特集１

特集 1: 電動化

1. 日産自動車の電動化革命 「: たま」から「アリア」までの
75 年の歴史と未来への展望
寺地

淳*

1. は じ め に

2. 電動化の黎明期

日産自動車の電動化の歴史は1947 年の「たま」電気自動車

2.1 電動化車両の始まり「たま」（EV）の発売から始まり、その歴史は75 年にも及ぶ。当初か「たま」（図 1）は、戦前の立川飛行機から派生した「東京電ら我々は自動車社会の燃料をはじめとする環境・エネルギー問

気自動車」（のちのプリンス自動車工業）による電気自動車で題と走る楽しさの両立に向け、クルマを電気とモーターで駆動あった。発売当時の1947 年の日本は、GHQ の軍需物資統するいわゆる電動化に可能性を感じていた。その後、1997 年

制で深刻な石油不足に悩まされていたが、一方で水力発電にに世界で初めてリチウムイオンバッテリーを搭載した「プレー

よる電力は相対的に余力があり、このような背景から電気自動リージョイEV」を市販化し、2010 年には世界に先駆けて量産車に注目が集まった。電気自動車は当時の木炭車などと比較

型電気自動車である「リーフ」の販売を開始した。さらにはして輸送能力が同等または優れていることもあり市場に受け入2016 年、100%モーター駆動のハイブリッド「e-POWER」をれられた。取替え式鉛酸バッテリーを使用し、最高出力3.3kW「ノート」に搭載して発表した。本システムは電気自動車とコンの「たま」は、政府主催の第 1 回性能試験において航続距離

ポーネントを可能な限り共用化することによりコストの上昇を抑96km・最高速度 35km/h のトップ成績を収め、1951 年ごろ

制し、リーフと同様に、モーターの高い制御性により、力強くまでタクシー需要で重宝された。参考までに、同時期に発売

なめらかな加速、ワンペダル感覚の走行など、電動駆動の楽されている同車格「ダットサン17 型セダン」に搭載されている

しさをより多くの人と分かち合うことに成功している。

エンジンは排気量 722cc、圧縮比5.4の7 型 4 気筒エンジンで、

現在、日産自動車は着実に電動化を推し進めており、これ

出力は 11.9kW（16hp）であった。諸元から推測する熱交率らの電動車には最新のテクノロジーが多く搭載されている。そは25% 前後で、現在 40%に迫る軽自動車エンジンの6 割強の成果は環境性能に限らず、「e-4ORCE」をはじめとする走る程度の時代であった。

喜びの向上や「LEAF to Home」などモビリティの価値向上にも寄与しており、数多くの試行錯誤と改善の過程を経て、今日の電気自動車である「アリア」/「サクラ」、そして「e-POWER」を搭載した「ノート」/「セレナ」/「エクストレイル」等に至る。その結果、23 年上期実績で、特に電動化が進む日本においては、
100% 電動駆動車の販売比率が 5 割を超えている。
将来に向けて、我々は着実に持続可能な社会を実現するた
めに、電動化を軸とした更なる高効率化、業界を超えた製品・サービス等が連携して大きな利益構造を生み出すエコサイク

図1 「たま」 （1947年）

ル、電気自動車と電力網を統合するVehicle Grid Integration（VGI）の技術開発を推し進め、クルマだけでなく社会全体の持続的な発展に貢献していきたいと考えている。

*EV システム研究所

日 産 技 報No.90 (2024)5

特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望（1）
表1 充電所分布状況と能力（1950年）

図3 「プレーリージョイEV」 （1997年）

1 充電当たりの走行距離は65kmであり、1949 年に発売さ当時は主にノートパソコンや携帯電話など小型製品に使用れた中型「たまセニア」では現在の小型電気自動車に近いされていたが、自動車用に大容量のバッテリーを開発するのは200kmの走行が可能であった。

難しいと見られていた。しかし、1992 年にソニーと共同で自1945 年から1952 年の記録に残る電気乗用車の総生産台

動車用リチウムイオンバッテリーの研究開発をいち早く開始。

数は3500 台を超え 、その中で1947 年から1951 年の「たま」

地道な研究の結果、1996 年についに実用化に成功し、円筒の生産開始から終了までの間、その生産台数は1099台であり、型のリチウムイオンバッテリー（図 2）を搭載した世界初の電気電気乗用車の3 割強を占めた。以上のように戦後の日本では

自動車「プレーリージョイEV」（図 3）を翌 1997 年に、主に各電気自動車が国の復興を支え、日本の主要都市に充電所など

企業や団体向けに30 台販売した。

のインフラが整備されていたこと（表 1 ）は今やあまり広く知ら「プレーリージョイEV」は、最高トルク166Nmの電動モーれていない。1950 年に勃発した朝鮮戦争により、バッテリー

ターを具備し、最高速度は120km/hであり、一充電当たりの主要材料のひとつである鉛価格の高騰の煽りと、ガソリン供給

充電時間とその際の航続距離はそれぞれ 5 時間、200km 以の急改善により残念ながらその役割を終えることとなった。

上であった。電気自動車としての実用性の高い性能を既に備

（1）

（1）

えていた。また、2000 年から6 年間にわたり、国立極地研究

2.2 市場投入へ向けて「プレーリージョイ EV」

所北極観測センターの支援車としても活用され、厳しい気象

日産では電気自動車の開発を続け、1970 年に鉛バッテリー条件下でも6 年間故障することなく、高い信頼性を誇った。騒& 回生ブレーキ装備のコンセプトカー「315X」、1983 年「マー音や排出ガスを一切出さない「プレーリージョイEV」は、音や

チEV」そして1991 年「FEV」など定期的にコンセプトカーを提異臭に敏感な野生動物に極限まで接近することが可能で、観案し、続けて 1993年には「セドリックEV」、1994年に「アベニー

測基地のシンボル的存在として大いに活躍した。（図 4）結果

ルEV」を法人中心に販売するなど、先駆的な試みを続けた。

的に30台という限られた販売台数であったが、「プレーリージョ

今では多くの電気自動車で標準となっているリチウムイオン

イEV」の販売以降、1999 年には北米に「アルトラEV」、日本

バッテリーであるが、世界で初めてリチウムイオンバッテリーが国内には「ルネッサEV」を投入し、電気自動車としての経験を商品化されたのは1991 年であった。

積むことに成功した。

図4 北極圏で活躍する「プレーリージョイEV」
図2 バッテリーモジュール&円筒セル

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日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

これらの電気自動車には、フラットフロア、非接触充電シス
テム、プリエアコン機能、電気自動車専用デジタルメーター、リチウムイオンバッテリー、ネオジム磁石同期モーターなど、後の「リーフ」につながる多くの技術が開発され搭載されていた。

2.3 都市コミューター「ハイパーミニ」
1997 年の東京モーターショーでお披露目され、2000 年に生産型が発売された電気自動車「ハイパーミニ」（図 5）は、全図6 神奈川県横浜市における実証実験

長 2.7m 以下、最小回転半径 3.9m の非常にコンパクトな電気自動車で、21 世紀の日常生活に相応しい2 人乗りシティコ

シティコミューターらしく経済性を徹底的に意識し、当時のミューターとして開発された。世界初のリチウムイオンバッテ

ガソリン販価と比べると5分の1の経済性を達成しており、「いっリーを搭載した「プレーリージョイEV」に続いてリチウムイオン

ぱい走れる1km、1 円。100km 走って、たったの100 円」とバッテリーとネオジム磁石同期モーターを搭載し、バッテリー

いうキャッチコピーは、時代を先取りしたものになっていた。

の小型・軽量化と高出力・低コストを実現していた。また、「プレーリージョイEV」から始まった電気自動車の市場投入

後述する「ハイパーミニ」の電気自動車カーシェアリング等のによって電気自動車に関する多くの技術を蓄積し、「ハイパー社会実験を考慮し、さらに安全性を高め、バッテリーをコバル

ミニ」までに総計約 2500 件の特許出願を行い、その中の300

ト系からマンガン系へ変更している。シティコミューターとして件を超える案件が次の「リーフ」に活かされている。

のコンセプト電気自動車ではあったが、性能の妥協を許さず、最高トルク130Nmの電動モーターは最高速度 100km/h、2.4 「リーフ」の誕生

0-30m 4.5 秒以下の加速性能を誇り、航続距離 115kmを実

初代「リーフ」（図 7）は、持続可能なゼロ・エミッション社

現など、
シティコミューターとして十二分な性能であった。また、会の実現に向けた世界初の量産型電気自動車として、2009

ランフラットタイヤや軽量アルミフレームの採用など、電気自動

年にコンセプトを公開後、2010 年に発売された。電気自動車

車以外の技術も先進的であった。さらには、カーシェアリング

のこれまでの試験的販売や実証実験により、より長い航続距を視野に入れたIC カードタイプのキーレスエントリーシステム

離が必要であり、バッテリーのエネルギー密度の向上が必須の採用も画期的であり、図 6に示す横浜市と海老名市におけであると考えた。そのため、これまでの筒型バッテリー（図 2）

る電気自動車カーシェアリング社会実験やカリフォルニア大に代わる、新たなラミネート型リチウムイオンバッテリーをNEC

デービス校での利用など日米で活躍した。電気で走るというこ（日本電気株式会社）と共に開発、この新開発のラミネート型と以外の環境性能にも配慮して設計されており、リサイクル可バッテリー（図 8）は同サイズで倍のエネルギーを蓄積できた。

能率を重量比で90% 以上を目指し、リサイクル材の再利用、その新型バッテリーの効果もあり、初代「リーフ」は24kWh

材料の統合化、解体しやすい構造などを採用している。

の大容量リチウムイオンバッテリーを搭載しており、力強くなめらかな加速性能を備え、さらに発売当初の航続可能距離は200km（JC08モ ード ）を 達 成した。2012 年 には228km、2015 年には30kWh バッテリーの搭載により300kmまで向上している。

図5 「ハイパーミニ」（2000年）

図7 初代「リーフ」（2010年）

日 産 技 報No.90 (2024)7特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

図8 バッテリーモジュール&ラミネートセル

また、初の量産型電気自動車をグローバルで販売するため、バッテリーの安全設計および評価基準をつくりながらの開発と
図10 制振制御によるスムースな加速なった。設計では、セル・モジュール・パック・車両の各段
階で過電流など異常の発生に対応するための仕組みを設け、評価では、世界の様々な使用環境を想定して徹底した走行テストを行った。例えば、氷点下となる寒冷地での始動・走行テストや、図 9に示す冠水した道を走行するような場合を想定したテストを実施。さらには洗車時の高圧洗浄を想定したテストも行い、確かな安全性を確保している。

図11 「LEAF to home」

バッテリーを走るためだけでなく、エネルギー源としても活用するという電気自動車の新たな価値を世界に先駆けて提案したのもこの「リーフ」であった。「リーフ」に搭載した駆動用バッテ
リーを家庭用電源の蓄電池として活用できるシステム（図 11）を開発・搭載していた。これにより、夜間電力や太陽光発電

図9 冠水路走行テスト

といった再生可能エネルギーで発電した電力を使って電気自加えて日産は、走る楽しさを追求することに妥協せず、電動動車に充電し、蓄えた電気を日中の電力需要が高い時間帯にモーターの性能をフルに活用することに徹底的にこだわった。

使用することで、家庭への安定した電力供給および電気料金

図 10に示すように、単に電動モーターの応答性を向上させるの節約を可能とした。加えて、このシステムは災害時におけるだけでは、ドライブシャフトがねじり共振によって大きな振動を

停電時のバックアップ電源としても活用可能である。

生じる。制御対象をモデル化し、フィードフォワード制御とフィー

3. 電動車の普及に向けてドバック制御を組み合わせて、電動モーターの応答性とスムー
スな加速応答性を両立させている。
この初代「リーフ」は、環境性能、走行性能、使いやすさ、

大人 5 人が快適に乗車できるミドルサイズのハッチバック車

価格などすべての面でお客様の期待を超えたいとの考えを込として販売された初代「リーフ」の発表から十余年、初代「リーめた。アクセルを踏んだ瞬間に感じる力強い加速感や、圧倒フ」からのフィードバックを受けて性能や走行距離を大きく向上

的な静粛性、優れた重量バランスとバッテリーパックを車体中させた第二世代「リーフ」、そして「アリア」および「サクラ」など、央床下に配置したことによる低重心が生み出す意のままのハンクロスオーバーから軽自動車までの電気自動車モデルも展開

ドリング、これまでのクルマとは全く違う、電気自動車ならではし、顧客に多様な選択肢を提供した。加えて、100% 電動モーの走行に、世界中の多くの人が魅了された。また、先進的な

ター駆動ならではの力強くレスポンスの良い加速と、優れた静ITシステムを搭載し、オーナーとクルマがつながる全く新しい粛性を、より多くの人に楽しんでもらうべく、電気自動車のユニッ

価値も提供した。

トとガソリンエンジンを組み合わせた電気自動車の新しいカタチ
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特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望「e-POWER」を2016 年に発表した。いずれのクルマも好評を博している。

3.1 電気自動車を当たり前に第二世代「リーフ」
2017 年に発表した第二世代「リーフ」（図 12）は、最先端の技術を搭載して革新的に進化した。新しい電動モーターは、出力を先代モデルから 38% 増の 110kW、トルクを26% 増の
320Nm とし、爽快でリニアなドライビングを実現した。
図14 航続距離の進化

また、新開発リチウムイオンバッテリーに関し、初代「リーフ」
では4つのセルで1つのモジュールを構成し、車両に計 48モ
ジュールを搭載していたが、第二世代「リーフ」では8セルで1

