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米国トヨタが、2020年モデルから、PHV等の駆動用電池の保証期間を新車登録後10年／24万kmに延長するとのこと。（現状は8年／16万km）
出典；https://response.jp/article/2019/10/11/327520.html

国内でもやって欲しいところです。

2020年モデルから電池を変更するわけではなく、現行電池のままで保証期間を延長することのようです。これまでの実績から、現行の設計でもその程度は十分に保証できるということでしょうか。

気になるのは、保証期間もさることながらその内容。
走行不能や警告灯がつくなどの明らかな故障はもちろん保証対象でしょうけど、電池容量低下の保証がどうなっているのか？という点。

米トヨタのリリースを読んでも書いてありません。詳細は保証書を参照とある。

2020PriusPrimeの保証書を見てみました。
https://www.toyota.com/t3Portal/document/omms-s/T-MMS-20PriusPrime/pdf/T-MMS-20PriusPrime.pdf

以下の記述がありました。
”Reduction of lithium-ion battery capacity is NOT covered under warranty.”



容量低下は保証対象外とのこと。


中途半端やなぁ。。

せかっくエクセルシートを作ったので、いろいろ計算してみました。

既報のとおり、ECOPIA　EP150（195/65/R15）→　ADVAN　dB　V552（195/65/R15）で電費は1割悪化しました。実測と計算はよく一致しましたが、これは街乗り・平均速度30km/hのときの結果です。
速度を変えてみるとどうなるのか、計算してみます。

30km/hの他、バイパス想定の50km/h、高速想定の100km/hで計算してみます。
他の条件は同じです。









速度が高いほど、転がり抵抗損失の割合が減少し、代わりに空気抵抗損失が増大する結果です。転がり抵抗損失の割合が減少する分、タイヤ交換に起因する電費の悪化率は軽減されます。
100km/h前後の高速走行を主体とする使い方では、タイヤ変更による電費悪化は5%程度に抑えられるようです。

ECOPIA　EP150（195/65/R15）→　ADVAN　dB　V552（195/65/R15）における電費悪化率を対速度でグラフにしてみました。



街乗り速度域（30km/h前後）での影響が大きい結果でした。
低速時(10km/h)に電費悪化率が小さくなるのは、空調・補機消費の割合が目立ってくるので、転がり抵抗損失の影響度合いが減るためです。
転がり抵抗損失は速度によらず一定ですが、空気抵抗は速度の二乗に比例するため、高速走行時の空気抵抗損失はかなり大きいです。速度が上がるほど、転がり抵抗損失の影響は減ります。

■空気抵抗損失による電費悪化率
ADVAN　dB　V552（195/65/R15）における、速度に対する電費悪化率を計算しました。
基準は30km/h＝100%です。
よくEVは高速走行での電費悪化が顕著だ、高速が苦手、と言われますが、元々の駆動系損失が小さいために、電池の仕事に対して空気抵抗損失の寄与が大きく、速度が上がるほど電池出力が増加し電費が悪化することになるためです。
エンジン車であれば、元々エンジンでの熱損失が膨大でほとんどの車載エネルギーを捨てていますので、空気抵抗損失の増加があっても全体損失に埋もれてしまって目立たないだけ、というのが真相です。

純正のブリジストンECOPIA　EP150を捨て、ヨコハマADVAN　dB　V552に履き替えたら、EV航続距離（電費）が1割悪化。
しかしなぜ1割も悪化するのか？　釈然としません。
純正タイヤより、転がり抵抗が悪いのでしょうが、それにしても転がり抵抗等級Aのタイヤで1割も悪化する理由は？　純正タイヤはそんなに転がり抵抗性能が良いのか！？

数字でハッキリさせたい。転がり抵抗と電費の関係を明らかにします。



クルマがある速度で走行するには、タイヤの転がり抵抗、車体が受ける空気抵抗等からなる走行抵抗に打ち勝つ駆動力が必要です。また駆動系の損失、空調等補機消費電力も生じます。これらの駆動力、損失を駆動用電池から供給することで、速度を維持して走行が可能です。
参考：https://www.isuzu.co.jp/cv/cost/manual/knowledge_2.html

クルマの走行抵抗式に基づき、検討することとします。
まず、走行抵抗式としては、以下となります。

　走行抵抗Rrr＝転がり抵抗Rr+空気抵抗Ra+勾配抵抗Re+加速抵抗Rc

クルマが加速するには、シャフトやホイール、タイヤ等の回転体の加速エネルギー分も含め車体の加速エネルギーを電池から供給することになりますが、EVの場合にはブレーキ時には回生ブレーキで回収できるので、この要素（加速抵抗Rc）は省略します。
また同じくアップダウンでの位置エネルギーも回生ブレーキで回収できるので、平坦路での検討として勾配抵抗Reも省略します。

