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疑問の発端は、「下り坂をアクセルオフで走行中(回生中)にMIDのメニューにある平均電費項をリセットしたら表示はどうなるか?」という素朴な疑問。

消費電力がマイナスになるからマイナス表示になるハズだが、表示に際して困ったことが起こる。すなわち、プラス表示の時は数字が大きいほど効率よく走っていることになるが、マイナス表示では分母が大きいほど(うんと回生しているほど)数字は小さくなるので、ドライバーは混乱するだろう。また分母がゼロ近傍では表示数値が激しく上下するのも違和感の元だ。ヨーロッパ式に100km走行当たりの電力量表示(kWh / 100km)にすればこの種の混乱もなくなるかもしれないが、これってMIDに表示されるエネルギーモニタと(スケールは異なるが)動きは同じじゃないか?

まぁ、MIDではマイナス表示はせずに99.9 km / kWh としておけば混乱はないが。

在野ユーザーなどによる様々な情報や実験結果を組み合わせると現状での結論は「回生した電力は表示に反映されていない」というもので、MID の平均電費は簡単に言うと走行距離(分子)をモーターにおける消費電力(分母)で割ったもの、ということになった。分母はバッテリー端子での電流ではない。

上記の結論が正しければ、下り坂でリセットし、終点までの途中でちょっとアクセルを踏み込んで電力を使ってやれば、これが持ち出し電力になり回生によって帳消しにはならないから、電費計算上の分母の符号は正(プラス)になる。MID表示も99.9 ではなく80とか70とか、何か有限な数字になるハズ。

近々やってみるか。

2018/11/14 17:25  [2114-17]   



トヨタは当初、回生制動のエネルギーを一時的に蓄え、これをその後の発進・加速の補助に使うだけでかなりの燃費改善があると考えていた。バッテリーは単なるエネルギーの一時的なストレージであって、これで時間軸をシフトさせる役割だった。モーターは発進・加速時の補助用なので大した出力は持っていない。

次第にわかってきたことは、回生制動のエネルギーは大して回収できないこと、および電気とモーターだけで走行することは思っていたより効率の良いものだということの2点。

回生制動は時間が短いが比較的大電流が発生する。例えば時速100 キロメートルから80キロメートルに5秒間で減速するとして、この運動エネルギーを全部バッテリーに充電して蓄えようとすると平均で120A以上流さなくてはならない。これはできない。

一方、エンジンを最大効率で回して充電をすると、エンジンの熱効率、発電機の効率などをトータルしても20%以上のエネルギーがバッテリーに蓄電できる。一旦バッテリーに蓄えた電力は90%以上の効率で駆動用として使える。おまけに部分負荷でも効率の激変がない。

つまり充電さえ効率よくできれば、効率20%弱くらいの達成が見込める。ガソリンエンジンでの走行では部分負荷時には20%には到底達しないので、走行条件にもよるが、トータルとして考えても不利だ。

とにかくエンジンを回すときはいつでも最も熱効率の良い負荷率と回転数を選ぶこととし、それでパワーが足りなければモーターで助勢、パワー過剰だったら充電にまわす。バッテリーの SOC が高くなってきたらエンジンは止めてモーターだけで走る。THS システムはトランスファーによってエンジンパワーを走行用と充電用の両方にある程度任意に振り分けられるし、エンジン停止でモーターのみでの走行も可能なのでこういう使い方ができる。

ということでモーターだけでも走行できるようにしなくてはならないので出力を増やした。PHV車種ではバッテリーがデカいので回生ブレーキの回生量も増えるし使える範囲も広がった。これで「加減速の多い街中の燃費は良いが高速走行では車重過剰のただのクルマ」と陰口されていたプリウスが高速でも燃費が良いものとなった。

2018/7/19 20:06  [2114-15]   



次に速度に関係なく標高差で 100 メートルの坂を下るとどうなるか:

位置エネルギーの減少は

1,700 * 9.8 * 100 = 1.67E6 [J]