さらに、「リーフe+」
では、セルの接合部に新工法の「レーザーモジュールを構成することで充填効率を高め、初代「リーフ」と溶接」を適用し、セルの枚数を自在に変えられる新型モジュー

同じサイズのままバッテリー容量を40kWh へとアップし、航続ルを採用した。その結果、モジュールの全長を短くするとともに、

距離 400km（JC08モード）を実現させた。

セルの積層枚数を変えることで車両形状に合わせた最適なモ
ジュール高さにすることに成功し、62kWhもの大容量バッテリーを搭載し、航続距離を570km（JC08モード）に延長している。（図 13、14）日産の電気自動車の特長のひとつは、電動モーターの応答性と制御性の良さを最大限に活用したスムースで素早い加速応答性である。これは、電気自動車のコア技術として磨かれている。第二世代「リーフ」におけるもうひとつのイノベーション
は図 15に示す「e-Pedal」である。「e-Pedal」は、アクセルペダルの操作だけで、発進、加速、減速、停止、停止保持が

図12 第二世代「リーフ」（2017年）可能であり、様々な路面条件でも極めてスムースに減速度をコ
ントロールできる。そのため、発進と停止を繰り返す街中では、ブレーキへの踏みかえ頻度が減り、運転が楽になり、ワインディ
ングでは意のままの加減速によってスポーティなドライビングを楽しめる。さらに、走行抵抗を電動モーターのトルクなどを用いて推定し、電動モーターをブレーキと高度に協調制御している。
この協調制御により、急な勾配の坂道であっても、極めてスムー
スに車両を停止させ、さらには長時間の停止保持も実現した。
スムースで素早い加速応答性は運転する楽しさだけではなく、不慣れなドライバーにも日常での運転がしやすくする一因となっている。

図13 「リーフ」におけるバッテリー進化

図15 e-Pedalの操作概念図

日 産 技 報No.90 (2024)9特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

フラットフロアを実現するため、バッテリーレイアウト設計に

3.2 次世代フラッグシップを目指して「アリア」

おいても限定された空間における成立が求められていた。一方

2021 年に販売を開始したクロスオーバー「アリア」（図 16）

で、利便性向上の観点から急速充電性能に対する要望も高く、は、新しい日産とNissanIntelligent Mobilityを体現した

短時間でより多くの充電量を確保することも同時に求められて車であり、目指したのは、「車の未来を感じる次世代のフラッいた。今回、新開発したバッテリーパックを図 18に示す。バッ

グシップ EV」であった。

テリー筐体の底板と冷却プレートを一体化させ、高体積効率

電気自動車の特性を十分に活かしつつ、最新の技術を取りと温調システムの両立に成功、「リーフ e+」に対してバッテリー込み、すべての面でお客様にご満足いただけることを目指した。

パックの厚さ当たりのエネルギー密度を約2.3倍に向上させた。

電気自動車用パワートレインと車両搭載技術を高度に融合さこの結果、車室内の居住性の向上に貢献しつつ、電気自動車

せた専用パッケージを新たに開発することで、これまでの内燃

トップレベルの体積エネルギー密度・急速充電性能を実現し機関 SUV 車の概念を覆す室内空間の確保と完全フラットフロた。その結果、「アリア」は最大 610kmの航続距離（2WD

アを実現し、フロントオーバーハングの低減とホイールベース

90kWh バッテリー搭載モデル 2WD WLTCモード 社内測定の拡大、最小回転半径の低減、操縦安定性や乗り心地性能値）を達成している。

の向上、航続距離の拡大、静かな室内等を高い次元で実現

ここまで電動化の進化過程を説明するにあたり、バッテリーしている。（図 17）

進化を主に着目し説明してきたが、電動化が加速している中で、電動モーターをはじめとする駆動技術も進化している。「アリア」では、 従 来 多く使われてきた埋 込 磁 石 同期 電 動 機
IPMSM （Interior Permanent Magnet Synchronous
Motor）に 加 え て、 巻 線 界 磁 型 同 期 電 動 機 EESM
（Electrically Excited Synchronous Motor）に着目して開発を進め、商品化を行った。EESMはその名の通り、ロータに直流電流を流し電磁石とするため、ロータも巻き線構造であることが特徴である。「アリア」では高出力化に伴い、図 19に
図16 「アリア」（2021年）示すようにロータ体積を増大させると同時に8 極化することで、必要な電磁力とトルク応答性を確保した。IPMSMでは一般的に高回転速度運転時にて効率が悪化することが知られているが、今回開発したモーターではロータの磁力を電流で可変できる点を活かし、誘起電圧を抑えつつ要求されるトルクを出せるようロータ・ステータ電流を制御した。これにより高回転速度運転においても効率低下を抑制し、航続距離の延長に貢献している。今回、新たに開発した新モーターにより、今後、
EESMはお客様が求める車両性能に対応し、レアアースコスト・供給リスクにも対処する上で、有効な選択肢となった。

図17 高い空間効率と完全フラットフロアの狙い

図19 8極巻線のロータ構造
図18 底板・冷却プレート 一体型バッテリーパック

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これまでにも述べてきたようにモーター駆動の応答性と制御性の向上を最大限に活かし、走る楽しさを追求することは、常に意識している重要なテーマのひとつである。第二世代「リーフ」に搭載された「e-Pedal」を基本とするモーター駆動制御技
術は、「アリア」でさらに洗練された。「アリア AWD」では電動モーターを前後に2 機搭載し、前後の駆動力を完全に独立して高応答かつ高精度で制御している。このポテンシャルを限界まで引き出し、その価値をクルマの性能で実現することを目指

図21 「サクラ」（2022年）したのが「e-4ORCE」である。
「e-4ORCE」が提供する価値は、3つに大別できる。
1）ドライバーの意のままの走り

最大 195Nmのトルクを発揮する電動モーターと高度な制御

2）路面を問わない安心感

技術によるすばやくなめらかな加速により、従来の軽自動車が3）乗る人すべてに快適な乗り心地（図 20）

苦手な高速道路の合流等も無理なく楽に行うことが可能となっ従来の四輪駆動車に期待される、悪路での走破性だけでなた。また、モーター構造の最適化により、軽自動車としてフラッ

く、普通の道を普通のドライバーが普通に運転している状況下

グシップの名に恥じない最高水準の静粛性を実現している。

にあっても、その価値を享受できることを目指した。すなわち、「サクラ」には「リーフ」から培い磨き続けてきたリチウムイオ「e-4ORCE」
は“いつかのために”ではなく、“いつものために”、

ンバッテリーの技術を投入している。その特徴のひとつがラミ

その価値を体感できる性能向上にも力を注いでいる。

ネート構造セルの採用である。さらに第二世代「リーフ」から採用されているコンパクトな積層構造は積み上げるセルの枚数を自由に変更でき、搭載フレキシビリティが非常に高くなっている。 図 22に「サクラ」に搭 載したバッテリーパックを示す。
40kWhの第二世代「リーフ」ではセルを96 枚直列につなげたパックを2 列並べているが、「サクラ」ではその1 列分を使用した20kWhを採用し、軽自動車のフロア下にある限られたスペー
スを最大限に活用するようにレイアウトされている。
「サクラ」の航続距離はWLTCモードで180kmであり軽自動車の使われ方である毎日の買い物や送迎、通勤用途において十分な航続距離を担保している。特に地方では給油スタン
ドに行くことが大変なケースがあるが、自宅で充電できる「サクラ」であれば、夜に家に帰ってプラグに差し込めば、朝には満充電されているので、軽自動車顧客のカーライフが大きく変わることが期待される。
表 2に本節で紹介した「サクラ」と2.1 節にて紹介した比較

図20 減速時の姿勢制御

的車格が近い「たま」との諸元、および性能の比較を示す。あらゆる点で大幅な性能向上を達成しており、75 年の電気自動

3.3 日本の電動自動車の時代に彩を「サクラ」「サクラ」（図 21）は、日本市場独自の軽自動車というカテゴ

車の大きな進化が伺える。

リーで、シックで先進的なデザインを纏い、軽自動車とは思えないほどの上質で広い室内空間と、電気自動車ならではの力
強い加速となめらかな走りを兼ね備えた軽自動車のフラッグシップカーの役割を担っている。

図22 「サクラ」バッテリーパック

日 産 技 報No.90 (2024)11特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

表2 「たま」と「サクラ」の諸元・性能比較

図 24に「e-POWER」システムを示す。「e-POWER」は、大表2 「たま」と「サクラ」の諸元・性能比較

出力電動モーター、インバータ、ガソリンエンジン、ジェネレー仕様

たま電気自動車 1947年

サクラ 2022年

全長×全幅×全高（ｍｍ）

3,035×1,230×1,618

3,395×1,475×1,655

ホイールベース（ｍｍ）

2,000

2,495

車重（ｋg）

1,100

1,080

モーター

直流直巻電動機

交流同期電動機

駆動バッテリ

鉛蓄バッテリ 40V 6.5kWh

リチウムイオンバッテリ 350V

バッテリ容量6.5kWh

20kWh

定格出力

3.3kW(4.5 ps)

20kW

最高出力

-

47kW

最大トルク

-

195Nm

1充電走行距離65km（計測方法不明）

180km（WLTC)

最高速度35km/h130km/hタから成る一体型パワートレインと高電圧バッテリーから構成
されている。走行にエンジンと小型電動モーターを併用する一般的なパラレルハイブリッドシステムと異なり、「e-POWER」は電気自動車と同様に高出力な電動モーターでタイヤを駆動するガソリンエンジンと電動モーターを融合した電動パワートレインである。エンジンは発電専用として動作し、電動モーターのみで100% 駆動するため、電気自動車そのものの走りを楽しむ
ことが可能である。
「e-POWER」は、これまでの電気自動車開発で培ったモーター制御技術、電動パワートレインの一体化技術に加え、エ3.4 電気自動車の新しいカタチ「e-POWER」

ネルギーマネジメント技術を融合することで実現した。図 25に電気自動車では大出力電動モーターによる電動駆動を活か「e-POWER」システム動作を示す。エンジンとタイヤが直接つAlliance Internal

したスムースで思い通りの加速や、なめらかな減速制御、抜

ながっていないため、エンジン始動タイミングを自在にコント群の静粛性など、とても好評を博した。この電気自動車の走るロールすることができる。発進から中低速まではモーターのみ

楽しさと、ガソリンエンジンの利便性を高い次元で両立させたで走行し、ロードノイズが高まってくる高速域でエンジンを始のが「e-POWER」であり、2016 年「ノート」（図 23）に搭載し動し発電することで、エンジンの作動時間を減らし、静粛性の販売開始した。

高い走りを可能とした。加えて、最も効率の良いエンジン回転
速度域で発電することで、低燃費を実現する。

図23 「ノート e-POWER」（2016年）

図25 e-POWERシステム動作概念図

図24 初代「e-POWER」システム

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国内専用で展開されていた「e-POWER」は、現在、第二という目標を掲げた。本章ではカーボンニュートラルを実現す世代となりグローバルに展開されている。
第二世代「e-POWER」

ると同時に、持続可能な社会に向けた電動化技術の将来の方（図 26）は初代「e-POWER」をあるべき方向に正常進化させた

向性について述べる。

ものであり、システム全体を改良することで、力強さ、スムー

カーボンニュートラルを実現するためには、世の中の自動車

スさ、および静粛性を進化させ、より電気自動車らしいフィーがすべて現在の電気自動車に置き換えられれば実現できるわ

リングを実現した。電動パワートレインを小型化・高出力化し、けではない。そこには電気自動車の更なる効率化が求められるエンジンを発電に特化した「e-POWER」専用エンジンとして、だけでなく、資源循環社会の構築や再生可能エネルギーの促

これまでよりも高い熱効率を利用できるようにした。また、エネ

進など、社会全体で取組んでいく必要がある。（図 29）次節よルギーマネジメント技術に関しても徹底的に見直し、エンジン

り日産の将来に向けた取り組みを紹介していく。

の始動タイミングや電力配分などのシステム制御技術を磨き上げ、さらには新たに開発したロードノイズ推定技術（図 27）やナビゲーションシステムとの協調によるエンジン始動制御など、静粛性と燃費向上に努めている。
走る楽しさの追求においても、電気自動車で培った電動モーター制御技術である「e-4ORCE」および「e-Pedal」と同様の機能を持った「e-POWER Drive」なども搭載し、従来のガソリン車およびハイブリッド車では味わえなかったクルマの扱いやすさ、快適性、安心感を顧客に提供している。

図26 「エクストレイル 第二世代e-POWER」

図28 日産のカーボンニュートラルに向けた取組み

図27 ロードノイズ推定技術によるエンジン始動制御

図29 カーボンニュートラルと持続可能な社会に向けて

4. 社会の発展と共に持続可能な社会に向けて
ここまで75 年にも及ぶ日産の電動化の歴史について述べて

4.1 電気自動車の効率向上と更なるバッテリー進化きた。これからも、日産は環境・エネルギー問題と走ることの日産は今まで述べてきた通り、たゆまぬ努力により電気自動楽しさを高い次元で調和させるべく努力していく。2021 年、

車のハードウェアとソフトウェアを同時に進化させ、走る楽しさ

日産は図 28に示す長期ビジョン「Nissan Ambition 2030」をの向上、および電費と航続距離の改善を達成してきた。一例発表し、ライフサイクル全体でカーボンニュートラルを達成するとして、図 30に日産の航続距離の進化の過程を示す。