そうすると、走行抵抗は以下となります。

　走行抵抗Rrr＝転がり抵抗Rr+空気抵抗Ra

この走行抵抗により生じる損失（仕事率）を計算します。
速度vにおける走行抵抗損失は、以下になります。

　走行抵抗損失Prr＝転がり抵抗損失Pr+空気抵抗損失Pa

上記の走行抵抗損失に打ち勝つパワーをモータが発生することで、クルマは所定の速度を維持できます。
電池が出力すべき電力Pbatは、上記走行抵抗損失Prrに加えて、駆動系損失Ploss、空調・補機消費電力Pauxを加えたものとなりますので、以下となります。

　電池出力Pbat＝走行抵抗損失Prr+駆動系損失Ploss+空調・補機消費Paux

これが走行に必要な電力となります。

上記の式を使って、転がり抵抗係数、車両重量、速度を入力すれば、その速度を維持するために必要な電池出力を計算できるシートを作りました。

車両の前面投影面積の数値は以下から頂きました。
https://minkara.carview.co.jp/userid/1594506/blog/36993768/
駆動系損失は走行抵抗損失の10％を想定、空調補機消費はこの時期の平均を想定して400Wとしました。



さて、今回のタイヤ履き替え前後の電費を計算してみます。
入力パラメータは以下です。

ECOPIA　EP150　195/65R15　の転がり抵抗係数RRC=7.4　
ADVAN　dB　V552　195/65R15　の転がり抵抗係数RRC＝8.6
速度は、都市内走行での平均速度である30km/h、
車両重量は二人乗り想定での車重1650kg

なお、
転がり抵抗性能は、純正装着ECOPIA　EP150のデータは公開されていないので、同等とされるEX20のデータを流用します。等級AAで、RRC＝7.4です。
https://www.tftc.gr.jp/files/performance/bridgestone_ECOPIA_EX20_20C.pdf

交換後タイヤであるADVAN　dB　V552は等級A、RRC＝8.6です。
https://www.tftc.gr.jp/files/performance/yokohama_ADVAN_dB_V552.pdf





計算結果です。
純正装着ECOPIA　EP150　195/65R15での電池出力は1738W
交換後ADVAN　dB　V552　195/65R15での電池出力は1916W
とでました。
ADVAN　dB　V552　195/65R15は、ECOPIA　EP150　195/65R15の1.1倍の電力が必要であることが判明。
すなわち、電費は10%悪化ということです。今回の電費悪化の裏付けがとれました。

それにしても、電池の仕事の60%が転がり抵抗損失で失われているという事実。
タイヤの転がり抵抗が電費（EV航続距離）に非常に大きな影響を与えていることがはっきりしました。

いろいろ検討事項がありそうです。
とりあえず今日はここまで。

PHVには回生ブレーキがついていますが、電費を最大化するには、この回生ブレーキを最大限有効活用する技を身につける必要があります。
回生能力を超えるブレーキングをすると機械ブレーキが動作してしまいます。そうなるとせっかくの運動エネルギーを捨ててしまい電費が悪化することになります。
では、一体どのくらいのブレーキングまで回生ブレーキのみで減速できるのか？　

回生ブレーキを最大限活用する方法としては、ハイブリッドシステムインジケータ（HSI）上の回生ゲージ表示がCHG上限を超えないようにブレーキングを行えばよいと取説に書いてありますが、どうもこの表示は嘘をついているのでは？と思うときがあります。回生ゲージがCHG上限を超えないようにブレーキを掛けているのに、Hybrid assistantのブレーキ表示が機械ブレーキの介入を表示していることがあるからです。

Hybrid assistantでは、ログデータの中に、全ブレーキ力（マスタシリンダでのブレーキトルク＝回生+機械ブレーキ力指令の合計値）と、回生ブレーキ力（実行された回生ブレーキ力）があります。
これを分析することで、謎を解明し、回生ブレーキマスターへの道筋をつけたいと思います。

■回生ブレーキ動作領域の把握
まずは、なるべくブレーキの踏み方に強弱をつけてブレーキングを実施しながら、高速を含めあちこち走りHybrid assistantでデータ採取しました。
採取したデータを分析します。横軸には速度を、縦軸には全ブレーキ力（オレンジ）と回生ブレーキ力（青）をプロットします。
ブレーキ力（ブレーキトルク）は、負に大きくなるほど、強いブレーキということになります。



プロットデータによると、運転中の全ブレーキ力は最大-400Nm程度でした。ちょっと強めの減速をした場合にこのくらいになっているようです。ちなみに停車中目一杯ブレーキペダルを踏み込むと-1024Nmでした。

回生ブレーキ力のみを抜粋します。
全体的に、-221Nmでリミッタが掛かったようになっています。回生ブレーキはここまでで、これ以上のブレーキは機械ブレーキで補足となっていることがわかりました。
低速側は、10km/hから回生ブレーキはゼロに向かって直線状に絞られています。
ここも機械ブレーキで足りない分は補足されています。
ちなみに、HSI上で回生ゲージがCHG上限未満を表示していても、回生トルクは-221Nmで制限されて機械ブレーキが動作していることがありました。