J を 電力量に換算すると

1.67E6 * 2.78E-7 = 0.46 [kWh] = 460 Wh

前述の減速時のそれのおよそ 10 倍の電力であり、これは 10 リットルのバケツの水の温度をおよそ 40℃ 上昇させるエネルギーに相当するが、時間に余裕がある。仮に 5% 勾配の下り坂だと 2,000 メートルほど走らなくてはならないから、時速 60 キロメートルでも 2 分くらいかかるので、60 キロをキープするようにフットブレーキを掛けながら回生すれば上記同様の計算では回生電流は平均 34.5A となり、これは 1.38C だからメカブレーキ無しで全回生制動できるだろう(バッテリーがフルにならない限り)。時速 100 キロキープでは 72 秒で走り切るので回生電流は 57.5A(2.3C)になりメカブレーキの介入なしでの全電力回収は無理っぽい。

2018/6/19 17:50  [2114-13]   

下り 5% 勾配を 60km/h 一定で走行する際の制動力はどのくらいになるか?
今度は走行抵抗も加味してみる

車重:1,700 kg
時速60kmでの走行抵抗はこの車重だったらおよそ300Nか

車重 1,700 kg なので真下に向かって1,700 * 9.8 = 16,660 N の力が働く。勾配は 5% だから 833 N で押されることになる。これと均衡する力で制動してやればよい。ただし、もともと走行抵抗が300 N あるから、純粋に制動力のみについて考えるとこれを差し引いて 533 N の力で制動する必要がある。533Nの力を毎秒 16.7m で走っている車に与え続けるときの仕事率は単純な掛け算で、

533 * 16.7 = 8,901 W = 8.9 kW

この制動を全部回生で行うとしたら、PHV のバッテリー容量は 8.8kWh だから、ほぼ 1C で充電することになる。

なお、この時の制動 g は 5% 勾配だから 0.05 g となるが、これを SI 単位で表すと 0.05 * 9.8 = 0.49 m/sec2。これは制動灯の点灯禁止条件である「0.7m/sec2以下」に該当するのでブレーキランプは点かない。

2018/11/16 20:21  [2114-18]   



時速 60 キロメートル(毎秒 16.7 メートル)から 30 キロメートル(毎秒 8.33 メートル)に減速する際の運動エネルギーは、車重を 1,700kg として:

1/2 * 1,700 * 16.7^2 - 1/2 * 1,700 * 8.3
3^2 = 1.78E5 [J] = 0.050 [kWh] = 50 [Wh]


システム電圧をザックリで 370V 固定として、流れる電流は

50 / 370 = 1.35E-1 [Ah]

0.135A で 1 時間充電するのと同じ。だがこれを例えば 5 秒でやろうとすると、

1.35E-1 * 3,600 / 5 = 97.2 [A]

つまり 5 秒間の減速時の運動エネルギーを全部回生して充電するとした場合、平均 97.2A の電流を流さなければならない。プリウス PHV のバッテリー容量は 25Ah だから、97.2A とは 3.89C に相当する電流で充電することになる。これはできなくはないだろうがバッテリーにとってはかなり過酷なもので、寿命を考慮すると常用はできないと想像する。

では回生時の充電電流の上限が何 A に設定されているのか、と問われても分からない。が、急速充電時の最大電流が 50A(2C)だから、概ねこれに準じたものではないか。

実際は走行抵抗があり平坦路ならブレーキングしなくても少しずつ減速するし、回生のための発電の効率も 100% ではないから、運動エネルギーがまるまる電力に変わるわけではないが、上記条件(60km⇒30km、5秒)でもメカニカルブレーキの助けを借りていると想像できる。

2018/6/19 17:41  [2114-12]   



全くの想像だが、プリウス PHV で急速充電で止まるまで充電した状態で時速 100 キロの巡航をしたら 30 分はもたないと思うがどうなのだろう。20 分くらいかな。時速 80 キロなら 30 分くらいは走れるかも。

いずれにしても、急速充電完了から 30 分で EV% が 0 になるような速度を選んで走るとすると;