日 産 技 報No.90 (2024)13

特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

大幅な革新により、車種展開、地域展開を加速させ、より多くの人に電気自動車を広めていき、カーボンニュートラルを実現させていく。

図30 量産電動自動車の航続距離進化

エンジニアの努力の結果、現在の電気自動車は、従来のガ
ソリンエンジン車などと比較して同等または優れていることによ
図31 自動車におけるエネルギーロス割合

り、市場に受け入れられ始めている。
しかしながら、更なる電費改善と、様々な市場要求に応えていくことが電気自動車の普及を後押しし、カーボンニュート
ラルを目指す上で重要になると考える。図 31にガソリンエンジ
ン車と電気自動車におけるクルマが走る際のエネルギーロス発
生領域の比較を示す。従来、ガソリン・ディーゼル等のエンジン車ではパワートレインによるエネルギーロスが大半を占め、自動車の効率向上にはエンジンの熱効率を含むパワートレインの効率向上に主眼を置くことができた。一方、電気自動車は
パワートレイン、走行抵抗、空気抵抗などが比較的等比率でロスを生じる。よって、効率改善を単にパワートレインで考えるのではなく、クルマ全体をひとつのシステムとして捉えることが不可欠となる。電動パワートレインの小型・高出力化によるクルマのデザイン性向上を介した空力改善への貢献、バッテ

図32 将来の電気自動車における車種展開

リー出力密度向上による総重量低減がクルマシステム全体での効率向上に効果的であり、目指す方向性となる。
さらに、電気自動車の市場要求に応え、図 32に示すように
車種拡大を図っていくためには、リチウムイオンバッテリーのエ
ネルギー密度の向上が必要不可欠である。しかしながら、実際には、ここに物理的な限界が存在する。よって、搭載するバッ
テリー容量を大きくし、航続距離を市場の期待値まで高めてゆ
くと、バッテリーの重量が大きくなってしまい、クルマとしての効率が悪化するという悪循環が生じる。ここで期待されるのが
図 33に紹介する全固体電池（以後、ASSB）である。ASSBは、従来比で約 2 倍となる高いエネルギー密度や、大幅な充電時間の短縮、バッテリーコストの低減等により、電気自動車の普及を促進させる技術として期待されている。従来のリチウムイ
オンバッテリーは電解質に液体（有機溶媒）を使用しているが、
ASSBの電解質は固体であることから、熱に強く、副反応が少

図33 リチウムイオンバッテリーとASSBの比較ないため、より多くの材料の組み合わせが可能になる。これにより、よりコストの安い正極材や、より多くのエネルギー密度を持つ負極材を選択することが可能となる。
これらクルマシステムとしての効率向上、バッテリー技術の
14

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

4.2 持続可能な社会に向けたエコサイクル

式会社と共に、クルマとしての役目を終えたバッテリーを、踏自動車は多様な原材料と多くの部品からつくられており、そ切の非常用電源に再利用する取り組み、および株式会社 JVCの集合体として新たな価値を生み出している。日産は、資源のケンウッドと共にポータブル電源販売を開始した。（図 35）ク

利用効率を向上させるとともに、再生可能な資源や再生材のルマとしての役割およびリユース・リパーパスも終わったバッテ採用など資源の多様化を進めてきている。ここでは、バッテリーリーを廃棄するのではなく、そこから材料を取り出してリサイク

循環社会に焦点を当て、将来の展望を紹介する。電気自動車

ルする。（図 34 ④）このリサイクルされた材料が図 34 ①の製が普及すると、多くのバッテリーが流通することになる。バッテ

造工程に戻り、
より安く、製造 CO2を抑えたバッテリーをつくり、リーには貴重な材料が多く使われており、それを資源として循

新しい電気自動車が生み出される。

環させることが重要となる。日産は、電気自動車が市場で広く

今後、流通したバッテリーがそれぞれの役割を終え、戻っ普及していく中で、再利用可能なリチウムイオンバッテリーをてくるバッテリーが増加するため、図 34に示したエコサイクル

有効に活用することを見据え、初代「リーフ」の販売開始当初の確立および貢献技術開発を加速することが重要となる。日産から住友商事株式会社と共にフォーアールエナジー株式会社

は「リーフ」
販売当初からクルマから得られるテレマティクスデー

を設立した。

タを通じ、バッテリー劣化状態 SOH（State of Health）の理解に努めてきた。図 36に使用済みバッテリー劣化状態の評価
に対する適正リユース方法について示す。

図34 バッテリー循環概念図

図36 バッテリー劣化状態と適用先コンセプト

図35 2nd ライフバッテリーの適用先例

図 34にバッテリー循環の概念図を示す。販売された電気自動車は、単なる移動手段ではなく、動く蓄電池、つまりエネル
ギーソリューションとしての利用ができる。（図 34 ②）この取り組みは次節にてより詳細に述べる。クルマとしての利用が終わったバッテリーは、もう一度電気自動車に使うリユースや、

図37 リサイクル循環プロセス

使用用途を変えて使うリパーパスができる。（図 34 ③）日産は前述のフォーアールエナジー株式会社を通じて、JR 東日本株
日 産 技 報No.90 (2024)15特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

日産はリユース・リサイクルを見据え、市場のバッテリーが今どのような状態で使われているか、テレマティクスデータを通じて把握することが出来るようにしている。本データを通じてバッ
テリー状態を把握し、その状態に応じて自動車用再生バッテ
リーや定置用バッテリーとして再利用するバッテリーリサイクル
ビジネスを進めていく。図 37にリチウムイオンバッテリーのリサ
イクル循環プロセスを示す。現状では中古バッテリーを廃却処理してしまう場合があるが、これでは、金属材料を再び使える
図38 日産のV2Xの取り組み

かたちで取り出すことは不可能になる。高価なニッケルやコバ
ルトを純度の高い原材料レベルまでリサイクルする技術開発のみならず、例えば、図 37 内の赤線で示す電極レベルでバッテリーに戻すDCR（Direct Cathode Recycle）技術開発も進めており、このリサイクル技術の構築とビジネスモデルを築くことが急務である。これは地球全体の資源枯渇を避けるだけでな
く、リサイクルによって次につくる新品のバッテリーコストを下げるという好循環をつくることが可能となるためである。

4.3 Vehicle Grid Integration 電力平滑化へ
電気自動車は、社会に新しいエネルギーの活用方法を提供
でき、電気自動車の持つ大容量のバッテリーは、街全体の電力エネルギーとつなげることを可能とする。図 38に日産の図39 福島県浪江町における実証実験

V2Xの取り組みを示す。前述した家とつながる「Vehicle toHome」は市販化され、既に多くの家庭とつながっている。

図 40に日産が目指すAIを利用したエネルギーマネジメント

Vehicle to Buildingの実用化、CommunityやGridレベル

システムを示し、以下に特徴を紹介する。

での実証実験もスタートしており、将来的にはどこに行っても

1. 電気自動車の自律的充放電

社会や街のエネルギーとスマートにつながっていき、電気自動太陽光、風力、水素燃料電池からの発電量と、商業施

車は世の中の電力需給バランスの安定に貢献できると考えられ設の電力需要の情報を基に、PCSに搭載された日産のる。加えて電気自動車は定置型再生バッテリーと組み合わせる

充放電制御システムが、電気自動車の充放電を自律的ことで、再生可能エネルギーの活用を向上させることが可能でに行う。

ある。日産は福島県浪江町にて電気自動車の充放電システム

2. 電気自動車の充放電優先度・タイミング調整を活用したエネルギーマネジメントシステムの実用化検証を開本充放電制御システムが、電気自動車のバッテリー残量始している。浪江町の商業施設が保有する再生可能エネル

や使用パターン（走行距離、出発時刻など）を考慮し、ギー発電設備および、PCS（パワーコンディショニングシステム）

商業施設の電力使用状況に応じて、充放電を行う優先と浪江町公用車である「リーフ」を活用、日産の充放電制御シ車両を決め、必要なタイミングで充放電を実施する。

ステムをPCSに搭載することで、効率的なエネルギー運用を

3. 再生エネルギー有効活用と電力系統安定化

検証し、クリーンエネルギーの地産地消を促進するエネルギー

本システムで商業施設の使用電力のピークを下げること

マネジメントシステムの構築を目指している。

により、電力コストの削減が期待できる。また、電気自動車の充電電力の再生可能エネルギー 100%を目指すことで、エネルギーの有効活用と、電力系統の安定化に貢
献する。

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日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

図40 日産エネルギーマネージメントシステムコンセプト

日産は、電気自動車や定置型再生バッテリーを利用したエネルギーマネジメントシステムの構築により、各種施設や域内
店舗での再生可能エネルギーの利活用を向上させ、低炭素化への取り組みを加速させる。

5. さ い ご に
日産はクルマを単なる移動手段だけでなく、移動のその先へ、社会を前進させるモビリティ、すなわちBeyond Mobilityに向けてクルマの存在意義を再定義していく。それこそが電動化をベースとした100 年に一度の大変革なのではないかと考える。そのため、今号の特集である電動化・知能化・コネクテッ
ドの更なる進化に加え、これまでの自動車業界の常識に囚われない新たな考えや、取り組みが益々大事になる。電気自動車は社会を変えていく大きな可能性を持っている。
参考文献（1）石川和男, わが国における第二次世界大戦直後の電気自動車ブーム, 慶應義塾大学出版会 , 三田商学研究 ,Vol. 63, No.4（2020）

日 産 技 報No.90 (2024)17特集 1: 電動化 - 1. 日産自動車の電動化革命 :「たま」から「アリア」までの 75 年の歴史と未来への展望

著者

寺地

淳

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日産技報

No.90 (2024)

特集 1

特集 1: 電動化

2. 新世代 EV 専用プラットフォームにおける高いパッケージング効率の実現
大西

将浩 *

曽根

来*

1. は じ め に

2. EV 車両パッケージの現状

2010 年に、グローバル市場に投入する量産 EVとしてリーお客様が EVに期待する車両パッケージとして、大きく以下

フの発売が開始された。リーフのプラットフォームは、世界初2つが挙げられる。

のリチウムイオン電池搭載 EVであるプレーリージョイEVをは① コンパクトなパワートレインによる、前後方向で広々としたじめ、アルトラEV、ハイパーミニ等の開発で培った電動化技

室内空間術を土台に、ガソリン車と遜色のない高い信頼性・安全性と②

EVらしい「感動の走り」を提供することを目標に開発された。

排気系、プロペラシャフトレスによる、完全にフラットな室
内フロア

その高い信頼性・安全性や走りの良さは、結果としてお客様

しかしながら、実際に双方を両立させるEVの開発はお客様のに受け入れられ、EV 普及に貢献してきた。

想像以上に困難である。

また、パワートレインの一体化や高出力化、ヒートポンプ空

図 2に、市販 SUV 群における車両全長と有効室内長（アク調の採用、高電圧バッテリー容量拡大などの技術を継続的に

セルペダルから後席乗員ヒップポイントの距離であり、居住空

取り込み、航続距離や走りの気持ちよさに磨きをかけてきた。

間の前後長の代表指標）の比較を示す。SUV EV 車のベンチ

今回、
アリア（図 1）に採用した新世代 EV 専用プラットフォー

マークラインはSUV ICE 車に対して前後方向のパッケージ効ム（CMF-EV）を開発するにあたり、リーフで培った高度な信率で劣っていることが解る。また、車型が異なるとはいえ、リー

頼性・安全性を継承・進化させつつ、EVならではの車両パッフもCセグメントICE 群と同等の前後スペース効率となっていケージの実現・航続距離・走行性能の更なる上を通じて、「さる。航続距離確保を目的に大容量高電圧バッテリーを搭載しらにお客様の期待を越えること」を、取り組むべき課題に据たEVでは、車両質量が大幅に増加する。そのため、ICE 車えた。

に対して、低速衝突時の損傷性ならびに高速衝突時の乗員・

本稿では特に広い室内と大容量バッテリーの搭載、高い走高電圧安全確保に必要な衝突ストロークが増え、コンパクトな行性能を達成させたキーポイントについて解説する。

駆動系によるスペースメリットを相殺していた。

図1 日産アリア

図2 SUV群における車両全長・有効室内長比較* 第二製品開発部

日 産 技 報No.90 (2024)19特集 1: 電動化 - 2. 新世代 EV 専用プラットフォームにおける 高いパッケージング効率の実現

また、完全フラットフロアについても、リーフではセンタートパートメントの延長が必要になる。（図 5）

ンネル内にブレーキ配管、冷却水配管、高電圧ハーネスなど

アリアに採用したCMF-EVでは、空調ユニットを圧壊させるを配策しており、お客様の期待に必ずしも応えられていなことにより、必要なクラッシュストロークを確保しつつ、エンジ

かった。

ンコンパートメント前後長を短縮した。（図 6）
空調ユニットは主に熱交換器、冷媒配管、ブロアファン、

3. 新世代 EV 専用プラットフォーム CMF-EV での進化ダクト等で構成されているが、熱交換機とブロアファンモータ
以外の構成部品は樹脂あるいは中空形状であるため、圧壊代

アリアに採用したCMF-EVでは、空調ユニットをエンジンコが存在する。そこで、アリアのフルラップ前面衝突時では200㎜

ンパートメントに搭載するブレークスルーと、機能統合による程度空調ユニット本体を圧壊させる前提で衝突時のFS 特性をパッケージの高密度化を図り、SUV ICE 車のトップベンチマー

