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パワートレインの電動化 テクノロジーの現状と展望 Wolf
2009 年 6 月 RF047 パワートレインの電動化 テクノロジーの現状と展望 Wolf-Henning Scheider（ヴォルフ-ヘニング・シャイダー） ガソリンシステム事業部長 ロバート・ボッシュ GmbH 第 59 回オートモーティブ・プレス・ブリーフィングのためのプレゼン テーション 2009 年 6 月、ボクスベルグ Robert Bosch GmbH Postfach 10 60 50 70049 Stuttgart Corporate Communications E-Mail [email protected] Telefon: 0711 811‒ Telefax: 0711 811‒ Leitung: Uta-Micaela Dürig Presse-Forum: www.bosch-presse.de ご来場の皆さま 自動車におけるディーゼルエンジンとガソリンエンジンの優勢は、今後 20 年以上続くと考えられます。とはいえこれらのエンジンは、より経済的にな っていくでしょう。私たちは、ディーゼルエンジンでもガソリンエンジンでも、 燃費を 25∼30％カットできると考えています。小型から中型の標準的量 産車なら、数年以内にわずか 3 リッターで 100 キロメートル走行できるよう になります。しかし、化石燃料は有限です。したがって私たちは化石燃料 駆動車に代わる車を考えなければなりません。私たちがボッシュの燃料噴 射システムをエタノールやバイオ燃料、合成燃料などの代替燃料に対応さ せているのはそのためなのです。ボッシュはまた、未来の車の効率性を高 めてCO2排出量を減らす、パワートレインの電動化にもさらに力を注いで います。未来の車は、再生可能な資源をもとに発電した電気で駆動される 場合に格段にエコフレンドリーとなります。今後数年で、ドライブトレイン技 術の幅は大きく広がるでしょう。 パワートレイン電動化において、現在ボッシュが中心に開発しているのは ハイブリッドエンジン、純粋な電気駆動、そしてレンジエクステンダー（航続 距離延長装置）です。レンジエクステンダーは小型の燃焼エンジンで、発 電機を駆動して長距離走行の際にバッテリーを充電します。そしてこのバ ッテリーがエネルギーを電気モータに供給します。これらのテクノロジーの 他に、私たちはエネルギー変換器としての燃料電池開発も進めています。 パワートレイン電動化はますます重要になりつつあります。その理由として、 電気モータが車両を駆動する手段として最も効率的であることが挙げられ ます。従来の燃焼エンジンでは、1 キロワット時のエネルギーで 1.5∼2.5 キロメートル走行することができます。ディーゼルエンジンと電気モータを 組み合わせたディーゼルハイブリッド車でさえ、同等エネルギーで走れる 最大走行距離は 3.2 キロメーターです。それにひきかえ、電気モータ搭載 車では同じ 1 キロワット時のエネルギーで 6.5 キロメートルも走行できます。 2 von 10 このことから、遠い将来には電気自動車が主流になると私たちは考えてい ます。 電気自動車が普及して普通に道路を走る光景を目にするまでにどのくらい の年月を要するかは、多くの要因によって変わってくるでしょう。重要な問 題の 1 つは、コストと容量の点で優れたリチウムイオンバッテリーがどう展 開していくのかです。さらには、原油価格の上昇、EUのCO2排出基準や米 国の企業別平均燃費（CAFE）基準のような法規定も、重要な役割を果た すと思われます。 先ほどボア取締役が言及したように、世界中で百万都市の数は増え続け ています。7 年後には百万都市に住む人口は 500 万人以上増加している と予測されています。電気自動車は市街地での短距離走行に適していま す。電気自動車は有害物質をほとんど排出しないため、ロンドンで既に導 入されているような厳しい排出規制でも容易にクリアできます。