プリウスなどHEVやEVが昇圧する理由について教えてください。

質問

プリウスなどHEVやEVが昇圧する理由について教えてください。
プリウスはバッテリーをパワーユニットで500V(２代目), 650V(３代目)まで昇圧している理由は、電圧を上げることで電流を減少させRI^2損を減らしていること以外にどのような利点がありますか？
また、電圧を上げるほど総合効率はよくなるのでしょうか？

回答No.4

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
　おや、久しぶりに覗いてみましたがまだ閉められていませんね。
　他の方からもう少し回答があるかと思っていたのですが。

　次のような回答ではいかがでしょう。
ポイントは、「効率と安全のために昇圧している・・・」

　最近の電気自動車・ハイブリッド車は、確かにモデルチェンジのたびに軒並み高い電圧に昇圧するようになっていますね。電流を上げればよいのに。また、電圧を上げるにもわざわざ昇圧回路なんか使わずにバッテリの直列数を大きくすればよいのに・・・。

質問者さんも一部はお気づきかもしれませんが、ご説明としては次のようになるでしょう。

(1)　モータのパワーを上げたい。
・・・そのためには電流を増やすか、コイル巻数を増やす必要があるが、モータ印加電圧が一定のままでは、巻数が決まると上限の電流が決まってしまうし、巻数を増やすと抵抗・リアクタンスの増でかえって電流が小さくなりパワーが上がらない。
・・・また、（お気づきのとおり）回路電流を上げると、モータ以外の配線での損失が大きくなり、配線を太くする・制御回路も頑強にする必要があるので、ほどほどにしておきたい。（だから、むしろ電流は低めにして、コイル線を細めにしても巻数を増やしたい。）
(2)　電流を増やすにも、巻数を増やすにも、モータ印加電圧を上げる必要がある。
・・・しかし、バッテリの直列数を増やすと、回路全体の耐圧を上げる必要が生じるし、事故の際の安全性の不安も増大する。バッテリの体積効率・信頼性の上でも、同じ体積なら直列数を増やすより１セルを大きくしたほうが得。
(3)　そこで昇圧回路の登場。改良ごとにより高い電圧に進化。
・・・少ないバッテリの直列数で高い電圧を確保する。高い電圧はモータ入口だけだし、たいていの事故では昇圧回路の動作を止められるので安全性も高い。
・・・当然、昇圧回路分のコスト・信頼性の点では損だが、制御回路と一体化する等の技術の進歩で吸収できるようになった。回路追加の分、エネルギー損失も生じるが、細めにしたモータの電線に大電流を流す損失に比べればマシ。回路の部品類も、大電流用のものより大電圧用のもののほうが作りやすい（当然、限界はありますが）。
　また、バッテリの出力電流はより大きくなりバッテリ内部抵抗での損失は増大するが、内部抵抗の極端に小さいリチウム系バッテリを使うことにより問題になりにくくなった。

ということで、性能が同じなら、コストの上でも総合的損失の上でも、一応「オトク」ということでしょうか。
さてさて、いかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

お礼

回答ありがとうございます
お礼が大変遅くなり申し訳ありません。
現在、大学の研究室で燃料電池車の双方向チョッパ回路の設計を行っているのですが電流と電圧を気にしながらでなかなか難しいです。

回答No.3

tance

60馬力のモータは約45kWに相当します。効率を100%としても500V×90Aになります。

電流の大きさよりも、交通事故で感電死という事態があり得ます。
ハイブリッド車の事故は救助する人も巻き添えになる可能性があるので注意が
肝心です。

回答No.2

tance

バッテリをパワーユニットで昇圧しているって本当ですか？
単にバッテリを多数直列にしているだけはなずです。
途中の単セルがおかしくなっても知らずに充放電すると重大な故障（事故）
になるので、バッテリ間の接続点を全て監視しています。
（完全に全接続点ではないが）

電圧を上げるのは電線や回路の損失を減らすためで、電流の２乗に
比例する損失は、やはり電流を下げるのが効きます。送電線と一緒です。

それでもメイン回路には100A近い電流が流れています。もし3Vの
まま同じ出力を得ようとしたら電流は１万Aのオーダーになります。

お礼

回答ありがとうございます。
メイン回路には100Aも流れているんですか。驚きです。
それでもハイブリッド車は電気系統の重大な事故は起きていないですから安全なんですね。

回答No.1

noname#252164

配線材料が細くなることが大きいでしょうね。自動車の中で１００Ａの配線とかできないですから。あと、バッテリーの出力電圧は結構変動するので、バッテリー直結だとアクセルの効きがバッテリーの残量によって変動してしまうので困ると思います。

お礼

回答ありがとうございます。
確かにバッテリー直結だと、少しの電圧変動でもアクセルに対しての応答に変化が出る気がします。
ありがとうございました。