空調ユニット割り付けて開発を進めた。

クを上回る前後方向空間効率と完全フラットフロアを実現、実

なお、空調ユニット構成部品のうち、高電圧部品である空際にアリアをご購入されたお客様からも高く評価されている。

気 PTCヒータは、非クラッシャブルゾーンである居室内に搭載（図 2・図 3）

し、衝突時の高電圧安全にも配慮した。

図3 高い空間効率と完全フラットフロアを実現

更に、上記の機能統合部品を計画当初から車体骨格剛性

図4 従来の空調ユニットとクラッシュスペースの関係の前提に織り込むことで、お客様が EVに期待する意のままの操縦性・乗り心地と軽量化を両立させた。

4. 空調ユニットのエンジンコンパートメント内配置
本章以降は、より具体的な達成方策について解説する。従来は室内のインストゥルメントパネル内に配置されていた空調
ユニットを、エンジンコンパートメント内配置に変更し、薄型インストゥルメントパネルを実現したことは、アリアのワールドプレ
ミア等で紹介され、広く知られている。

図5 空調ユニット移動とエンジンコンパートメント延長

しかしながら、単なるユニット搭載位置変更のみでは車両全長に対する有効室内長、すなわち前後方向のパッケージ効率向上に殆ど寄与しない。なぜならば、室内空間が延長される
一方で、空調ユニットを搭載するエンジンコンパートメントは延長せざるを得ないからである。
アリアにおけるブレークスルーは、空調ユニットの移動に加えて衝突時に積極的に圧壊させる構造としたことである。図 4に示す通り、従来の空調ユニットはダッシュパネル後方、すな4

わち非クラッシャブルゾーンに搭載されていた。単純に空調ユ
ニットをエンジンコンパートメントに移動、かつクラッシュスト
ロークを維持すると、空調ユニットの前後寸法分エンジンコン

図6 空調ユニット圧壊前提のクラッシュスペース

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日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 2. 新世代 EV 専用プラットフォームにおける 高いパッケージング効率の実現

ここでは、空調ユニットを安定して圧壊させる方策について解説する。図 7にCMF-EVのエンジンコンパートメント内レイ
アウト図を示す。空調ユニットはエンジンコンパートメント内の最後方に搭載され、その前方には充電器、ジャンクションボッ
クス、DCDCコンバータをアッセンブリしたアッパーパワートレ
インユニットが搭載されている。

図7 エンジンコンパートメントユニット配置図

図8 前突時ユニット挙動ねらいと締結点のスリット構造

前面衝突時には、アッパーパワートレインユニットは衝突事

5. 機能統合による省スペース化と車体剛性の両立

象の中期から後退を開始し、空調ユニットの完全圧壊とほぼ大容量バッテリーの搭載、居室空間の拡大とフラットフロア、同時に最大後退量に到る。様々な衝突形態において、安定的

高い走行性能の実現を目的に、機能統合によるパッケージのに空調ユニットを圧壊させるには、アッパーパワートレインユ

高密度化にも取り組んだ。ここでは主要な2 事例を紹介する。

ニット側面視の初期搭載角度を維持したまま後退させることが第1は、アッパーパワートレインユニット固定構造、
空調ユニッ

望ましく、以下の考え方で挙動コントロールを達成した。

ト固定構造、ストラットタワーバーを統合したカウルトップメン① アッパーパワートレインユニット前方を車体骨格と接続バーである。図 8に示す通り、従来構造において、アッパーパ

し、衝突時の後退挙動を安定させる

ワートレインユニットはサイドメンバー間を接続するメンバー上② アッパーパワートレインユニット後退時に後方固定点ブに、空調ユニットは車室内のステアリングメンバーにそれぞれラケットを切り離し、アッパーパワートレインユニット後搭載されていた。さらに高い操縦性能が求められる車両につ退を阻害しない

いては個別にストラットタワーバーが追加されていた。

上記①の具現化構造として、フロントサイドメンバーと接続

CMF-EVでは、新たに設定したアルミ製のカウルトップメンされたラジエターコアサポートメンバーにアッパーパワートレイ

バーにアッパーパワートレインユニットと空調ユニットの固定、ンユニット前方を固定するとともに、ブラケット許容変形量及ストラットタワーバーの機能を集約することで、固定構造スペー

び変形モードを規定した。

ス低減と軽量化を進めながら、ストラットタワー周りの骨格剛②に対しては、後方固定点のボルト締結部にスリットを設け、性向上を両立させた。（図 9）衝突時の後退入力を受けた時のみブラケットがスライドして抜ける構造を設けた。（図 8）
通常走行時の確実な固定と衝突時のスライドを両立させる
ため、ブラケット剛性や表面処理、寸法精度、締結トルク管理等を徹底している。
上記取り組みによって、新たに空調ユニットスペースをクラッシャブルゾーンとして活用し、十分なクラッシュストロークとお客様の期待である「コンパクトなパワートレインによる、前後方向で広々とした室内空間」の両立が可能となった。

図9 カウルトップメンバーによる機能統合

日 産 技 報No.90 (2024)21

特集 1: 電動化 - 2. 新世代 EV 専用プラットフォームにおける 高いパッケージング効率の実現

第 2は、高電圧バッテリーフレームの多機能化である。従また、フロントサスペンションメンバーのリア側締結点、リア来構造における高電圧バッテリーフレームの主たる機能は、サスペンションメンバーのフロント側締結点と、高電圧バッテ

バッテリー本体保持と衝突や路面干渉をはじめとする様々な入リーフレームとを、サスペンションピンステイを介して結ぶこと力からの保護機能である。

により、サスペンションメンバー締結点横剛性を向上させ、操詳細は高電圧バッテリー開発の稿に譲るが、CMF-EVでは、

舵応答性を高めた。（図 12）

バッテリーフレームにアルミ押し出し材を採用した利点を活かし

この様に、高電圧バッテリーフレームを主要な骨格部品として、上記機能に加えて、バッテリー温調用ウォータジャケットて活用したこと等により、車体側クロスメンバー断面を縮小しと4WD 用のリアモータ・インバータ行き冷却水配管を、新たてフラットフロアを実現させつつ、従来 CセグメントSUVに対にフレーム断面内に統合した。（図 10）

して約 1.9 倍の車体剛性を確保し、低床フラットフロアと乗心

さらに、リアモータ・インバータ行き高電圧ハーネスをバス

地性能をはじめとする動性能との両立を達成した。

バー化して高電圧バッテリーパック内に配策、ブレーキ配管を
高電圧バッテリーパックとサイドシルの間隙に通すことによってトンネルを廃止し、お客様が EVに期待する「排気系、プロペラシャフトレスによる、完全にフラットな室内フロア」を実現した。

図12

サスペンションと高電圧バッテリーとの結合強化

6. お わ り に
開発中にEVを取巻く環境は日々激動したが、リーフで培った高度な信頼性・安全性を継承・進化させつつ、車両パッケー

図10 高電圧バッテリーフレームへ水配管を統合

ジ・航続距離・走行性能について「さらにお客様の期待を越える」という当初目標はぶれることがなかった。

加えて、高電圧バッテリーフレームを主要な骨格部品として

本稿では触れられなかったが、空調使用時や様々な温度条

位置付け、車体骨格ならびにサスペンションメンバーとの結合

件を含む実用シーンでの航続距離や充電性能、高電圧バッテ強化を図った。

リーの耐容量低下特性などもリーフから進歩させることができ

図 11に示す通り、車体フロアに設定したホットスタンプ材のた。さらに、e-4ORCEに代表されるEVならではの走りの良さ

床上クロスメンバーと高電圧バッテリー内クロスメンバーは前やコネクティビリティーによる使い勝手の更なる向上にも取り組

後位置が互い違いとなる様に設定されている。高電圧バッテんだ。

リー内クロスメンバーはサイドフレーム及びサイドレールを介し結果として、アリアは、EVというカテゴリーを越えて、純粋て車体のサイドシルと結合されており、側面衝突時の高電圧なクルマとしても積極的に選んで頂ける製品になったと自負しバッテリーの保護のみならず、車体骨格剛性向上にも寄与し

ている。

ている。

また、CMF-EVプラットフォームは、ホイールベースやトレッドの可変幅を持っており、アリアに対してコンパクトな車両サイ
ズにも適合できるように開発されている。
CMF-EVプラットフォーム採用車種を、これまでEV 購入をためらっていたお客様にもご購入頂くことで、広く持続可能な
モビリティに貢献できることを願っている。

図11 車体フロアと高電圧バッテリー骨格位置関係

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No.90 (2024)

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著者

大西

将浩

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曽根

来

23

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No.90 (2024)

特集１
特集 1

特集 1: 電動化

3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望
大間

敦史 *

田渕

雄一郎 **

田崎

信一 **

諸岡

正浩 **

八田

健太郎 **

枚田

典彦 ***

各種企業・団体に向けてリース販売を実施した。その後も、

1. は じ め に

ミニバン型「ルネッサEV」（1998 年）、超小型 2 人乗りEV「ハイパーミニ」（2000 年）など、現在につながるEV 技術開発を

日産自動車は、持続可能な社会に向けて、2050 年までに重ねてきた。そして、2010年12月に、世界初の量産型EV「リークルマのライフサイクル全体におけるカーボンニュートラルを実フ」を日米欧の主要マーケットに対して販売を開始した。「リー現する新たな目標を発表した。その目標の達成に向けて、フ」には、様々な課題を乗り越えてゼロ・エミッション社会の2030 年代早期より、主要市場に投入する新型車をすべて電実現を目指すといった強い決意が込められている。2017 年に動車両とすることを目指し、より競争力の高い効率的な電気自は、第 2 世代の新型「リーフ」を、2019 年には「リーフe+」を動車（EV）の開発とバッテリーの技術革新を進めている。

それぞれ発売し、航続距離や出力を大幅に改善した。

これまで日産自動車では、「ニッサン・グリーンプログラム」

さらに、2021 年には、新型クロスオーバー SUVである「アを発展させながらクルマや事業からのカーボンフットプリントをリア」を発売した。「アリア」はグローバルに通用するSUVで、最小限に抑えるように継続的な取り組みを行ってきた。そして、スタイリッシュなデザインやEV 専用プラットフォームはもちろ

ゼロ・エミッション車のパイオニアとして、グローバルで累積

ん、モーター、大容量バッテリー（66 kWh, 91 kWh）
、搭載

100 万台以上のEVを販売するとともに、業界団体や政府自治

されるコネクテッド技術、改良版プロパイロット2.0、e-Force

体と連携しながらインフラ整備やEVの価値についての啓発活に支えられた上質な乗り味と静粛性など、現在の日産の最新動も行ってきた。とりわけ、2010 年に世界初の量産型 EVと技術をすべて集結したモデルである。その魅力的なデザインかして販売を開始した「リーフ」は、2023 年 7月時点で累積 65ら、「アリア」はドイツ・レッドドットデザイン賞（2022 年）を始め、万台以上のグローバル販売台数に達している 。その間、バッ

国内外で数々のデザイン賞を受賞した。一方で、2022 年には、テリーの品質と信頼性を犠牲にすることなく、容量や入出力な

全く新しい軽のEV「サクラ」を国内市場に導入した。「リーフ」

どの性能を向上してきた。これまでに、電気自動車に搭載したの開発で培った技術をフル投入するとともに、生活に寄り添い

セル数は累積で1 億個を超えたが、バッテリー起因の重大事ながらも運転する楽しみをもたらし、EVを身近に感じさせる商

故はゼロである。

品である。「サクラ」は、2022~23 年「日本カー・オブ・ザ・（1）

本稿では、2010 年から現在に至るまでに開発してきた「リーイヤー」を受賞した。

フ」を中心に、EVの開発の歴史とバッテリーの進化、並びに、

図 2 a）に「リーフ」および「アリア」の航続距離の変遷を示す。

全固体電池（ASSB）を含めた今後の展望について解説する。

初期型「リーフ」（24 kWh）は、当時の燃費測定基準であった
JC08モードで200 km、第 2 世代「リーフ」（40 kWh）は同・

2. 日産自動車における EV の歴史と400 kmの航続距離である。2018 年 10月に燃費測定基準がバッテリーの進化

WLTCモードに改定され、第 2 世代「リーフ」（40 kWh）はWLTCモードで322 km、62 kWh 仕様では同・458 kmの2.1 EV 開発の歴史

航続距離であり、初期型に対して2 倍以上に進化した。一方、

図 1に、日産自動車におけるEV 開発の歴史を示す。1947「アリア」は2 種類のグレードを有し、B6グレード（66 kWh バッ

年に、最初のEV「たま」を試作し、航続距離 96.3km、最高テリー仕様）の航続距離はWLCTモードで470 km、B9グレー

速度35.2km/hを達成した。また、世界初のリチウムイオンバッド（91 kWh バッテリー仕様）では610 km（社内測定値）であテリーを搭載した「プレーリージョイEV」を開発し、1997 年に、る。

*EV システム研究所

日 産 技 報** パワートレイン・EV バッテリー次世代技術開発部

No.90 (2024)*** パワートレイン ･EV 技術開発本部25

特集 1: 電動化 - 3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望

図 2 b）に「リーフ」
および「アリア」の充電性能の変遷を示す。

2.2 バッテリーの進化

ここでは、バッテリーの残量警告等が点灯してから充電量が

上述のように、初期型「リーフ」の発売から現在に至るまで、80 %に達するまでの充電エネルギー（kWh）を所定充電時間

航続距離や充電性能の改善などEVの魅力を高めるために、（30 分間）で除した値を規格化して示す。初期型「リーフ」にバッテリーの技術開発を進めてきた。図 3に、航続距離と充比べて、第 2 世代「リーフ」および「リーフe+」は1.3 倍の充電

