48ボルトの静かな台頭:マイルドハイブリッドはどうやってあらゆる場所に浸透したのか?

48ボルトのシステムはエンジンに代わるものではない.ブレーキのたびに回生するエネルギーだけで、燃料の静かな征服者となったのだ.
48ボルトのシステムはエンジンに代わるものではない.ブレーキのたびに回生するエネルギーだけで、燃料の静かな征服者となったのだ.

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マイルドハイブリッドは、内燃機関を補助するものの車単独では動かさない小型の電気モーターとバッテリーで構成されるハイブリッドシステムです.現在では典型的に 48ボルトの リチウムイオンバッテリーで作動するため、48Vシステムという名称で呼ばれています.フルハイブリッドと異なり電気のみでの走行はできず、その代わりにブレーキエネルギーを回収してエンジンを補助し、燃費を低減します.ディーゼルの衰退に伴い、ヨーロッパの自動車を排出ガス目標に到達させる上で最も一般的な技術となりました.

ハイライト

  • 初の量産48Vマイルドハイブリッドシステムは 2016年モデルのMercedes-Benz S-Classで初めて搭載されました.
  • 48Vアーキテクチャは、12Vと比較して 4倍の 高い電圧により、より多くの運動エネルギーの回収を可能にします.
  • 削減効果はトポロジーによって異なります.単純なP0ソリューションでは 最大15%、リアアクスルのP4では 最大25%です.
  • ヨーロッパにおけるマイルドハイブリッドのシェアは 2020年の8%から2021年には14%へ 上昇しました.
  • これまでに 450万台以上の 車両が48Vマシンを装備しており、年間生産量は1000万台を超えると見込まれています.

マイルドハイブリッドとは正確には何か、フルハイブリッドとの違いは?

マイルドハイブリッド (MHEV) とは、従来型のパワートレインに追加される小型の電気モーターとバッテリーのことです.電気モーターは通常、統合スタータージェネレーター (ISG) として構成されます.従来のスターターモーターの役割を担い、エンジンとトランスミッションの間、あるいはジェネレーターの位置に設置されます.その役割は内燃機関を補助すること、スタートストップ中にシステムへ途切れなく電力を供給すること、そしてブレーキング時にエネルギーを回収することです.電気モーターが車単独で動かすことは決してありません.

フルハイブリッドはそのようには機能しません.トヨタ式システムでは2つの動力源が一緒に、あるいは別々にトルクを発生でき、バッテリーは燃焼エンジンの一時的なバッファーの役割を果たし、車は短距離であれば完全に電気で走行できます.トヨタのハイブリッドは走行時間の 62% までゼロエミッションモードでの走行が可能です.一方マイルドハイブリッドでは、完全電動走行はまったく不可能か、大きく制限されています.この2者の間の根本的な技術的・商業的な違いはまさにここにあります.

なぜ48ボルトなのか?

最新の48Vマイルドハイブリッド車には2つの独立した電気システムがあります.従来の 12ボルトの システムはラジオ、ヘッドライト、パワーウィンドウなどの低電圧の電装品への給電を続け、DC/DCコンバーターがこの2つのシステムを接続します.48ボルトは12ボルトと比較して4倍の電圧を提供し、これは大幅に多くの運動エネルギーの回収を意味します.同時に48Vは人体にとって無害とされる電圧の限界を下回っているため、高電圧システム(黄色いケーブル、特別な絶縁、資格を持った技術者の必要性など)の安全上の負担を抱えません.

バッテリーのサイズもこの話の一部です.マイルドハイブリッドの容量は典型的に 0.5-1 kWh 程度です.フルハイブリッドは1.3～2 kWh、プラグインハイブリッドは10～20 kWhのバッテリーを搭載し、40～80 kmの電気走行距離を提供します.つまりマイルドハイブリッドは、ハイブリッドファミリーの中で最も軽量かつ低価格なメンバーであり、この軽さがコストと車両への搭載の柔軟性の両方を決めるのです.

48Vシステムはどこから来たのか: ハイブリッドの短い歴史

マイルドハイブリッドの発想は新しいものではありません.そのルーツはハイブリッド自動車そのものと同じくらい古くまでさかのぼります.フェルディナント・ポルシェが設計した ローナー・ポルシェ・エレクトロモービル 1900年パリ万国博覧会で発表され、 1901年にはローナー・ポルシェ・ミクステ・ハイブリッドが世界初のガソリン・電気ハイブリッド自動車となりました.当時の初期システムは直列ハイブリッド構成でした: ガソリンエンジンは車輪を駆動せず、ジェネレーターを回すだけでした.

