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EV時代の先駆的なパワートレイン。「無駄にしない、したくない」
約150kWの出力を備えた『VISION EQXX』の超効率的な電動パワートレイン（バッテリーから電気駆動ユニット、ホイールまでを網羅する）は、並外れた長距離ランナーを支えるパワーとスタミナを提供する。エンジニアチームは、非常に明確で具体的な一連の目標を課され、効率、エネルギー密度、軽量エンジニアリングの世界最高の組み合わせを備えた電動パワートレインを製作した。その目標は95％の効率。バッテリーからのエネルギーの最大95％がホイールに到達する。最も効率的なICEパワートレインの30％と比較すると、その高効率が際立つ。
この超高効率の実現に一役買ったのは、ブリックスワース（イギリス）にあるメルセデスAMG高性能パワートレイン（HPP）のF1エキスパートだ。メルセデス・ベンツのR＆Dチームは彼らと協力してパワートレインを再設計。システムの損失を削減した。メルセデス・ベンツの電動パワートレインシステム担当チーフエンジニアのエヴァ・グライナーは以下のように説明した。
「効率を改善するための最良の方法の1つは、損失を減らすことです。私たちはシステムの設計、材料の選択、潤滑、熱管理を通じてエネルギー消費と損失を削減するために、システムのあらゆる部分に取り組みました。私たちの素晴らしいシミュレーションツールは、何が機能し、何が機能しないかを素早く見つけるのに役立ちました」
『VISION EQXX』の電動パワートレインユニットは、新世代の炭化ケイ素を特徴とする電気モーター、トランスミッション、パワーエレクトロニクスで構成される専用ユニットである。パワーエレクトロニクスユニットは、次のメルセデスAMGプロジェクトONEハイパーカーのものに基づいている。
HPPとのコラボレーションによる最高のバッテリー開発
メルセデス・ベンツとHPPのチームは、バッテリーサイズを大きくするのではなく、『VISION EQXX』用に新たなバッテリーパックを開発。400 Wh / lに近いエネルギー密度を実現した。この値が100kWhに迫るエネルギーを備えたバッテリーパックをコンパクトな車体に収めることを可能にした。HPPの先端技術ディレクターであるアダム・オールソップ氏は以下のように述べた。
「『EQS』のエネルギーをコンパクトカーの車両寸法に適合させました。バッテリーのエネルギー量はほぼ同じですが、サイズが半分で30％軽量。損失の削減に絶対的な焦点を当てて、バッテリー管理システムとパワーエレクトロニクスを設計しました。この効率を達成することで、将来の開発プログラムに活用できる多くの事柄を学びました」
エネルギー密度の大幅な増加には、アノードの化学的性質の大幅な進歩が寄与している。より高いシリコン含有量と高度な組成は、一般的なアノードよりも多くのエネルギーを保持できることを意味する。高エネルギー密度化に貢献したもう一つの機能は、バッテリーパックへの高度な統合である。メルセデス・ベンツR＆DとHPPが共同開発したこのプラットフォームは、セル用のスペースを増大させ、システム重量を軽量化させた。OneBoxと呼ばれる電気および電子（EE）コンポーネント用の独立したコンパートメントもまた、セル用のスペースを増大させ、それと同時に着脱作業にもメリットを与えた。OneBoxにはエネルギー効率の高い新たな安全装置も組み込まれている。
バッテリー開発チームは技術的実現可能性の限界を押し上げる任務を負い、極めて高い電圧で実験を行った。電圧を900ボルト以上に上げることは、パワーエレクトロニクスの開発に非常に有用な研究である。これによりチームは大量の貴重なデータを収集し、将来の量産化におけるメリットと影響を評価している。
また軽量な蓋は、HPPとメルセデスグランプリのシャーシパートナーによって共同設計された。その素材はサトウキビ廃棄物に由来するユニークかつ持続可能な複合材料でできている。そしてフォーミュラ1で使用されているように、炭素繊維で補強されている。バッテリーはアクティブセルバランシングも備えている。この高エネルギー密度を実現したバッテリーの重量はOneBoxを含めて約495kgである。
熱を奪う——革新的な熱管理システム
『VISION EQXX』は高度な熱管理システムを搭載している。一方では熱エネルギーを維持し、他方では冷却抵抗を大幅に低減する。どちらも最大の効率に貢献する。
メルセデス・ベンツの「オンデマンド冷却」という概念は、一般的な状況に基づいた最適な冷却だけでなく、『VISIONEQXX』用に開発された。電動パワートレインユニットの並外れた効率は、それが最小限の排熱しか発生しないことを意味する。これにより熱管理システムを非常に小型かつ軽量に保つことができた。入念に設計されたエアロシャッター、クーラントバルブ、ウォーターポンプの相互作用により、パワーエレクトロニクス、電気モーター、トランスミッションで構成される電動パワートレインユニットは、最小のエネルギーコストで最も効率的な温度バランスを維持する。技術的には、このシステムは革新的な気流管理システムと冷却プレートを組み合わせたものである。
クーリングプレートは車両フロアに設置されており、『VISIONEQXX』の下側を流れる空気を利用する。これは電動パワートレインユニットを通常の状態で冷たく保つための最も空力的に効率的な方法である。また車両が最も空力的なモードでは、約20km余分な航続距離を獲得できる。