電性能の進化に向けたバッテリーの代表的な技術課題を示す。

受け入れ性となり、より短時間での充電が可能となった。さらここでは、「リーフ」と「アリア」に搭載し、これらの課題解決にに「アリア」では、初期型「リーフ」と比べて2.1 倍まで向上し、貢献してきた代表的なバッテリーのセル・材料技術、および、充電性能を大幅に進化させることができた。

パック・モジュール技術を紹介する。

このような航続距離や充電性能の変遷は、バッテリーやパワートレインを含めた車両全体の様々な技術の進化によって達2.2.1 高容量化に向けたセル・材料技術の進化成したものである。本稿では、それらの中で、主としてバッテリー

航続距離を伸ばすためには、セルのエネルギー密度を向上に由来する技術の進化について述べる。

させることが効果的である。そのためのキー技術の1つは、正極活物質材料の高容量化である。図 4に、正極活物質材料の変遷を示す。初期型「リーフ」では、正極材料として、主として結晶構造がスピネル構造であるマンガン系（LiMn2O4）材料を適用した。これに対して、第 2 世代「リーフ」では、新たに、層状構造を有するNMC 系材料（三元系 :ニッケル/マンガン/
コバルトの混成材料）を適用した。また「アリア」では、ニッケ
ル比率を高め、更なる高容量仕様とした。このNMC 系材料
は結晶構造内にリチウムイオンを高密度に蓄えられ、従来のマンガン系材料に対し、第 2 世代「リーフ」では1.6 倍の、「アリア」

図1 日産におけるEV開発の歴史

では1.8 倍の容量比を、それぞれ実現した。
一方、高容量のNMC 系材料は層状構造であるため、従来のマンガン系材料よりも過充電状態においては結晶構造が弱く、信頼性が低下する可能性がある。今回、信頼性のロバス
ト性向上のため、NMC 材料の組成比、セパレータ層構造を代表とする構成材料および部品の最適化、そして、性能と信頼性のトータルバランスをとったセル設計を実施した。これにより、セルの信頼性を損なうことなく、セルの高エネルギー密度化を実現した。さらに、充電性能を向上させるためにはセルの抵抗を低減する必要があるが、従来のマンガン系材料に対

図2 a）「リーフ」および「アリア」の航続距離

して、NMC 系材料では内部に存在するリチウムイオンが動きやすいために低抵抗化に寄与する。その他、NMC 材料の組成比、負極材料、電極物性、電解液の低抵抗化、セル積層構造の最適化により、初期型「リーフ」に対して50 % 以上の
セル抵抗の低減を実現した。

図2 b）同

充電性能
図3 航続距離と充電性能の進化に向けたEV向けバッテリーの主要な技術課題26

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望

さらに、「アリア」では、LLCを用いた冷却（温調）システムが採用されている。このシステムにはプレートがパック底面部に敷設されており、LLCをチラーで冷却し、プレートに流すことでバッテリーを冷却する。パック内に配置されたモジュール（セル）を均一に冷却するためには、底板全面に均一にLLCを流す必要があるが、パック内部空間はLLC 流路と隔てられた水密空間とする必要がある。これらを効率的に配置するため、
底板、LLC 流路機構、その保護板の3つの構造を一体化した薄型化設計を実現した（図 5 c）。その結果、「アリア」のパッ
クでは温調システムを搭載しているにも関わらず、「リーフ e+」

図4 正極活物質材料の変遷

に対してバッテリーパックの厚さ当たりのエネルギー密度を約2.3 倍向上させたることで、EVトップレベルの体積エネルギー
密度と急速充電性能を実現した。

2.2.2 搭載効率・冷却効率向上を狙った
パック・モジュール技術の進化
航続距離の延伸のためには、セルの高エネルギー密度化に加えて、パックに搭載するセルをできるだけ効率的に充填することが有効である。また、急速充電性能を向上させるためには、
充電中におけるセルの温度上昇を抑えることが重要であり、その方策の1つとしてセルの冷却効率を高めることが有効である。
セルの冷却効率を高めるためには、空冷から水冷（LLC）に変
更して熱伝達率を高めること、および、セルを収めたモジュー
ルを効果的に冷却するパック内レイアウトを最適化することがポ
イントである。
セルの搭載効率を高めるために、初期型「リーフ」に対して、

図5 a）「アリア」バッテリーパックレイアウト（B6）b）同 バッテリーパック側面図（B6 vs. B9）c）同 LLC流路付きバッテリー底板（B6）

第2世代ではモジュール構造を改善した。初期型では、
ラミネー
トタイプセルを4 枚重ねて1つのモジュールとしパックを構成していたが、第 2 世代の40 kWh 仕様は、8セルを重ねて1つ

3. 今後の展望 - 全固体電池への期待 -のモジュールとした。その結果、モジュールを構成する部材を減らし、セルの搭載効率が向上した。さらに、62 kWhの「リーフe+」では、モジュール内でセルのタブを接続する際に、レー

図 6に、バッテリーロードマップを示す。航続距離の革新に

ザー溶接を適用してコネクターを廃止することでスペース効率

向けて、第 2 世代の「リーフ」や「アリア」から、セルのエネルギーを高めた。その結果、40 kWh 仕様のモジュールに対して、

密度と、セル/ パック体積効率（セルの充填効率）を、さらにセルの搭載効率を10% 向上させた。

高めていく。セルのエネルギー密度の向上は、正負極の材料

一方、EV 専用プラットフォームを適用した「アリア」では、フを進化させて実現する。具体的には、負極には従来のグラファ

ラットで広々とした室内空間を実現するために、パックは薄型

イトに高容量のシリコンを加え、正極材料はさらにニッケル割

でフラットな構造設計が求められる。そのため、モジュールを合を増やすとともに高価なコバルト割合を減らす設計を目指す。

薄く広く配置したレイアウト設計とすることで、室内空間を維持

また、セル/ パック体積効率は、衝突耐性や信頼性を維持ししたままセルの充填効率を向上させた（図 5 a）。またその際、ながら、モジュールやパックを構成する部品の簡素化や統合パック外周骨格と電池モジュールの空間が狭くなるために耐衝化を進めていく。同時に、急速充電性能に代表されるバッテリー

撃性の課題が出てくるが、複数のクロスメンバーをパック内にの入出力性能と、耐久性、並びに信頼性を高度にバランスさ

配置することで高い耐衝撃性を実現した。また、B6グレード

せたセル・モジュール・パックの性能・構造設計を進め、電に対してB9グレードでは、高いエネルギー容量を得るために動化を加速していく。中でも、2028 年以降に車載を計画して後部座席下のスペースにもモジュールを配置した2階建て構造

おり、昨今注目を浴びている全固体電池（ASSB）に関する取となっているが、1 階部分の基本構造は共用化を図っているた

り組みについて、以下特筆する。

め（図 5 b）、部品点数の削減にも貢献している。
日 産 技 報No.90 (2024)27

特集 1: 電動化 - 3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望

テリー材料研究から、セル、モジュール、パック、および EV
車両まで、過去のリチウムイオン電池とEVの開発経験から得られた知見を最大限に活用し、実用化に向けて開発を加速していく。

図6 バッテリーロードマップ

日産自動車は、長期ビジョン「Nissan Ambition 2030」に

図7 a）
リチウムイオン電池と全固体電池のセル構成

おいて、2028 年度までに自社開発の全固体電池を搭載したEVの市場投入を目指すことを発表した。全固体電池は、従来比で約 2 倍となる高いエネルギー密度や、優れた充放電性能による大幅な充電時間の短縮、さらにはより安価な材料の組み合わせによるバッテリーコストの低減等により、ピックアッ
プトラックなども含めた幅広いセグメントへの搭載など、EVの普及を促進させるゲームチェンジャーとなる技術として期待されている。
従来のリチウムイオン電池は電解質に液体（有機溶媒）を使

図7 b）
リチウムイオン電池に対する全固体電池の課題用しており、異常時に、可燃性のある有機溶媒が起因で発火事故に至る一因となっている。一方、全固体電池の電解質は固体であり、揮発性・可燃性がないため、一般的には信頼性

4. おわりに - 持続可能な社会に向けて -が高く、温度変化による影響を受けにくい（図 7 a）
。また、液体電解質では正負極材との副反応が理由で選べる材料に制約があるが、固体電解質は「固体」であることから、副反応が少2022 年の経産省の調べによると、現状、国内で1 年間になく、より多くの材料の組み合わせが可能になる。これにより、販売されている自動車 500 万台のうち、150 万台が中古車とよりコストの安い正極材や、より多くのエネルギー密度をもつ

して海外に輸出され、残りの350万台が国内で廃車されている。

負極材を選択することが可能となる。

そのうち、部品として国内リユースされている台数は109 万台

このように非常に優れた技術的特徴をもつ全固体電池であであり、それ以外は国内外における流通先が不明である。また、

るが、実用化に向けては様々な課題がある。例えば、全固体販売元のディーラーに戻されて廃車に至った台数は350 万台

電池は電解液の代わりを固体電解質が果たすため、正負極ののうち42 万台である（2）。

材料と固体電解質は均一に分散し、かつ、固体と固体で形成

冒頭に述べたように、日産自動車は、持続可能な社会に向される各材料間の界面を安定した状態に維持する必要があり、けて、2050 年までにクルマのライフサイクル全体におけるカー

このような条件を満たすような材料設計が不可欠である。また

ボンニュートラルを目指していく。しかしながら、上述のように、セル設計においても、これを維持するような面圧の設計が必要

車の主要部品の循環経路が十分に繋がっていないことが実体となり、さらに生産プロセスでは均一に混ざる条件を見出すこである。現状、EVを製造・販売するために、バッテリーを含とが重要である（図 7 b）。

めた各種部品と車両を鋭意設計しているが、特に、バッテリー

これらの課題を解決するために、最先端の計算科学を用いはEVの基幹部品であり、EV 全体のコストのうちの大きな割合

た材料の特定や、理論的に導かれた理想的な材料を生産可を占めている。せっかく鋭意設計し製造・販売したバッテリー

能な材料に落とし込むための作り込み、試作した電池で起きての多くが、上記のように流通先が不明となってしまっては、資いる現象を解析して要因を特定し改善することなど、グローバ

源、コスト、CO2 排出量、そしてビジネス機会の観点で、会ルな各分野のエキスパートと共同研究・開発を行いながら原社として大きな損失である。

理原則からアプローチしている。今後も、原子分子レベルのバッ

そこで、図 8に示すように、持続可能なバッテリーエコサイ
28

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望

クルを構築することが肝要である。製造したバッテリー・EVを参考文献

販売し、ゼロ・エミッション車としての魅力ある運転や移動手（1）h ttps://global.nissannews.com/ja-JP/

段（含・中古車市場）といった従来の機能に加えて、V2Xとreleases/230725-02-j

呼ばれるエネルギーシステムと連携し、グリッドの安定化やバッ（2）
「蓄電池産業の競争力強化に向けて 制度・ルール・標

クアップ電源、再エネの有効利用など新たな使い方をすること

準 / 需要拡大・国際展開」15-16 ページ, 経済産業省 ,ができる。EVとしての機能を果たしたバッテリーは、比較的

2022 年 3月28日

劣化の少ないものを選りすぐり中古車向けに再生したり、
フォー（3）https://www.4r-energy.com/

クリフトやエネルギー貯蔵システム（ESS）向けに仕分けたり、
リユース・リパーパス用途に展開される。ライフを通じて十分に役割を果たしたバッテリーは、最後、原料まで戻して新たな素材として再生するといったリサイクルを行い、再びバッテリーに使用される。
このようなバッテリーエコサイクルを構築するために、日産自動車は、初期型「リーフ」の販売に先立ち、2010 年 9月にフォー
アールエナジーを設立して、市場から戻ってきたバッテリーパッ
クをリユース向けに販売するビジネスの検討を開始した（3）。そして、2018 年には浪江事業所を立ち上げ、戻ってきた「リーフ」のバッテリーパックを再製品化し、中古車向け、フォークリフ
ト向け、ESS 向けにそれぞれ販売するビジネスを本格的に開始している。
今後は、グローバルにEVの販売台数が増大していく中で、このようなエコサイクルが持続可能に機能させることが必要である。そのためには、EV やバッテリーを循環させて日産圏に戻すための仕組みや技術・サービス、一度製造・販売したバッ
テリーの健康状態が正しく推定できる技術やバッテリーをできるだけ長く使えるような寿命延長技術、簡便で短時間に車からバッテリーを取り外し解体・再生できるバッテリー設計や再生技術、および、環境負荷やコストを少しでも抑えて効率的にリサイクルできる技術の開発とリサイクル網の構築が重要である。
また、これら一連のエコサイクルがビジネスとして成立するような仕掛けや、顧客を惹きつける新たな価値の創造、部品のIDやカーボンフットプリントを一元管理できるような情報プラット
フォームの構築、並びに仲間づくりが肝要である。

図8 持続可能なバッテリーエコサイクル

日 産 技 報No.90 (2024)29

特集 1: 電動化 - 3. 日産における電気自動車向けバッテリーの進化と今後の展望

著者

大間

敦史

田崎

信一

八田

健太郎

田渕

30

雄一郎

諸岡

正浩

枚田

日産技報

典彦

No.90 (2024)