急速充電完了直後の PHV は MID の EV% が 0 になるまででおよそ 5kWh くらいの電力が使える。これを 30 分で使い切るとすると、平均でおよそ 10kW のパワーを出していることになる。このときの所要電流は、システム電圧を平均 370V 程度として

10kW / 370V = 27A

PHV の電池容量は 25Ah だから、平均でほぼ 1C の電流を流していることになる。20 分しか走れない速度だと必要パワーは 15kW、電流は 40A で 1.6C となる。

例えばノート PC やスマホで満充電状態から1時間や40分とかでバッテリーの電力がなくなるような使い方ってどのようなものかは分からないが、結構な発熱があると思う。

1C や 1.6C で 20 ないし 30 分連続運転はバッテリーにとっては結構過酷なハズ。

せっかく立派な(高効率)エンジンを持っているのだから、高速はガソリンで走ったほうがバッテリーに優しいし、多分コストも低い。

2018/6/18 20:25  [2114-9]   

プリウス PHV は、モーターだけでの気持ちの良い加速感が一つの魅力で、ガソリンで走るよりおそらく高くつくだろう急速充電のコストまでかけて、これを楽しむ人もいるくらいだ。だが、モーター走行ばかりしていてよいのかなぁ と思う時もある。

二つある駆動用モーター両方が定格出力を出すと合計 76kW だから、システム電圧が 370V だとして流れる電流は 205A(これだけの放電をすると電圧はもっと下がるだろうから、実際にはさらに高い電流値になると思う)、これは 8.2C に相当する。電気モーターはガソリンレシプロ機関と異なり低回転から最高出力が出るので(だからモーター車は加速が良いと言われる)、アクセルを踏み込んでいる間ずっとこの 205A(実際にはリミッタが働くと思うので、ここまで出しているかどうかはわからないよ)が続くと考えてよい。もっとも、数分でバッテリーが空になってしまうが。

バッテリーの放電時は充電の時よりは大電流が許容される。10C くらいなら一時的には許容されるようだ。だが、このときの発熱たるやすさまじいハズで、バッテリーにとっては寿命を短くする大きな要因とはなろう。

商品化の段階で過酷な条件での試験が行われているだろうから、バッテリー温度がある程度高くなると電流の上限値を下げるような制御が入ってはいるのだろう、だからこのくらいなら平気なのかもしれないが。

2018/6/19 17:32  [2114-11]   



いつもはキーを持った状態で車に近づくと室内灯がしばらくの間点灯する(少なくとも夜間)が、先週末に夜遅く勤めから帰ってきて車の横を通った時、点灯しなかった。

「補機バッテリー上がりにでもなったか?」と思いリモコンでロック操作したらちゃんとアンロックできた。ドアハンドルを引いてドアを開けたら室内灯も点灯した。

再びロックしてもう一度確かめたが、このときも室内灯は消えたまま。

その2時間後の深夜、翌日の運転に備えて充電しようと車に近づいたがやはり室内灯は点灯せず。充電用給電口の照明も点かなかった。翌朝、充電そのものは普通に完了し、日中は室内灯のことは考えなかったが、運転自体は普通にできた。

その晩にキーを持って改めて試したら、このときはちゃんと室内灯が点いた。それ以降もずっと点灯する。あの晩の出来事は一体何だったのだろう?

この晩まで5日間全く車に乗っていなかったので、補機バッテリーが弱って来てたのかもしれない。これを感知して、自衛のためにこんなふうになるのだろうか?

2018/4/23 09:35  [2114-8]   

わかりました。

10日間運転しないでいると室内等が点かなくなるようです。

今晩カギを持った状態で運転席脇を通った時、室内等が点かなかった。昨晩は点いた。
先週末は全く運転してない。最後に運転したのは7月1日。今日は7月11日だから10日間ってことかな。

2018/7/11 23:37  [2114-14]   

また分からなくなりました。

今回は5日目で室内灯が点かなくなりました。4日目に点いたのは確認しています。

日数だけではなく、他にも室内灯点灯抑止の条件というのがありそうです

とりあえず速報のみ

2018/9/20 18:09  [2114-16]   


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