暑いとき、あるいは運転スタイルが”元気”なときには、冷却システムはノッチを上げる。『VISION EQXX』の前面で通常は閉じているシャッターは、物が熱くなると開き、エアガイドのシステムに沿って追加の冷却空気を送り込む。これらのエアガイドのインレットはフロントバンパーの最高圧力ゾーンに沿って巧妙に配置されている。出口はボンネットの上部に沿った低圧ゾーンに配置されている。
この「オンデマンド冷却」アプローチのメリットは、シャッターが開いているときに抗力係数に7ポイント（0.007）しか追加されないことである。停車時に冷却する場合はバックアップ冷却ファンが作動する（熱効率モード）。
熱を維持する——ヒートポンプが周囲の熱と排熱を最大限に活用する
『VISION EQXX』の革新的なヒートポンプは、ドライブシステムと外気から発生する熱を吸収してキャビンを快適に保つ。このマルチソースヒートポンプは、パワートレインからの排熱を回収して、周囲の空気から熱を引き出す外部熱交換器を備えている。これはキャビンを素早く加熱するのに特に便利であり、低温時に非常に効果的である。そして熱の最後のカロリーをすべて搾り出すために、湿った周囲の空気を除湿するときには、蒸発器エンタルピーを使用する。これは空気中の水蒸気が気体から水に状態を変えるときに熱として放出される潜熱である。
太陽光発電も活用する
『VISION EQXX』ではルーフに117個のソーラーセルを搭載している。これはヨーロッパ最大の太陽エネルギー研究所であるフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所ISEとの共同開発品である。高電圧システムのエネルギー消費を減らすことで航続距離の拡大を実現する。理想的な条件下では、このソーラーセルにより最大25kmの距離が追加される可能性がある。
太陽エネルギーは軽量リン酸鉄リチウム電池に蓄えられ、ブロワー、照明、インフォテインメントシステム、その他の付属品に電気を供給する。メルセデス・ベンツとフラウンホーファー研究所は、太陽光発電を使用した高電圧システム充電にも取り組んでいる。
空力を追求した設計
空気抵抗は航続距離に大きな影響を与える。通常の長距離ドライブでは、一般的なEVはバッテリー容量のほぼ3分の2を前方の空気の通過に使用する。『VISON EQXX』の抗力係数は0.17である。ダイムラーAGとメルセデス・ベンツAGのチーフデザインオフィサーであるゴーデン・ワグナー氏は以下のように説明する。
「デザイナーとして、私たちは常にテクノロジーと美学の観点から考えています。『VISION EQXX』の空気力学は、テクノロジーと美学の融合を体現しています。私たちは美しさと効率を組み合わせた見事なプロポーションを具現化しました。ボディフローは革新的な空気力学を実現しています。それと同時に美しいという事実は、空気力学の専門家と緊密に協力して作業している私たち設計チームのスキルを証明しています」
メルセデス・ベンツは1937年の『W125』、1938年の『540K Streamliner』から1970年代の『Concept C111』まで、クラスをリードする空気力学を備えた見事なデザインを実現してきた長い伝統を有している。もう1つの代表的な例は2015年のコンセプト『IAA』であり、これが『VISION EQXX』にインスピレーションを与えた。
パッシブおよびアクティブな空力機能を美しいエクステリアに統合するために、膨大な作業が行われた。高度なデジタルモデリング技術を使用して、これを驚くほど短期間に達成した。空気力学の責任者は以下のように述べた。
「通常は形状を完成させるのに約1年かかります。『VISION EQXX』は、その半分以下でした。臨機応変な工程と成熟したデジタルツールにより意思決定が迅速になり、作業がはるかに簡単になりました。また必要なモデルと、風洞での作業時間も少なくて済みました」
『VISION EQXX』のエクステリアは正面からスムーズに動き、後輪のアーチの上にパワフルでありながら官能的なショルダーを生み出す。この自然な流れはリアライトクラスターによって中断されたグロスブラックのエンドトリムによって強調された、空気力学的に有効なティアオフエッジで形作られている。
ボディは滑らかなドームを支え、水滴のように後方に向かって優雅に流れる。格納式のリアディフューザーはデザイン、空気力学、エンジニアリングのコラボレーションの象徴である。空気がタフな敵になったときに限り高速で展開する。収納するとボディワークにシームレスにフィットして、リアエンドのバランス、プロポーション、軽快なエクステリアを維持する。
『VISION EQXX』には、視覚的には目立たないものの、重要なアクティブおよびパッシブの空力ディテールが幾つかが存在している。例えば、後部のトラックが前部よりも50mm短い。もう一つはフロントバンパーのエアカーテン/エアブリーザー。この独創的なレイアウトはホイールカバーと組み合わせて、前輪からの空力的分離を除去する。そして空気経路はボンネット上に追加の冷却空気を導き、必要に応じて冷却シャッターを開く。これによりミラー周辺の抵抗が減少して全体の抵抗を減少させる。
効率的なホイールとタイヤ——転がり抵抗と空気力学を最適化
タイヤに関しては、メルセデス・ベンツのエンジニアはブリヂストンと協力した。ブリヂストンの『Turanza Eco』タイヤを、軽量で環境に優しいENLITEN（筆者注；ブリヂストンが開発した環境性能と運動性能を両立するタイヤ技術）と超低転がり抵抗を可能にする論理技術と組み合わせて利用した。
このタイヤは20インチ軽量鍛造マグネシウムホイールに取り付けられたカバーと一致するように空気力学的に最適化されたサイドウォールを備えている。これらのカバーの半透明のダブルスポークデザインは、すべての空力要件を満たし、同時にホイールを飾るローズゴールドのアクセントのビューを与えられている。