特集１

特集 1: 電動化

4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCE
平工

良三 *

御することが可能となる。このポテンシャルを限界まで引き出し、

1. 電動化および電動 AWD で目指す姿

この 特 性をクルマの 性 能で 実 現することを目指したのが
e-4ORCEである。

日産は、パワーソース（動力源）の電動化とは、単に内燃機

ただし、ここで言うクルマの性能とは、従来のいわゆる四輪

関を電動モーターに置き換えるだけとは考えていない。電動駆動車に期待される、悪路での走破性や、滑りやすい路面でモーターは高応答、高精度で動力を制御できる高いポテンシャの安定感など、限定的なシーンでの性能だけを示しているわルを有しており、このポテンシャルを限界まで引き出し、電動けではない。e-4OECE が目指すのは、普通の道を普通のドラ

モーター駆動の価値をクルマの性能で実現することを目指してイバーが普通に運転している状況下にあっても、その価値を享いる。この考えは、2010 年に発売したBEVのリーフから、以受できることである。すなわち、e-4ORCEは“いつかのために”、

降のe-POWERを含むすべての100% 電動駆動車に一貫してではなく、“いつものために”その価値を体感できる性能向上踏襲されている。さらに、従動輪側にも電動モーターを装備しにも力を注いでいる。

た電動 AWDとは、単に機械的なAWDの機構を電動化した、というだけではない。パワーソースを独立して前後に2 基装備

2. 前後独立した 2 基のパワーソースで実現できるした、と言う決定的な進化を含んでいる。従来の機械式 AWD

新たな運動制御システムは、内燃機関が発生する動力をトランファーで前後に配分し、連結されたプロペラシャフトを通して機械的に従動輪

従来クルマは基本的に、パワーソースである内燃機関が発へ動力を伝達することによって実現されている（図 1）。

生する動力を、ステアリングやブレーキシステムなどが、それぞれの役割を分担して制御し、
「走る」
「止まる」
「曲がる」と言った運動性能を実現している。（図 2）

図1 AWDシステム構成比較
図2 クルマの動きとシステムの役割分担

パワーソースが内燃機関の場合は、電動モーターのように高応答で出力を制御することが困難であることに加え、動力伝達の機械的遅れや、配分の分解能に機械的な限界がある。そしかしパワーソースが電動モーターに置き換わると、従来パのため、総駆動力のみならず、動力の配分においても0.1 秒オー

ワーソースが担当していなかった機能も、パワーソースが受けダーで制御することは難しい。

持つことが可能となる。例えば、モーターの回生能力を巧く制一方電動モーターを前後に2 基装備した電動 AWDシステ

御すれば、従来ブレーキが果たしていた機能の一部をモーター

ムでは、前後の駆動力を完全に独立して高応答、高精度で制が分担することができる。 しかも、モーターの持つ高い制御* パワートレイン ･EV 技術開発本部

日 産 技 報No.90 (2024)31

特集 1: 電動化 - 4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCE性のポテンシャルを巧く活用すれば、これまでに無い滑らかで

3. e-4ORCE が提供する価値

扱い易い特性を実現することができる。その活用例の1つがリーフで採用された“e-Pedal”である。
さらに、電動モーターを独立して前後に2 基搭載する電動e-4ORCEが提供する価値は、以下3つに大別できる。
（図5）

AWDシステムでは、パワーソースである電動モーターが制御

1）
ドライバーの意のままの走りできる動きが増える。例えば、車体のピッチングやヨーイングと

2）路面を問わない安心感

いった、これまで動力源が制御するとは考えられていなかった

3）乗る人すべてに快適な乗り心地

動きも、
条件は限定的ではあるが制御できる対象となる。
（図 3）

以下、これらの価値をそれぞれ解説する。

図5 e-4ORCEが提供する価値

3.1 ドライバーの意のままの走り
クルマは4つの車輪で車体を支えているが、各車輪に掛か

図3 電動駆動AWDが獲得した動きる荷重（輪荷重）
は、路面や車両状態により、常に変化している。

e-4ORCEの技 術 的 枠 組みは、100% 電 動モーター 駆 動

輪荷重に伴って各タイヤが力を路面に伝えられる能力（=タイAWDを前提として、車両内の各システムの役割を再定義し、ヤグリップ力）（図 6）も変化するが、これをバランスよくすべて

電動モーターの高いポテンシャルを最大限に引き出すことで、のタイヤが限界内で余裕を持つように制御することで、安定しクルマの性能を従来の内燃機関車および機械式四輪駆動車でた走行が実現できる。e-4ORCEは、路面状況や走行状況には到達できなかったレベルにまで引き上げることだ。日産は、応じて、変化する輪荷重に応じたタイヤグリップ力の変化を考「GT-R」のATTESA E-TS（電子制御トルクスプリット四輪駆動

慮して駆動力を前後輪に配分する。（図 7）さらに状況に合わシステム）や「エクストレイル」のインテリジェント4×4システム

せ4輪のブレーキとの統合制御により左右の駆動力配分も制御などから得た、駆動力制御とブレーキ制御、そしてシャシー制

し、減速時以外にもブレーキ力を組み合わせ、走行性能を高御の効果を最大化するためのノウハウを持っている。そして、めている。

電動モーター駆動とこれらの先進四輪駆動システムを開発してきた長い経験が、2つの電動モーターを使った先進的なAWDシステムe-4ORCEの開発に貢献した。（図 4）

図6 タイヤグリップ力と駆動力

図4 e-4ORCEへ至る技術の流れ

32

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCE

地域や季節・天候により変化する路面状況を問わない安心感を提供する。以下、特徴的な走行シーンを例にして解説する。

図7 駆動力で各輪の曲げる力を制御する

図8 旋回加速中の駆動力配分制御

例えば、前輪駆動で旋回中に加速すると、クルマの走行ラ
インは外側にずれていく（アンダーステア）。そのため、ドライ
バーはステアリングを切り足す（修正操舵）か、速度を落とし滑りやすい路面での発進て対処しなければならない。（図 8-a） これは輪荷重で決まる

滑りやすい路面で強めに発進加速を行うと、駆動輪がスリッ

摩擦円の限界値の一部を加速する駆動力で使うことによってプする場合がある。それでもAWD 車の場合は、適切に駆動

前輪の曲げる方向の力が弱くなるために起こる。しかしこのと力を四輪に配分させ、圧雪路などでは発進機能には問題ない

き、後輪のグリップ力には曲げる方向の力に対してまだ余力が場合が多い。ただし、従来の機械式 AWDの場合、滑りを検ある場合が多い。

知してから、駆動力の配分を最適化、およびパワートレインの

この状況下においてe-4ORCEは、前輪が摩擦円の限界値

トルクダウン、必要に応じてブレーキを用いた車輪速の抑制、を超えないように、前輪の駆動力を低下させ、低下させた駆などを行って挙動を安定させるが、これらに手続きがクルマの動力を後輪に配分する。また、ブレーキとの統合制御によりク

挙動に反映されるまでには一定の時間を要する。結果として、ルマの挙動が安定するよう左右の駆動力配分も最適化し、ドラ

ドライバーに車輪の滑りを感知させ、不安感を与える可能性

イバーが気づかない間に自動で4 輪へ最適な駆動力の配分をが高い。

逐次行っている。（図 8-b）
旋回終了時には、旋回中に発生したヨーを収めるために、
後輪の駆動力を抜いて前輪に配分することで、後輪の横力は増加する。これにより、旋回中の慣性力でクルマが過度に内側に向く挙動（オーバーステア）を抑えられ、安定感のあるコー
ナーの脱出が実現できる。（図 8-c）
この間、修正操舵は最小限に抑えられ、ドライバーはクルマの動きはステアリング操作に忠実で、滑らかで安定感がある、と感じると期待される。

図9

この制御は一見すると、限界性能を試すような特殊な運転

滑りやすい路面（イメージ）

環境下でしか恩恵を感じられないではないか、と思われるかも図 10に、圧雪路にて0.3G 程度の加速で発進した場合に、しれない。しかし、通常の運転環境下においても、ドライバー

e-4ORCEと機械式 AWDでどのような挙動の違いがあるかを

は無意識のうちに、大なり小なり修正操舵を行いながら運転し表したデータを示す。機械式 AWDでは、発進直後に車輪のている場合が多い。これらの修正操舵をドライバーが気づかな回転数から算出される速度（車輪速）が、車体速から乖離するい間にクルマが制御で自動的に低減させることは、“ 疲れにく

状況が確認できるが、これは車輪の滑りが発生していることをい” や“ 運転し易い”といった価値を提供すると考えている。

示している。これにより、前後 G（加速度）が安定せず、車体挙動も不安定になるため、不安感を与える可能性が高い。一3.2 路面を問わない安心感

方 e-4ORCEでは、モーターの緻密な制御により、車輪の滑り

e-4ORCEは、日常生活における運転・走行シーンにおいては殆ど認識できないレベルに抑えられ、Gも安定していることも価値を享受できることを狙っているが、従来からAWDに期が分かる。

待される濡れた路面や氷結した路面、雪道など一般に走行がこのようにe-4ORCEは滑りやすい路面での発進シーンにお不安定になるような状況下においても性能を磨き上げることで、
日 産 技 報No.90 (2024)

いて、車輪の滑りを抑えた安心感を提供する。
33

特集 1: 電動化 - 4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCEり）を維持しながら走行することになる。機械式 AWDの場合、この必要なスリップ率を安定的に維持することが困難で、過度な滑りを発生させてしまう傾向にある。これを抑えるためライ
バーは、過度な滑りを感知するとアクセルを戻す操作を行うが、逐次変化する路面で、データからは滑りに伴うトルクハンチン
グが発生していることが確認でき、安定した駆動力を確保することは難しい。一方 e-4ORCEでは、モーターの高いトルク応
答と緻密な制御により、一定の滑りを許容しながら、滑らかに発進と加速を実現していることが分かる。

図10 圧雪路での発進

深雪路での走行
タイヤが沈み込むような深雪路では、タイヤが雪に埋まることによる走行抵抗に打ち勝つ駆動力が必要である上、タイヤと路面間の摩擦力は小さく、過大な駆動力は空転を招く。

図12 深雪路での走行

3.3 乗る人すべてに快適な乗り心地
電動モーターの持つ高い制御性のポテンシャルを巧く活用
すれば、減速力に関してもこれまでに無い滑らかで扱い易い特図11 深雪路での走行（イメージ）性を実現できることは先に言及したが、電動 AWDではさらに

このような条件下においては、走行抵抗に打ち勝つ駆動力

高いレベルの快適な乗り心地の提供に貢献できる。

を与えつつ、同時にタイヤを過度にスリップさせないための緻

前輪駆動車の場合、電動車であってもフロントに搭載され密なモータートルクコントロールが必要になる。e-4ORCEではたモーターで回生ブレーキをかけるため、減速力は滑らかでタイヤの接地荷重に合わせた最適な前後のモータートルクをあっても、クルマの前方がグッと沈み込む現象が発生する。

制御し、ブレーキ制御の協調により、安定した発進および走e-4ORCEでは前後に搭載された2つの電動モーターの回生ブ行を実現している。

レーキを最適に制御することで、減速時のクルマの沈み込みや図 12に、深雪路の発進においてe-4ORCEと機械式 AWD

揺動を抑えることができる。（図 13）そのため、発進と停止をでどのような挙動の違いがあるかを表したデータを示す。

繰り返すようなシーンにおいても乗員は前後の揺れを感じるこ

このような路面では、路面との摩擦力だけでは増加する走とが少なくなり、車酔いが低減されるなど、快適にドライブを行抵抗に打ち勝つ駆動力が得られない場合があり、積雪を後楽しむことができるようになると期待される。もちろんドライバー

方に掻き揚げることによって、不足する駆動力を担保する。すだけではなく助手席や後席に乗る人にもスムーズで快適な乗り

なわち、積雪を後方に掻き揚げるための一定のスリップ率（滑心地を提供することができる。
34

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCE

4. まとめと今後の展望
ここまでに記述したとおり、e-4OECEは、従来の四輪駆動車に期待されるシーンでの性能だけではなく、日常の使用で体感できる性能を磨き上げることにも力を注いできた。すなわち、四輪駆動車の進化というより、クルマそのものを進化させる技術の一つと考えている。また、繰り返しになるがこれらの卓越した性 能は、日産 車のラインナップにおいてはBEVおよび
e-POWERとの組み合わせによる100%モーター駆動のAWD
車だけが獲得できる。

図13 減速時の姿勢制御

電動モーターを2 基装備したポテンシャルを限界まで引き出
この制御は、前後輪のタイヤの駆動力Ff、Frと前後サスペすことが e-4ORCEの狙いである、とはじめに言及したが、現ンションのアンチスカッド角θf、θrの量に応じて式（1）に示す

時点ではまだ100%ポテンシャルを引き出せているとは考えてような車両重心回りのモーメントが発生することを利用している。

いない。すなわちe-4ORCEはさらに進化する余地があり、日（図 14）

産はこの技術を進化させ、クルマの価値を向上させることを

前後輪の駆動力や配分を加減速時に適切に変化させること狙っていく。
電動駆動車の時代は今はじまったばかりであり、制御技術に限らず、ハードウェアを含めた技術進化の可能性はまだまだ広がっている。従来 1 基であったパワーソースを、2 基搭載することは決定的なハードウェアの進化であったが、将来的には
さらに3 基、4 基と搭載数を増やすことが既に提案されている。
これらの将来的な進化に対しても、ポテンシャルを限界まで引き出し、価値をクルマの性能で実現することによって、モビリティの進化を牽引していきたい。

図14 前後駆動力によるピッチコントロール

で, 車両に発生するピッチ角θを理論的には任意に制御することができ、従来の機械式 AWDシステムでは不可能だった挙動を実現できる。従来技術しては、サスペンションを直接制御するエアサスペンションなどのデバイスを使った車体姿勢制御は存在しているが , 本制御はサスペンションの可変機構を用いることなくピッチングの抑制を実現することができる。

