プリウスの補機バッテリー

 プリウスにはハイブリッドシステムの動力となるニッケル水素電池の他に、普通の車にも使われている鉛蓄電池(12V)も載せています。ライト、空調あるいはコンピュータの電源として普通の車と同じように使われています。ただしこのバッテリーの充電には、ハイブリッドシステムのニッケル水素電池からの電流が用いられているため、専用のオルタネータなどは特にありません。ハイブリッドシステムが起動している時には常に13.8~9 Vの電圧が供給されています。274Vから13.8Vへの変換はコンバータを介して行われ、コンバータは直流からいったん交流に変換してトランスにて降圧後、直流に戻しています。最大80Aまで供給可能です。
 毎朝補機バッテリーの電圧を計測していると、9月頃は12 V前後、1月の寒さになると11.6 Vまで落ちています。一日合計30分しか運転しないため、充電時間が不足しているような気がします。実際、いつもよりも長く1時間ほど走らせてみると、翌朝はいつもは11.6 Vのところが12.0 Vまで上がっていたりします。ただ、11.6 Vでも前照灯をつけたところで11.2 Vは維持しますので、バッテリーが完全にくたばっている訳ではなさそうです。2年半乗っていますのであと1年くらいは持つとは思います。
 鉛蓄電池は確か、満充電状態を維持しているのが長もちさせるのにはいいと聞いた気がします。プリウスのバッテリーは、急速充電できるタイプでは無いため充電電流もそれほど多くないようです(計測してみたいです)。出来るだけ長もちさせるにはそれなりに充電時間を考慮する必要があるかもしれません。ただ、プリウスはエンジン始動には鉛蓄電池を使いませんので、そこまで気にしなくていいかも。
 Feb14,03 補助バッテリーへの充電電流を測ってみました。起動時などの瞬間は5 Aくらい出ることもあるようです(それ以上の数値は一人で測ったためわかりませんでした)。少しずつ落ちて行って2 A程度で落ち着きながら、じわじわとたまって行く印象です。すなわち定電圧で充電してるということです。ヘッドライトやエアコンを付けてもマイナスの値にはならないので、起動中は常時充電していて、瞬間的な負荷の変化に対応するバッファの役目と、起動時の電源としてだけ補助電源は使われているんでしょうか。(起動していない時のアクセサリー、照明の電源としても必要ですね)
 補助バッテリーがへたってくると、充電電流が大きくなり、結果としてメインバッテリーからの電力の持ち出しが増えることになります。どのくらいの電力を消費するかを乱暴に計算してみました。各数値は理科年表’91年版から取っています。

  1. まずは走行エネルギーと使用ガソリン量の計算
     ガソリンの発熱量
    灯油:10500~11120 kcal/kg ジェット燃料:10400以上
    よって10000 kcal/kgとしてみる。
    1 cal=4.18605 J
    なので、ガソリンの発熱量は42 e6 J/kg。
    ガソリンの密度は
    0.66~0.75
    なので、0.7とすると、換算して30e6 J/liter。
    20 km/literだと平均20km走るごとに30メガジュールだから、1km当たり1.5メガJの発熱量のガソリンが必要である。

  2. 次に走行エネルギーと必要な電力量の概算
     実際にエンジンによる運動エネルギーへの変換率を30%としてみると、1 km当たり500 kJのエネルギーを必要とする。電力量に換算して500 kJ / 3600 = 140 Wh(電力量から運動エネルギーへの変換をえいやっと100%としてます)。

  3. 最後に純粋に充電に消費される量と、電気で走れる走行距離の計算
    一方充電電流は1.5 A平均だとすると、14 V * 1.5 A = 21 Wを常に補機バッテリーに充電している。今の通勤形態は往復で30分、11 km走っているので、30分で充電される電力量は21*0.5= 10 Wh。
    先ほどの計算で走行に必要な電力が1 km当たり140 Wh必要だから、10 / 140 = 70 m。毎日70m走行できる分の電力が補機バッテリーの充電に費やされていることになります。うちのプリウスの今の状態では、11 km走る間に70 m分が電力消費されているということは、およそ走行に必要なエネルギーの1/160 程度が補機バッテリーの充電に使われている。
     もし補機バッテリーが満充電状態であれば、それだけ燃費がよくなる。16.0 km/lの人が16.1 km/lになる。こんなもんかな。
     (計算が違っていたら教えて下さい)

 ついでに、1 km走るのに140 Wh必要だとすると、50 Wのソーラーパネルで1日充電すると1 km走れることになります(ソーラーパネルの発電量は1日3時間換算が普通だそうです)。10 km走ろうとすると毎日500 Wのソーラーパネルでフル充電が必要になります。大きさでは4 m3(2畳ちょっと)。1週間に一度60 km走って、毎日晴天で、太陽の向きに合わせてソーラーパネルを動かす人手があれば、1畳でもいけるかも(ってあの番組ですね)。

REFERENCES

  1. プリウス新型車解説書(NHW11) 2000年5月 トヨタ自動車(株)編
  2. たます式水温計付きタコメータ
  3. 理科年表1991年版 丸善(株)

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03.2.14
03.11.3 修正