アウディ、次世代ハイブリッドシステム「MHEV plus」をドイツ市場向け「A5/Q5」に新搭載

アウディは、ドイツ市場向けに新しいMHEV plusテクノロジーを採用した初の内燃エンジンを搭載する、PPC(プレミアムプラットフォームコンバッション)をベースとする新型A5およびQ5シリーズを市場に投入している。PTG(パワートレインジェネレーター)、BAS(ベルト駆動式オルタネータースターター)、リン酸鉄リチウム電池のユニークな連携により、48ボルトのマイルドハイブリッドシステムは内燃エンジンをサポートし、炭素排出量を削減するとともに、パフォーマンスと軽快感を同時に向上させる。

MHEV plusテクノロジー

MHEV plusは、部分的な電動走行や電動ブースト、大幅な効率性と快適性の向上といった魅力的な機能を搭載している。新型A5およびQ5に搭載されるマイルドハイブリッドシステムは、主に以下の3つの主要コンポーネントで構成される。まず、コンパクトに設計された統合型パワーエレクトロニクスと永久磁石同期モーターを搭載した新しいPTG、そして48ボルトバッテリーとBASです。48ボルトシステムのコンポーネントは液冷方式が採用されている。完全に連結または切り離しが可能なPTGは、統合型パワーエレクトロニクスと電動モーターを備えており、部分的な電動走行を可能にする。このシステムにより、燃料消費が抑えられ、さらにスムーズな運転体験が提供される。

MHEV plusシステムのアーキテクチャは、PPCをベースとする前輪駆動およびquattro四輪駆動のさまざまなモデルに統合することができる。パワーエレクトロニクスや電動モーターが、状況に応じた液冷方式をとることにより、すべての運転状況において必要な出力とトルクを発揮して、システムを最適な状態で稼働させることができる。新しいMHEV plusテクノロジーは、電動のみでの走行や内燃エンジンのサポートすることも可能。

PTG(パワートレインジェネレーター)

MHEV plusシステムのもう一つの大きな利点は、性能と乗り心地を向上させることにある。PTGはこの新しいシステムで採用された、コンパクトでありながら強力な電動駆動モジュールだ。PTGはトランスミッションの出力軸に直接取り付けられた統合型パワーエレクトロニクスを備えたコンパクトなユニットとして取り付けられ、最大18kW(24PS)の電力を駆動に供給する。このモジュールは、トランスミッションの出力で、最大230 Nmのトルクを発生させ、車両始動時から駆動トルクとして直接利用することが可能だ。PTGのコンパクトなトランスミッションは、3.6:1のギア比で動作する。MHEV plusは、最高140 km/hの速度までPTGを活用して最大限の効率化を行う。それ以上の速度域に入ると、PTGは内蔵のドッグクラッチを介して駆動系から切り離される。

PTGの重量は約21kgで、出力シャフトで最大5,550回転/分に達します。これにより、モデルや駆動バリエーションによって、130~140 km/hの速度に対応します。

0 km/hから最高140 km/hの速度域では、PTGが内燃エンジンをサポート。これにより、MHEV plusは最大18 kWの追加電力を提供し、内燃エンジンが可能な限り効率的に動作できるようになる。この速度域から車両が停止する際には、回生ブレーキを通じてPTGは最大25 kWのエネルギーを回生する。統合型のブレンディング対応ブレーキ制御システムにより、通常は摩擦ブレーキを使用することなく、圧力をかけないブレーキと最適な回生ブレーキを実現する。また、電動エアコンプレッサーのおかげで、MHEV plusは信号待ちなど内燃エンジンが停止中でもエアコンシステムを継続的に作動させることが可能。

BAS(ベルト駆動式オルタネータースターター)

MHEV plusテクノロジーの一部として、BASはエンジンの始動やバッテリーへの電力供給を行う。BASはエンジン停止中にエネルギーを回収し、再始動時に最適なシリンダー位置を確保する役割も果たす。リチウムイオンバッテリーは、LFP(リン酸鉄リチウム)を使用しており、約1.7 kWh(総容量)に相当する37 Ahの容量を持っている。このバッテリーは25度から60度の範囲で最適な条件を維持できる低温水冷回路に統合されている。

洗練されたMHEV plusのオペレーション戦略

ハイブリッドシステムでは、バッテリーのSoC(充電率)が50~60%である状態が最も効率的であるとされている。このSoCでは、電動モーターに高い電流を供給するとともに、エネルギー回生中に高い電流を蓄えることが可能だ。このMHEV plusハイブリッドシステムの目的は、電動走行距離ではなく、バッテリーを素早く放電・充電するサイクルにある。

MHEV plusテクノロジーでは、制御ソフトウェアが車両の動作状態をモニタリングし、内燃エンジン、PTG、BASの最適な相互作用を実現する。同様の目的のために、2つの電動モーターの最適な使用条件や、駆動またはエネルギー回生のために必要なトルクの最適値が設定されている。

オペレーション戦略は、選択されたトランスミッションモードやアクセルペダルの操作量を考慮しています。例えば、走行モード「D」では、PTGによる最大18 kWの追加電力が、アクセルペダルの約80%以上、またはキックダウン時にのみ発生する。一方、走行モード「S」では、アクセルペダルの踏み込み量が少ない段階から18 kWの追加電力を利用可能だ。Dモードでは、高速道路や郊外の道路を内燃エンジンで一定速度で走行する際に、PTGの電動モーターでの電力損失を防ぐため、85 km/h以上でPTGを切り離すことができる。しかしSモードでは、最大許容回転数が5,550 rpmに達するまで、PTGは常に接続された状態を維持し、あらゆる状況に即座に反応する。

SoC応じた稼働オペレーション

MHEV plusを搭載したモデルは、市街地に近づくときなど、完全に電動走行が可能で、PTGを活用して速度を維持する。運転者やACC(アダプティブクルーズコントロール)が必要とする出力が一定の値を超えると、内燃エンジンが始動し、駆動力を引き継ぐ。始動条件は、48ボルトバッテリーのSoCと車両の速度によって決まる。

SoCがターゲットSoCを下回った場合は、内燃エンジンがより早く始動。これは、電動走行によってエネルギー消費を増やし、SoCをさらに低下することを防ぐためだ。また、内燃エンジンはBASとPTGを組み合わせて、必要に応じてSoCを上げる、すなわち、充電することができる。但し、渋滞時の低速走行または駐車の場合など、電動操作の際には該当せず、ターゲットSoCよりはるかに低い状態でも維持される。

一方、SoCがターゲットSoCを超えている状態では、内燃エンジンは遅れて始動する。より多くの出力が要求されるタイミングで始動し、48ボルトバッテリーがターゲットSoCレベルまで意図的に放電し、エネルギー回収フェーズで十分なエネルギーを吸収できる状態が確保される。また、車両の速度が上がるにつれて、内燃エンジンが出力を要求する条件が早くなる。つまり、速度が上がるほど、内燃エンジンで走行する割合が増える。

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