さらに、体感的な快適性向上には、絶対的なピッチ角だけではなく、ピッチの変化率、すなわちピッチレートや、ピッチ回
転中心前後位置の変化による、乗員の上下動変化も重要であることが実験的に確認されており、e-4ORCEでは、ピッチ角に加え、上記 2つのパラメターも制御し、快適性向上を図っている。
尚、この制御はe-4ORCEの正式な市場投入前に発売された、ノートのe-POWER 4WDにも先行採用された。
日 産 技 報No.90 (2024)

図15 パワーソースの数

35

特集 1: 電動化 - 4. 電動 AWD（All wheel drive）の進化 e-4ORCE

参考文献（1）日産技報 No.87 特集 2: 成長するe-Power 6. 価値を高める電動 AWD 技術 , 平工 良三

他2名（2）日産技報 No.88 特集 2: 次世代のフラッグシップ ARIYA
7.日産 が 考える電 動 AWDの 進 化「e-4ORCE」, 富 樫
寛之

他2名（3）日産技報 No.89 特集 1:「タフギア」×「上質」新型エクスト
レイル 4. 本 格 SUV へ のe-4ORCE 適 用, 片 倉

丈嗣

他1名（4）自動車技術会 2022 春季大会 :ドライビングシミュレータとCAEを用いた電動 AWD 車加減速挙動設計手法の開発 ,
町田 直也

他3名

（5）自動車技術会 2022 春季大会 : 前後 2モーター車における旋回ライントレース性向上のための制駆動力統合制御シ
ステムの開発 , 平

諒介

他3名

（6）1 5th International Symposium on Advanced
Vehicle Control, AVEC’22:Pitching Motion Control
for Dual Motor AWD Vehicles

to Provide both

Acceleration Performance and Ride Comfort,
Tadashi Iwamoto 他 2 名

著者

平工

良三

36

日産技報

No.90 (2024)

特集１

特集 1: 電動化

5. e-POWER の EV-nessを創り出すシステム技術
羽二生

倫之 *

伊藤

知広 *

澤田

孝信 **

秋山

秀勝 ***伊藤あずさ *1. はじめに :e-POWER のシステム制御コンセプト
e-POWERはEV*1 の高出力なモーターによる気持ちよい走りをより多くのお客さまに楽しんで頂けることを基本コンセプトとして、開発を進めてきた。本章では、発電のためのエンジンを積むe-POWERにおけるエンジンの始動タイミングや、電力配分などのシステム制御技術について解説する。
e-POWERの開発で目指した方向性は、他のシステムにないEVらしい走行フィーリングである。日産自動車におけるEVのKey Elementsは、以下の3つである。

図1 e-POWERシステム制御概念図- Quietness:エンジン車にない圧倒的な静粛性

2. e-POWER のシステム制御の概要- Smoothness:ショックの無い滑らかな加速、減速フィール- High Response:ドライバー操作に遅れなく反応し、かつ、操作量に的確にリンクするトルク特性

図 1にe-POWERの シ ス テ ム 制 御 の 概 要 を 示 す。

上記の性能を達成する方策として、e-POWERでは、バッテ

e-POWERのシステム制御は同じモーター駆動車両である、

リーとエンジンの電力供給をコントロールするエネルギーマ

BEV*2 をベースとしており、駆動力を演算するパワーマネージ

ネージメントと、モーター駆動らしいトルク特性を実現するパメントはBEVと同じ制御を使用している。電力量マネージメン

ワーマネージメントの両システム制御を軸として開発した。

トを行うエネルギーマネージメントは、バッテリー関係の制御

Quietnessの要素では、発電要求によるエンジンの始動 - 停方式はBEVと共通であり、エンジン+ 発電機はe-POWER 固止のタイミングとその作動音の違和感を無くすエネルギーマ

有の追加制御ブロックである。BEVの場合は、上記のエンジ

ネ ー ジメントが 重 要 で ある。 また、SmoothnessとHigh

ン+ 発電機の代わりに充電システムが組み込まれている。

Responseの要素では、ドライバー要求に忠実なモータートル

駆動力演算部であるパワーマネージメントを実績のあるEV

ク指令の演算と、そのトルク指令に応じた電力をエンジンおよのものを活用しているため、リーフの開発で培った、滑らかでびバッテリーから最適に供給するパワーマネージメントと、消高応答の駆動力特性をe-POWERでも実現している。

費したバッテリー電力を再充電するエネルギーマネージメント

また、 エン ジン 回 転 数 を自 由 にコントロ ー ル で きるが重要である。

e-POWERでは、ドライバーの加速要求に応じて、エンジン回

本章では、e-POWERシステムの基本制御機能であるエネ

転上昇スピードを変更し、エンジンの音を加速感の演出に活ルギーマネージメントとパワーマネージメントの両輪の進化に用した。電動車のレスポンスの良さ、力強さに加え、エンジン伴う性能向上について説明する。

音の上昇感による加速の伸び感を具現化した。

* 車両計画・性能計画部

日 産 技 報** 技術企画部

No.90 (2024)*** パワートレイン ･EV 性能開発部

37

特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

図2 エネルギーマネージメントの進化

以降、いかにエンジンの存在を気付かせないようにシステムを動かしてきたのかについて説明する。

図4 エンジン動作点の決め方

図5 エンジン点火タイミングとフロア振動の関係

3. 静粛性への挑戦 : エンジンの存在を気付かせない術
e-POWERおいて、エンジンとバッテリーの制御方法が、静粛性、燃費や動力性能、暖房冷房などの多岐に渡る機能、性能に影響する。このエンジンの動作とバッテリーの充放電量をコントロールする制御機能をエネルギーマネージメントと呼ぶ。e-POWERの技術の進化は、このエネルギーマネージメン
トの変遷とのつながりが強く、図 2にその進化を示す。
e-POWERの静粛性は、先行車両で構築した、「エンジンの存在をなるべく隠すため、エンジンの発電は車両暗騒音以下で粛々と実施する」というコンセプトがベースである。そのた

図6 ノートe-POWERにおけるロードノイズのエンジン回転数の概念図

め、エンジンの作動領域は可能な限り、高車速で実施する方式であるが、先も述べたように、様々な要件からエンジンの始動要求がでるため、暗騒音の高い高車速域のみでの発電ということにはならない。
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日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

3.1 初期のエネルギーマネージメント

3.2 市場実績から見出した新たなシステム制御

2016 年発売のノートe-POWERのプロジェクトを開始する

ノート、セレナでのエネルギーマネージメントは、加速意図

時点で、
コンパクトカーの車載要件、コスト要求に見合うように、に忠実で、アクセルとのエンジン始動の連携を重視する方式で先行車両に対し、バッテリーの出力および容量を大幅に小さくあった。より、静粛性を高めるために、キックスではこのコンセしたシステムとして開発を進めることとなった。先行車両で開プトを変更し、よりエンジンを停止している領域を拡大しなが発した、エンジンの作動音を車両の暗騒音で隠すというコンセ

ら、従来通りのSOCマネージメントを行う制御を開発した。

プトをベースに、高い燃費性能を目指した。

実走行のデータより、日本市場での交差点右折や信号待ちからの発進などの比較的加速が継続しないようなシーンでは、必要となるエネルギーが小さくて済むため、エンジンによる
SOC 回復の発電要求は小さいと考えられた。
それにより、SOC が低い領域まで極力EV 状態を保持して、よ図7 日本市場における加速度分布

エネルギーマネージメントの基本的なコンセプトは、走行に

図8 新旧制御によるエンジン作動状態の比較

必要な電力を最も高効率な発電で確保することである。その動作概要を図 4に示す。e-POWERは車速に拘束されずにエンりドライバーにEV 走行の静寂性を訴求できるエネルギーマ

ジン動作点を自由に選べるため、車両要求出力に応じて最良ネージメントのコンセプトとした。

燃費線上の動作点で発電を行うことができる。また、車両要

上述の制御を具現化するポイントは、EV 走行を維持する上

求出力と最良燃費点発電出力の差をバッテリー入出力電力で限加速度と、許容 SOCをどのように設定するかである。これ補填することで最良燃費点の使用頻度を高め、燃費を向上さ

らのバランスを最適に設定しなければ、加速時のバッテリーア

せている。

シスト電力の低下や確実にエンジン停止したいシーンでの発電

さらに、低速領域では、エンジンでの発電を停止し、バッテ継続など副作用が生じてしまう。

リーからの供給電力のみでEV 走行 できるように設定し、バッEV 許可領域の適正化のため、ノートやセレナでの実走行

テリーのSOC（State of charge）が高い状態であれば、よりデータを数十万 km 収集し、それらのデータ分析を行い、日高速領域でもEV 走行を可能とした。エンジンの作動条件が本市場における加速度の分布を調査した。図 7に日本市場に車速に拘束されないe-POWERでは、より高車速までEV 走

おける約 30km/h 以下の低速域での加速度分布を示す。一行ができる。

般的な使用の中では0.15G 程度の加速度でEV 走行を保持で*3

また、エンジン始動の振る舞いも静粛性に重要な要素であきれば概ねエンジンの始動を回避できることがわかる。また、る。エンジンは低回転数領域に共振帯を持っており、この領必要な車速域ごとの 1 回の加速―減速当りでの消費エネル

域の滞在時間が長いとフロア振動を発生させ、静粛性に大きギーなどのデータを得ることができ、エンジン始動ポイントのな影響を与えてしまう。e-POWERでは、大出力の発電機をエ適正化も可能となった。

ンジンスタータとして用いることにより、図5に示すように、
パワー

市場データの分析に基づいた新コンセプトのエネルギーマ

トレインの共振回転数を素早く通過させるため、エンジン始動

ネージメントの採用により、エンジンの発電によるエネルギー供時の振動を抑えることができる。

給タイミングをより高車速側にシフトさせることが可能となった。

日 産 技 報No.90 (2024)39

特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

このエネルギー供給タイミングを高車速側にシフトさせることは2つの効果がある。一つ目は、暗騒音の低い低車速での始動頻度の低減（エンジンの“ 短時間での始動 - 停止 ”の頻度を低減し）、二つ目は、高車速でまとめて発電することで、エンジンの始動停止頻度を下げ、発電システムの効率的な使用を可能にしている。
新旧のエネルギーマネージメントでのエンジン動作を図 8に示す。低速域でのエンジン始動頻度、特にエンジンの短時間

図11 タイヤ角加速度とロードノイズの関係での始動 - 停止の頻度を削減することができ、30km/h 以下の領域では、旧式のエネルギーマネージメントに対して、約 7 割のエンジン始動を削減することができた。本制御による静粛性向上の影響は大きく、e-POWERの大きな進化の一つと言える。

図12 路面検知制御の有無によるエンジン始動の比較

3.3 積極的にロードノイズを推定するシステム制御
これまでのエネルギーマネージメントは、市場データの分析
結果など、Off lineで設置した条件を基準に、ドライバー操作、SOCなどから、エンジンの始動タイミングを決めてきた。さらなる静粛性の向上として、実路での路面の粗さに起因するタイ

図9 ロードノイズ推定によるエネマネのコンセプト

ヤノイズに着目し、ロードノイズが発電時のエンジンノイズを超えるときに発電を行い、逆に路面が滑らかなときにEV 走行を行う新たなシステム制御を考案した。図 9にロードノイズ推定
によるエネルギーマネージメントのコンセプトを示す。
経験上、路面が荒いほどタイヤの発するロードノイズは大
きいように感じられてきた。そこで、路面の粗さを推定する手法として、タイヤの角加速度に着目し、路面との関係性を計測した。
図 10に路面粗さとタイヤの角加速度の関係を示す。路面粗さが大きいほど、タイヤの角加速度は大きく変動していることが明らかとなった。続いて、図 11にタイヤの角加速度とロード
ノイズの関係性を示す。この図からもわかるように、タイヤの角加速度とロードノイズは強い相関があることが明らかとなった。

図10 路面粗さとタイヤの角加速度の関係

そこで、タイヤの角加速度をリアルタイムで計測し、所定時間以上この角加速度の大きさが連続した場合に、路面が荒く、ロードノイズが大きいと判定するロジックを開発し、2020 年発
売の新型ノートに採用した。図 12に路面検知制御の有無によるエンジンの始動タイミングの比較を示す。本制御を用いることで、ロードノイズが高い領域でエンジンによる発電制御を行うことができ、静粛性をさらに向上させることが可能となった。
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日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

体感的には、エンジンの始動のタイミングがわからず、気が図 13に先読み充放電制御のコンセプトを示す。ナビ上で目付けば、SOC が回復しているような印象を提供できたと考え的地を設定すると、ナビから、ルート上の約 7 ㎞先までの勾配ている。

や平均車速情報をシステムコントローラに送り、そこまでの消また、本制御は、ロードノイズが大きい領域でまとめて発電費電力量を算出する。このデータは走行中に随時更新され、するため、エンジンの始動回数を減らす効果もあり、始動に伴

都度、エネルギー消費量を推定し、それに基づき、バッテリー

う過渡的な燃料消費量を削減でき、燃費にも貢献できている。

のSOCをコントロールする。

本制御は、リアルタイムでシステムを最適化するものであり、これらの情報を元に主に2つの機能を開発した。1つは、下外界情報を用いた初のエネルギーマネージメントである。このり勾配でエネルギー回収を行うために、下り勾配になるまでに、ように従来のドライバー要求やシステムの状態以外の情報で、バッテリーのSOCを下げる制御。もう一つは、目的地の前後