速度50km/h以上では、回生ブレーキ力は-221Nmからさらに制限されています。トルク一定だと、速度が上がるほど回生電力が大きくなるので、電池側の充電制約による電力制限が存在していると考えられます。先日判明した充電側の電力制限値が最大-40kWでしたので、-40kWとなる速度・回生トルクのカーブを描いてみました。黄色線です。



回生ブレーキ力のプロットが黄色線に沿っていることから、50km/h以上での回生制限は、電池側の-40kW制限に起因するということがわかりました。

■HSIの回生ゲージの表示について
回生電力が-40kWのとき、HSIの回生ゲージは上限一杯の表示になります。50km/h以上の速度域ではHSI上限一杯のブレーキングで、-40kW目一杯の回生ができるようです。しかし50km/h以下では、HSIの回生ゲージ一杯のブレーキングでは、機械ブレーキ併用になります。（これまでHSIの回生ゲージが振り切れない範囲なら、回生のみのブレーキと思っていましたが・・だまされてました！）
つまり、HSIの回生ゲージは、あくまでパワーメータに過ぎず、-40kWを上限にそのときの回生電力を表示しているだけと思われます。

■どうやって-221Nm以内のブレーキングを実現するか
回生ブレーキの負担領域がわかったところで、つぎの課題は、運転中にどうやって回生トルク制限値である-221Nm以下のブレーキングを実現するか、です。わかりやすい指標が必須です。

そこで、平坦路で種々のブレーキ踏力で一定減速度で減速し、そのときの速度と全ブレーキ力・回生ブレーキ力の時間変化を分析しました。
なかなか一定減速度で停止するのは難しいですが、なんとかデータがとれました。

下図は、全ブレーキ力がおおよそ-221Nmで、ほぼ全回生負担となっているときのグラフです。このときの速度変化から、減速度は-6.0km/h/sであることがわかります。別の言い方をすると、1秒で6km/h減速するレートです。Gでいうと、0.17Gです。

ブレーキ立ち上げ、停止間際のブレーキ抜きを考えると、ちょっと余裕をみて、1秒で5km/h減速するレート（50km/hからのブレーキなら10秒で停止）でのブレーキングなら、全回生が可能であるということがわかりました。



いろいろわかったところで、5km/h/sのブレーキングをやってみました。下図左は訓練前、右は訓練後です。まだ-221Nmを超えるブレーキングも散見されますが、最大回生ブレーキ力を超えるブレーキングの回数は減っています。まだ訓練が必要のようです。



■まとめ
結論としては、回生ブレーキを最大限活用し、運動エネルギーを最大限回収する方法は以下となりました。
・50km/h以下：5km/h/s以下のレートで減速する。（1秒で5km/hの減速度）
・50km/h以上：HSIのCHGゲージが振り切れないように減速する。

駆動用電池の劣化は避けられませんが、なるべく劣化させたくないですね。
どうすれば劣化を抑えた運用ができるのかは、課題でもあります。

この参考になりそうな技術が、三菱自動車の公開特許公報にありました。（特開2019-160395）
駆動用電池の劣化の進行を、ユーザが設定した劣化進行目標に合うように制御する、という内容です。

内容の概略ですが、
ユーザが電池の劣化の進行の目標値（例えば容量劣化を年間5％以内に抑えたい・・）を設定すると、車両ECUは、現在の電池の劣化の進行具合に基づき、設定した目標値に合った劣化進行となるように、電池の充放電条件を必要に応じて制限する内容です。

例えば、現在のレベルで劣化の進行が継続した場合に、設定した目標値よりも早く劣化が進行すると判断される場合には、より劣化を抑えるように充放電条件の制限を厳しく制御します。逆に現在の電池の劣化の進展が継続した場合に、設定した目標値よりも劣化が軽く済むと判断される場合には、より充放電の制限を緩和する制御をします。



制御内容の一例が開示されていました。
例えば、上限SOC100%までの充電と下限SOC20%まで放電する運用を繰り返し、満充電での駐車を繰り返す運用をしている場合には、電池の劣化が設定した目標値よりも大きく進行すると判断されるので、充電上限SOCを80%程度に制限し、また放電下限もSOC30%程度に制限する制御が発動されるという具合です。（SOC変動幅はアウトランダーPHEVを想定？）

＜制限制御発動前の運用＞


＜制限制御発動後の運用＞


これを参考にすると、以下の運用を心がければ電池劣化の進行を最小限にできるようです。

① SOC100%までの充電は避ける（プリウスPHVではSOC83%あたりで満充電となりこれ以上SOCは上がらないので、すでに対応済みですかね。）
② 満充電放置は避ける（よく言われていることですね。夏場の高SOCでの長時間駐車は避ける。）
③ 低SOCまで放電させない（低SOCでは電池電圧低下に伴い電流が増えることと嫌ってのことでしょうか？）＝SOC30%程度でHVに切替る。

メーカも、電池の劣化とどう折り合いをつけるか、いろいろ頭を悩ませているようです。

※内容の全文は以下などで検索して閲覧できます。
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/