現代における転換点となったのは、 1997年に日本で発売された トヨタ プリウス です: 世界初の量産ハイブリッド電気自動車ではありませんが、間違いなく最も成功したモデルです.プリウスに続くフルハイブリッドの波は、技術の成熟とコスト低下をもたらしました.マイルドハイブリッドは、この物語においてしばしば見過ごされる最後のつながりなのです.

初期のマイルドハイブリッドの試み

GMは、 2007年 モデルイヤーのシボレー・マリブ、サターン・オーラ、サターン・ヴューに 36ボルトの オルタネーター・スターターハイブリッドシステムを搭載しました.これらはフルハイブリッドではなく、電気のみでの走行は不可能でしたが、今日のマイルドハイブリッドの定義とまさに一致するアプローチでした.GMのBAS(ベルト駆動オルタネーター・スターター)システムは、ベルトを介してエンジンを始動する 14.5 kW のモータージェネレーターと36Vバッテリーを使用していました.EPAのデータによれば、 サターン・ヴュー グリーンラインは、ハイブリッドでないバージョンと比較して 27% 優れた複合燃費を実現しました.

トヨタもこの分野で試みを行いました: 2001年から2003年 にかけて クラウンを、続いて 2002年から2008年 にかけて クラウン セダンのマイルドハイブリッド版を日本で販売しました. 2004年にはフォルクスワーゲンが、上海で開催されたチャレンジ・ビブダムイベントに2台のマイルドハイブリッドコンセプトを出品しました.つまり48ボルト時代が幕を開ける前に、この発想はアメリカとアジアの両方で何度も試されていたのです.

メルセデス・ベンツの2016年の転換とヨーロッパでの標準化

48Vアーキテクチャをラグジュアリーセグメントの頂点から広めたのがメルセデス・ベンツでした. 2016年モデルイヤーには Sクラスに初のプラグインハイブリッド S550e セダンが追加されました.同じ世代から、Sクラスのモデルには9速オートマチックトランスミッションとともに48Vマイルドハイブリッドシステムの搭載が始まりました.Cクラスでは電気モーターがエンジンとトランスミッションの間に配置され、トランスミッションに約 15 kW (20 hp) の追加出力を与えます.このシステムは今日も進化を続けています: 2027年型SクラスS500は、マイルドハイブリッドの直列6気筒エンジンとISGを通じて 23 hp (17 kW) の追加出力を提供し、AMGモデルのマイルドハイブリッドユニットは最大201 hpのブーストを発生させることができます.

メルセデス以降、このシステムがヨーロッパ全体に広がることを決定づけたのは、技術的な好奇心ではなく規制の圧力でした.ディーゼルの衰退に伴い、48VマイルドハイブリッドはEUの厳しくなる排出ガス基準を満たすための手段として見なされるようになりました.ヨーロッパでの目標 2020年までは117 g CO2/km、その後は 95 g CO2/km と定められました.典型的な約15 kWの48Vモーターは、13〜22%のCO2削減をもたらします.これは、小型車が95 g/kmの目標を下回るための十分なマージンです.

各ブランドの採用の波

2017年 9月に発表された業界レポートは、VW、PSA、Volvoなどのブランドが、ディーゼルの後退に対応して48Vマイルドハイブリッドへ移行していたことを示していました.Renaultは、新型 Scenic で早くからの採用メーカーの一つでした.Volvoは、 2019年以降に全モデルを電動化するコミットメントを打ち出し、現在のVolvo車では小型の48Vバッテリーがガソリンエンジンを支援しますが、車両を動かすことはありません.ICCTのデータによると、欧州でのマイルドハイブリッドのシェアは 2020年に約8%、 2021年に約14% であり、わずか2年でほぼ倍増したシェアです.このシステムはEuro7の達成にも役立ちます.コールドスタート時に触媒コンバーターを予熱し、排出ピークを低減します.

今日、その規模は明確です.EUでは、マイルドハイブリッド化による 10 g CO2/km の削減は、約 950 €の排出罰金を回避できます.これは実質的にP0ソリューションのシステムコストを賄うものです.これまでに450万台以上の車両が48Vマシンを搭載され、2025年までに年間生産量が1,000万台を超えると予測されていました.