私たちは、 自家用車に人々の関心が集まっている中国の大都市に特に電気自動車 普及の潜在力があると見ています。ここでは駆動技術よりもモビリティの方 により焦点が当てられています。 ハイブリッド駆動：過去と未来の懸け橋 ハイブリッド駆動により、従来型の既存駆動技術の排出量を減らすことが できます。マイルドハイブリッドはそのためにスタート／ストップ機能を使用 しており、さらにブレーキ回生エネルギーも利用可能です。車両加速時は、 電気モータによるトルクアシストが可能であり、これによって搭載する燃焼 エンジンを小型化することができます。その結果、ポート噴射式ガソリンエ ンジンと比べてNEDC（New European Driving Cycle 新欧州運転試験サ イクル） 平均で最大 15％の燃費が低減できます。設計にもよりますが、小 型リチウムイオンバッテリーを備えたこのタイプのシステムのカーメーカー コストは、将来は高効率ディーゼルエンジンと同等になるでしょう。ストロン グハイブリッドはマイルドハイブリッドの持つメリットをすべて備えているだ 3 von 10 けでなく、短距離であれば電気エネルギーだけで走行することができます。 そのために、ストロングハイブリッド車にはより高出力の電気モータとより 大型のバッテリーが搭載されます。これによって高められたパワーが燃焼 エンジンと組み合わされて、追い越し時などにより加速性能が高まるいわ ゆる「ブースト効果」が作りだされます。ストロングハイブリッドは、NEDC （新欧州運転試験サイクル）平均で最大 25％の燃費が低減でき、追加コ ストはマイルドハイブリッドの 1.5 倍ほどになります。プラグインハイブリッ ドは家庭用電源からも充電することができ、短距離なら排出ガスをまったく 出さずに運転することができます。これらすべてのバリエーション中、最も CO2排出量を削減する可能性を示しているのはディーゼルハイブリッドで す。 私たちの見解では、ハイブリッド駆動は純粋な電気駆動への道を開くもの です。この種の車両は頻繁に発進、停車を繰り返す配送車や宅配便車な どの市街地交通に特に有効です。けれども、電気モータをストロングハイ ブリッドやプラグインハイブリッドに組み込むことは、非常に複雑で費用の かさむプロセスです。さらに、補助モータによってハイブリッド車は重量が 重くなります。従って排出ガス削減の可能性という観点からは、プレミアム クラスの車両に適したシステムであるといえます。小型および中型車で将 来のCO2排出基準を満たすには、従来型の技術が最も費用効率が高い 方法といえます。 搭載機能を少なく：レンジエクステンダー レンジエクステンダー（航続距離延長装置）は、電気自動車へ向かうさらな るテクノロジーです。レンジエクステンダーは小型の軽量燃焼エンジンであ り、従来型のエンジンよりも低騒音です。その出力は 15∼35 キロワットで、 常に最適な運転領域で作動するために低燃費です。レンジエクステンダー の役割は、必要に応じて電気モータに電気エネルギーを供給しているバッ テリーを充電することです。レンジエクステンダーの最も重要な利点はハイ 4 von 10 ブリッド駆動よりも必要な搭載機能が少ないことです。燃焼エンジンで必要 なトランスミッションや従来型オルタネーターが不要となるため、ハイブリッ ド車と比べて重量もコストも低減されます。純粋な電気自動車と比べると、 バッテリーも小型ですむためにやはり重量とコストを減らすことができます。 基本的に、レンジエクステンダーを搭載した車両は従来型エンジンを搭載 した車両と同じ距離を走行することが可能です。そしてこの小型燃焼エン ジンにも、ボッシュの定評あるコンポーネントの数々が使用できます。例え ば、エンジンマネジメント、燃焼エンジン用噴射コンポーネントなどがレンジ エクステンダーに使用できます。加えて、バッテリーを充電するための高圧 ジェネレータが必要になります。