2020年頃から量産を開始する。

 また、ベルトを廃止しクランクシャフト軸上にStarter Generatorを配置するInline Starter Generatorを開発し、2025年頃から量産を開始するとしている。

Continentalが計画する、48Vシステムの3つのArchitectureと、 それぞれの燃費節減効果。なお、13%の燃費向上は Start-Stopを搭載しない車両との比較 （写真：Continental）

ContinentalとSchaefflerが共同で2015年9月のIAAに出展したSide mounted Belt Starter Generator。写真左奥がStarter Generator、右手前がクランクシャフト軸と2枚のクラッチ。その間に、両者を連結するベルトも見える。（写真：Continental）

48Vの3タイプのArchitecture

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