システムアーキテクチャ:P0からP4までのトポロジー

Motorun neresine yerleştirilen 48 volt ünite, arka aksta yüzde yirmi beşe varan destek ve geçici 4x4 yeteneği saniyeler içinde devreye alabiliyor.

マイルドハイブリッドシステムは、電気モーターのパワートレイン内の位置によって分類されます.その位置は、コストと達成可能な削減量の上限の両方を決定します.

トポロジー位置削減量備考
P0ベルト上、オルタネーターの位置最大15%最も低コスト
P1エンジンとトランスミッションの間-まれに使用されるだけで、複雑かつ高コスト
P2/P3トランスミッション内最大22%低速の電動走行が技術的には可能
P4リアアクスル最大25%一時的な4x4が可能、最も高いシステムコスト

トヨタ式フルハイブリッドとの比較:違いはどれほど大きいか?

2つのシステムを並べて比較すると、マイルドハイブリッドとは実際に何であるかが最も明確にわかります.フルハイブリッドは、バッテリーをエンジンへの一時的なバッファとして使用し、短距離を電気だけで走行できる構造です.一方、マイルドハイブリッドはあくまで支援のみを行うパワーレイヤーです.

項目マイルドハイブリッド (48V)フルハイブリッド (トヨタ式)
電気のみでの走行不可可、短距離のみ
バッテリー容量約0.5〜1 kWh1.3〜2 kWh
動作原理エンジンを支援する2つの動力源が協調動作可能
高電圧の安全要件不要必要
導入コストより低いより高い

商業的な面でマイルドハイブリッドの利点は価格です.多くの場合、フルハイブリッドよりも安く購入できます.しかし、燃料節約がその代償を上回るかどうかは車両ごとに明確ではなく、ハイブリッド非搭載モデルとの比較では計算が常に成立するとは限らず、燃料価格の変動が結果に直接影響します.

批判: 本物のハイブリッドか、グリーンウォッシングか?

マイルドハイブリッドの台頭には疑問の声もないわけではない.一部の自動車ジャーナリストは、MHEVをハイブリッドや電気自動車として分類することに疑問を呈しており、排出削減がわずかであることや、マーケティングがグリーンウォッシングの性質を帯びている可能性を指摘している.批判の核心はシンプルだ: エンジン単独で車を動かすことのできないシステムにハイブリッドのラベルを使うと、買い手にフルハイブリッドの期待を抱かせてしまうかもしれないということだ.燃費の節減率は測定方法や認証基準によって変わるものの、比較可能なモデルと比べて 0.4-1.7 km/l、つまり 2-8% の範囲にとどまることもある.コンポーネントメーカーが主張する15-25%の上位帯に近づけるのは先進的なトポロジー(P2、P4)のみであり、これらの数値の一部はメーカー自身の測定によるものである.

反対側の主張も測定可能なものだ.約 150,000 km の寿命にわたり、48Vシステムは1,500リットル以上の燃料、約 4トンのCO2 、そして最低でも 2,000 € の節減をもたらす.より広い視点で見ると、2040年までに生産される10億台の内燃機関車に48Vを搭載すれば、最低でも 20億トン のCO2を削減できると計算されている.正しい答えはおそらくその中間だろう: マイルドハイブリッドは革命ではないが、規制の急な階段における、合理的なコストで役目を果たす一段階なのである.

2026年におけるマイルドハイブリッドの位置づけ

テクノロジーはエントリーレベルの域をはるかに超えました.2027年型S-Class S500は、マイルドハイブリッドの直列6気筒エンジンにより 442 hp のパワーと 0-60 mph加速4.3秒 のパフォーマンスを発揮します.ポルシェは 911 Carrera GTS T-Hybrid で電動支援ターボをパフォーマンスの世界に持ち込みました.現代1.6ディーゼルのようなディーゼルマイルドハイブリッドも存在し、2021年型 Range Rover Sport D350 はその道筋の例の一つです.市場予測によれば、欧州のマイルドハイブリッド市場は2026年に1,020億ドル規模に達し、2031年に向けて成長を続ける見込みです.調査機関によって数字は異なりますが、方向性は同じです.マイルドハイブリッドは、ハイブリッドの歴史において最も語られることのない、しかし最も広く普及したつながりの環として、その道を歩み続けています.

参考資料