このような利点があるものの、レンジエク ステンダーではドライバーがその運転方法を車の特性に合わせる必要が 出てきます。バッテリーが空になると、レンジエクステンダーによって車両 は 28 キロワットの出力で走行を続けることができますが、最高車速は時 速 120 キロメートルになります。これは市街地走行や長距離走行にほぼ 十分と言えます。従って、車両の走行プロファイルはレンジエクステンダー の出力に左右されます。より高速でより長距離を走る場合は、ストロング ハイブリッドまたはプラグインハイブリッドに必要なエンジンと同じ出力をも つエンジンが必要となります。そうなると、すべてのコンポーネントを高出 力に対応するよう設計しなければならないため、重量が重くなりエネルギ ー効率も低下します。 ハイブリッドと電気自動車は非常に複雑です。複雑性の例として、ここでは 自動車産業にとって重要なマイルストーンである VW トゥアレグとポルシ ェ・カイエンのハイブリッド駆動を取り上げてみましょう。これらのモデルで は、燃焼エンジンと電気モータは互いに完全に補完し合っています。そし てこれらパラレルハイブリッドのための技術は、電気駆動装置、ブレーキマ ネジメント、エンジン、クラッチ、トランスミッション制御の分野に関するボッ シュの幅広いシステム専門知識と技術によって生み出されたものです。可 能な限り最高のドライビング快適性を得るためには、電気モータと燃焼エ ンジン、そしてトランスミッションの間でスムースな相互作用を実現する高 5 von 10 性能の制御用エレクトロニクスが必要となります。このような制御用エレク トロニクスは、ボッシュのコア・コンピテンシー（中核技術）のひとつなので す。 エネルギー管理の高度な要件を満たすため、私たちはハイブリッド車およ び電気自動車のエネルギーフローを管理する小型のパワーエレクトロニク スを開発しています。第 1 世代は、電気出力 50 キロワットで取付け容積 が 13∼14 リッターになります。これが次世代では 5 リッターになっており、 さらに現在は 3 世代目を 3 リッターにすることを目指して開発中です。ブレ ーキエネルギーの回生もまた別の複雑さをもたらします。現在、ボッシュは 電気モータのブレーキ力と摩擦ブレーキのブレーキ力を電子的に調整す る新しい ESC システムを開発中です。さらに、電動パワーステアリングな どの高効率の電気補助システムが必要ですが、これらはボッシュと ZF 社 との合弁会社から供給しています。未来の電気自動車の走行可能距離予 測は、搭載されるシステム全体が高い効率性を備えているという前提の上 に成り立っています。サムスン SDI と 2008 年に合弁会社 SB リモーティ ブを設立したことで、将来ボッシュはこれらのエネルギーを蓄えるためのリ チウムイオンバッテリーをバッテリーマネジメントシステムと共に供給するこ とができます。私たちはまた、プラグインハイブリッドと電気自動車に必要 な充電技術にも取り組んでいます。ボッシュの製品ラインには個々のコン ポーネントだけでなくシステムインテグレーションも含まれています。ボッ シュはハイブリッドおよび電気自動車の数少ないワンストッププロバイダー の 1 つなのです。ですから、ボッシュはハイブリッドおよび電気駆動パワー トレインのサプライヤーとして好位置に付けていると考えられるでしょう。そ してそのことは、私たちの顧客も認めるところです。先ごろボッシュは PSA （プジョーシトロエン）グループとディーゼルハイブリッド車のための戦略的 パートナーシップ契約に合意しています。ドライブトレインエレクトロニクス に加え、ボッシュは 4 輪駆動車であるカイエンおよびトゥアレグのためのリ ア電動ファイナルドライブ用電気モータも開発しています。これもまた電気 自動車のための別のステップと言えます。 6 von 10 未来：純粋な電気駆動 純粋な電動パワートレインを開発することは、すでに技術的には可能です。 ここでも、ボッシュのシステムとコンポーネントが一役買っています。例えば、 最大出力が 50 キロワット、最大トルク 350 ニュートンメーターの電気モー タなどが挙げられます。このモータは、ハイブリッド車のパワートレインに組 み込むことも、純粋な電気駆動のために単独で供給することも可能です。 さらに現在は、より高出力の電気モータを特定の車両セグメント用に開発 しています。また、効率的な補助システム、システム全体にわたる電子マ ネジメント、そしてバッテリー充電技術も開発中です。けれども、適度な距 離を純粋に電力だけで走行できるようになるまでに、私たちはまだまだ多 数の技術的課題を解決する必要があります。このような理由から、電気自 動車がより長距離を走れるようになるまでレンジエクステンダーなどの暫 定的なソリューションが存続していくと見ています。 電気自動車の走行可能距離は、エネルギー効率面からみた車両の全体 コンセプトに左右されます。このことはまた、車両の設計を完全に考え直す 必要性をもたらします。したがって、将来のためにカーメーカーはそういっ た新たなコンセプトを見つけ出す必要があります。最も重要な役割を果た すのは軽量構造です。また空力特性の向上や、低抵抗タイヤによる転が り抵抗の低減も重要です。さらに、ヒーターやエアコンディショナーなどの 補助システムのエネルギー消費も最小限に抑える必要があります。 2015 年の電気自動車はどんな姿をしているでしょうか。ボア取締役の説 明を引用させていただくと、車両重量はおよそ 1,000 キログラムになりま す。抵抗係数は 0.34、モータ出力は 40 キロワット、最高速度は時速 120 キロメートルです。現在ドイツにおける 1 日の平均走行距離は、90％の車 両で 80 キロメートル未満です。けれども最近の調査では、ドライバーが電 気自動車に望んでいる最小走行距離は 200 キロメートルなのです。これ 7 von 10 を可能にするためには、電気自動車のバッテリーは 35 キロワットアワー の容量が必要です。2015 年までに入手可能と予測される技術をベースに すると、このバッテリーの重さは 250 キログラム、コストは約 12,000 ユー ロとなります。これは 1 キロワットアワーあたり 350 ユーロの計算になりま す。電気自動車の設計、つまり例えばどのくらいの重さになるかによって、 そしてリチウムイオンバッテリーの開発如何によって、バッテリーのコスト は約 8,000 ユーロまで安くなるでしょう。 現時点で純粋な電気自動車の最大の障害となっているのは明らかにバッ テリーです。バッテリーは価格が高すぎる上、従来型の燃料と同レベルの エネルギー密度を供給することができません。今日、1 キログラムのバッテ リーに蓄積できるエネルギーに比べると、1 キログラムのガソリンは、50∼ 100 倍以上のエネルギーを含んでいます。現在ガソリンエンジンおよびデ ィーゼルエンジン搭載車は、タンクを満タンにすると 600∼800 キロメート ル走行することができます。近い将来に適度なコストのバッテリーで同等 の距離を走行できるようになるのは難しいでしょう。そして、サムスン SDI との合弁会社でボッシュが行っている開発では、まさしくバッテリーのコスト と性能に焦点が当てられています。SB リモーティブ社では 200 人が、リチ ウムイオンバッテリー技術を自動車の非常に高度な要求に適合させる仕 事に従事しています。今後 5 年間で、ボッシュは約 5 億ドルをこの合弁会 社に投じる予定です。 エネルギーを貯蔵する：リチウムイオンバッテリー 現時点では、リチウムイオンバッテリーは自動車の高い要求に合致する可 能性が最も高いバッテリーです。私たちの最優先事項は、バッテリーのエ ネルギー密度を 3 倍向上させ、同時にコストを 3 分の 1 にすることです。 私たちがバッテリーの性能を向上させ、低価格で供給できるようになって 初めて電気自動車は受け入れられるでしょう。私たちはまた、高いサイク ル安定性と 12 年を超える耐用年数を実現するという、さらなる技術的課 8 von 10 題に取り組まなければなりません。現在の 12 ボルトのスターターバッテ リーがそうであるように、ドライバーは 7 年目にはバッテリー交換をするこ とを容認しないと考えられるためです。そのうえ、バッテリーがいかなる作 動条件および気候条件下でも確実に機能することが求められます。 リチウムイオンバッテリーは携帯電話やノートパソコンなどの消費財分野 でその実績が証明されていますが、電気自動車用のバッテリーはさらに高 い要求事項を満たす必要があります。ボッシュは合弁会社のパートナーと して、電池化学分野における幅広い経験を持ち、リチウムイオンバッテリー を大規模に量産しているサムスン SDI と出会うことができました。2008 年、 サムスン SDI は約 8 億個のバッテリーセルを生産しました。またボッシュ はこのパートナーシップにおいて、自動車分野における幅広い経験を提供 することができます。リチウムイオンバッテリーの開発をさらに進めるため、 私たちは自動車産業および自動車そのものがどのような要求を持ってい るのかを正確に理解する必要があります。特に、量産のための製造技術、 製品のライフサイクル、車両内での温度変動、安全性要求などが重要で す。ドライブテクノロジーのスペシャリストとして、ボッシュは電気装置、エレ クトロニクス、そしてソフトウェアに関する豊富な知識を持っているだけでな く、自動車産業のシステム、プロセス、標準を細部まで理解しています。そ してことによると最も重要なことに、私たちはカーメーカーとドライバーが何 を期待しているのかも知っています。そしてそのおかげで私たちは、開発、 電気駆動装置へのコンポーネント統合、そしてその大量生産に至るバ リューチェーン全体にわたって積極的に事業を行うことができるのです。さ らに、特に新技術を市場に導入する際のボッシュの持久力の高さは皆さま がよくご存じのとおりです。そして私たちはハイブリッドと電気自動車の量 販市場は最初ゆっくり発展すると予測しています。2015 年には、8,500 万 台から 9,000 万台の新車のうち 500 万台にハイブリッド駆動が搭載され るでしょう。これとは別にプラグインハイブリッドまたは電気自動車が 50 万 台になると見込んでいます。電気自動車市場で利益が得られるようになる のは、私たちの予測では早くて 2020 年となるでしょう。この年には新車 1 9 von 10 億台のうち、600 万台がハイブリッド車、300 万台がプラグインハイブリッド 車と電気自動車として製造されると予測しています。 皆様、 これまで 30 年以上の長きにわたり、ボッシュはパワートレインの電動化に 関わってきました。ボッシュが最初のハイブリッドテスト車を走らせたのは 1973 年でした。当時、ハイブリッドエンジンのコストは量産不可能と思われ るほど高く、バッテリー技術もまだ開発が進んでいませんでした。2004 年 に立ち上げたハイブリッドプロジェクトハウスは、今では独立した 1 つの事 業部門になっています。現在 400 人を超えるボッシュ従業員が電気モータ の開発と自動車への組み込みに取り組んでいます。私たちはこの数が今 年の終わりまでに 500 人を超えるだろうと予測しています。さらに合弁会 社 SB リモーティブが加わり、リチウムイオンバッテリー技術分野でも積極 的に開発が進められます。ポルシェ・カイエンとフォルクスワーゲン・トゥア レグは、ボッシュのハイブリッド技術を搭載した最初のハイブリッド車であり、 2010 年初めに導入されることが決まっています。これは新たな市場への 第一歩であり、新しく環境にやさしい、そしてボッシュのスローガン 「Invented for Life」を明確に反映した、ドライブテクノロジーへの第一歩な のです。専門知識と技術を持っているからこそ、ボッシュは自動車産業の 革新的で信頼できる開発パートナーたり得ています。そして私たちはエキ サイティングな未来を、今から心待ちにしているのです。 ご清聴ありがとうございました。 10 von 10