賢くシステムを動作させる方策を「知能化技術」と定義し、新500mで積極的にEV 走行ができるように目的地周辺でSOC

型ノート以降はこのような知能化によるさらなるエネルギーマを上げる制御である。

ネージメントの改善を行っている。

図 14に下り勾配でのナビ情報とバッテリー SOCの関係を示す。下り勾配に到達する前に、回生で得られるエネルギーを演算し、その分のバッテリー SOCを下り勾配を 走る前に下げ3.4 NAVI 情報を活用したシステム制御
次に、NAVI 情報を活用し、走行エネルギーの先読みを行い、ておく。その結果、下り勾配走行中にエネルギーを、バッテリー

目的地近傍でのEV 走行を積極的に可能とするエネルギーマ

を満充電とさせることなく、つまりは、無駄にすることなく回収

ネージメントの開発に着手した。

できる。

図13 先読み充放電制御のコンセプト

図14 ナビ情報とバッテリーSOCの関係図

図15 先読み充放電制御の効果（目的地前EV走行制御）

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特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

図 15に本制御のもう1つの機能である目的地前 EV 走行制
御の効果を示す。今回はほぼ平坦な市街地を約 10km 走行するシーンで評価を行った。先読み充放電制御により、SOCは目的地に向けて従来制御よりも高めに推移し、目的地となる自宅の前後 500mでEV 走行を継続する結果となった。特に特徴的なのが、自宅からの会社への復路での起動直後の連続発電状況の有無である。自宅近傍ではより静かに走行させたいという狙いが具現化できている。
また、本制御により、エンジン停止時間は従来制御に対して約 2 割増加している。主な違いは目的地前後約 500mの領域でのエンジン停止であり、経路全体での静粛性に貢献できている。本制御は新型セレナから採用されている。

図17 低SOCでの電力配分

これらのように外部より様々な情報を取り込み、より静粛性などを向上させる知能化技術は今後の注力領域となると考える。

4.1 SOC によらない加速性能の実現
BEVに対してエンジンからの電力供給を受けて駆動する

4. 心地よい加速への挑戦 : 電力供給と加速感の両立

e-POWERでのパワーマネージメントの改善ポイントは、バッ
テリーの出力が低下したときにでも、加速感の低下を感じさせリーフで培った駆動力制御は、市場で好評を得ており、こない制御である。

の流れを汲んで、e-POWERのパワーマネージメントは開発さ

図 16はバッテリー充電量 SOC が高く、出力に十分に余裕れた。しかしながら、電力供給がバッテリーのみであったEVある状態での加速時エンジン始動状態を示しており、可能なに対し、e-POWERではバッテリーとエンジンの双方から電力限りエンジン発電を抑制してEV 走行を維持して、走行できる供給されるため、エンジンの発電電力の遅れが動力性能に影ようにしている。一方、図 17ではSOC が低く、バッテリーだ

響する。

けで十分な出力を確保できなくなる条件で、早めにエンジン発

本章では、これらの課題に対する対策を説明し、e-POWER

電を開始して加速度の低下を感じさせないようにしている。この加速感の向上につながるシステム制御技術を説明する。

のような制御により、システム状態によらず同様の加速感を実現させている。

図18 加速意図に応じたエンジン回転数の振る舞い

図16 高SOCでの電力配分

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No.90 (2024)

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4.2 加速感と燃費の両立
前述のようにe-POWERでは、加速意図が強いときにエンジンを併用することで車両の要求パワーを満たす。
エンジンの作動音の高まりは、EV-ness*4 の静粛性に反する部分もあるが、エンジン回転数を自由に制御できるe-POWER
では、アクセル開度などに代表させるドライバーの加速意図に応じて、加速感を演出するようにエンジンの回転数の変化を設計した。
図 18にアクセル開度ごとのエンジン回転数の振る舞いを示す。燃費性能も重要であるので、開度が低い場合は、最良燃費点を維持できるように制御し、燃費と静粛性の要求をバランスさせる。加速意図の強さに応じて、回転数の上昇率および

図19 VCターボとの組み合わせ特性

目標回転数は加速感を向上させ、駆動で要求される電力を確保しつつ、エンジン音による加速感を演出する。
これ らの 制 御 は、 小 排 気 量 のNAエン ジンを 有 する

他社の車両はエンジンが NAということもあり、素早くエンジ

e-POWERで用いられ、よりEVに近い駆動力をどのような状

ン回転数を上げて所望のパワーを供給するような設定が成さ

況でも発揮できるように開発された。

れている。そのため、車両の加速とエンジン回転上昇の関係が悪く、エンジン回転数が上限に張り付いた状態で車両だけ

4.3 ハイパワーシステムでの加速感の向上が加速するような違和感を生じている。そのため、シンクロ感

新型エクストレイルでは、初のターボエンジンとの組み合わを感じない領域のさらに上にエンジン回転数が存在している。

せとなった。ターボエンジンの特徴はトルクの向上であるが、一方、エクストレイルでは上述の回転上昇と加速度のバラン

過給圧が上がるまでのラグが存在する。e-POWERでは、バッス制御（これをリニア制御と称する）により、エンジン回転数のテリーのアシストを積極的に活用し、スムーズで力強い加速を上昇を抑え、シンクロ感を感じる領域に収めることで、加速の実現する。

伸び感の演出に一役買っている。

図 19にVCターボを組み合わせたe-POWER の加速特性

このリニア制御により、Global Modelであるエクストレイルを示す。バッテリーアシストによるレスポンスに優れた加速度

は、エンジン回転の振る舞いを気にされる欧州のお客さまにもの立ち上がりを見せるが、その後に続くエンジントルクが加算

好意的に受け入れられている。

されるとターボラグにより、加速度の棚、つまりは加速が延び

5. さらなるシステム制御の進化ない領域が発生してしまう。そこで、過給圧の高まりに連動したバッテリーアシストを行うとともに、エンジン回転数をより加速感に連動するように上昇率を抑制することで、滑らかで力強

本章で説明してきたエネルギーマネージメント、パワーマ

い加速力と、気持ちの良いエンジン回転の上昇の両立を実現

ネージメントは、今後もさらに磨かれて、次世代のe-POWERした。

に採用される計画である。

図 20に他社の従来型 HEV の 4WD 車両との加速時のエン

今後のe-POWERのさらなる進化は、主に知能化による実ジン回転数の比較を示す。図中に評価者によるエンジン回転用域での価値向上に主眼が置かれる。ますます厳しくなる排上昇と加速のシンクロ感を感じる、感じないポイントを示して気規制や、燃費競争などに立ち向かうためにも、これまで以いる。

上に活用できるデータの範囲を広げ、例えば、リアルタイムでのクラウド情報からの渋滞対応制御や、空調などに関しても最適化が検討されると考える。
エンジンが車輪と拘束されていないe-POWERは自由度が高く、制御による性能向上が比較的容易である。一方で、自由度の高さが多変数制御による干渉問題を生む可能性も孕んでいるため、複雑化する制御をいかにうまく開発するのかという課題も取り組まなければならない。昨今、話題となっている
AIなどの活用により、さらなる性能や機能の飛躍もあり得るの

日 産 技 報No.90 (2024)43

特集 1: 電動化 - 5. e-POWER の EV-ness を創り出すシステム技術

で、新しい開発方針に取り組みながら、お客さまにさらなる価値提供を実行してゆきたい。

用語解説*1 EV : 電機モーターのみで走行する車*2 BEV : バッテリー出力のみで走行する EV*3 EV 走行 : e-POWER において、エンジン停止状態で バッ
テリーの出力のみで走行すること*4 EVness : 電気モーター駆動らしい、静かで力強く滑らかな走りのフィーリング
参考文献（1）T akaoka, et al: Development of a Brand-New
Hybrid Powertrain for C-segment SUV（2）Sawada, et. al: Improvement of Quietness in the
Cabin by Engine Control based on Road Noise
Estimation for 100% Electric Drive Hybrid System,
JSAE Spring Annual Congress in 2021

図20 リニアフィールの比較（3）Akiyama, et.al: Development of second-generation
system for 100% Electric Drive HEV, JSAE Spring
Annual Congress in 2021

著者

羽二生

倫之

伊藤

知広

澤田

孝信

秋山

44

秀勝

伊藤

あずさ
日産技報

No.90 (2024)

特集１

特集 1: 電動化

6. 持続可能なモビリティに向けた
e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦
鶴島理史 *いて詳しく紹介し、λ=1で45%の熱効率を実現するための技

1. は じ め に術と検 証 結 果 を 説 明 する。 新 燃 焼 コン セプトSTARC、
e-POWER 専用の吸気システム、フリクション低減を備えた

地球温暖化の防止と汚染物質の削減への要求は急速に高ま1.5L 3 気筒エンジンでは、43%の熱効率を実機実験にて実り、持続可能な社会の実現は今や世界中で共通の目標であり証した。新コンセプトエンジンと熱回収システムの組み合わせ

緊急の課題である。日産は持続可能な社会を実現するため、により、45%の熱効率の実現を見込んでいる。さらに、本稿2つの柱のモビリティソリューションを推進している。第一の柱

では熱効率 50%に向けた更なる効率改善についても論議した

は、Tank to Wheel（TtW）ま でCO2 排 出 を 行 わ な いい。

Battery Electric Vehicle（BEV）であり、第二の柱は高熱効
率 のエンジンを搭 載したSeries Hybrid Electric Vehicle

2. e-POWER 専用エンジンの熱効率向上の「e-POWER」である。日産は、e-POWERを現行のエンジン

可能性

車両からBEVに移行するための橋渡しとして導入し、CO2のWell to Wheel（WtW）排出量をBEVと同等の水準に削減す

2.1 e-POWER 専用エンジンと開発目標

ることを目指している。

e-POWERはシリーズハイブリッド運転により、エンジン出力を駆動系に直接伝達せず電気エネルギーとしてバッテリーに蓄えるため、車両走行状態と独立しエンジン動作点を選択できることが特徴である。e-POWERという新コンセプトエンジンの概略図は図 2に示されており、基本的なコンセプトは以下のアイデアで構成されている。第一に、BEVと共用化した高出力モーターにより、エンジンは低速高負荷トルクを必要としない。第二に、エンジンはシリーズハイブリッド運転に適用されるエンジン動作領域全体で最高熱効率点と最適な熱効率ラインを保つ
ことができ、
かつ触媒昇温後の低負荷領域は運転しない。また、

図1 NISSAN WtW CO2 reduction strategy

e-POWERはアイドル運転を必要とせず、充電運転を制御す
WtW CO2 排 出 量 をBEVと 同 じ 水 準 に す る た め、ることでエンジンの低回転速度化も可能となる。これらの運転

e-POWERシステムを使用したエンジンの正味熱効率（BTE）

動作条件により、エンジンの仕様は2つの運転ポイント、すなを50% 以上に設定することを最終目標とした。これに対し、将

わち最適な熱効率ポイントと最大出力ポイントで最適化可能と来の持続可能なモビリティに向け、車両走行状態と独立しエなる。

ンジン動作点を選択できるというe-POWERの優れた特性に合わせたエンジン技術ロードマップを策定し、開発を行っている。
本稿では、先ず e-POWER 専用の高熱効率エンジンコンセプ
トとその開発目標について説明する。次に、高希釈燃焼に対応した新しい燃焼コンセプト「STARC」（Strong Tumble andAppropriately stretched Robust ignition Channel）につ* パワートレイン・EV 先行技術開発部

日 産 技 報No.90 (2024)45

特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

図2 Schematic of e-POWER engine operation and dedicated

図4engine concept

Thermal efficiency roadmap toward 45 % with lambda = 1
and 50 % with lambda > 2（RON95）

従来の研究に基づき、エンジンの改良と廃熱回収も含めたシステムとしての最大熱効率の開発目標を45%に設定し、目標のλ=1比出力は80 kW/Lに設定した。これは熱効率と出力（λ=1）のトレードオフの観点から、現行のエンジンと比較し、卓越した位置づけとなる（図 3）。

図5 New engine concept dedicated for e-POWER

3. 新燃焼コンセプト「STARC」
新しい高効率コンセプトエンジンの主要技術として、最大30%のCooled EGR、λ>2での高希薄燃焼の達成に向けて新たな燃焼技術開発に取り組んだ。高希薄燃焼における安定度向上すなわちサイクル変動低減を実現するため、初期火炎図3 Positioning of the new concept engine development target

核の安定形成によって着火遅れ期間のばらつきを低減するメ

in brake thermal effi-ciency vs maximum specific output power（lambda=1）scatter band

カニズムに着目し、サイクル変動の少ない強いタンブル流による放電チャネル安定化の燃焼コンセプト“STARC”（Strong

図 4に、本専用エンジンコンセプトによる熱効率向上のロー

Tumble and Appropriately stretched Robust ignition

ドマップを示し、図 5にコンセプトエンジンの概要を示す。ロン

Channel）を策定した。

グストローク化、燃焼改善、フリクション低減などの基本的な改善技術は、従来のエンジンの改善と共通の要素である。し

3.1 高希薄燃焼条件下における安定燃焼をかし、シリーズハイブリッド運転の特性により、e-POWERで実現するためのキー技術

は高希薄燃焼、専用過給機、およびフリクション低減による更図 6に、新しい燃焼コンセプト“STARC”の概略を示す。こなる熱効率向上が可能となる。その結果、エンジンとして80の新燃焼コンセプトは、Cooled EGRにより最大 30%まで希

kW/Lの高いλ=1比出力を実現しながら、非常に高い熱効率

釈した吸気条件下において急速燃焼を実現し、高圧縮比化、43%の達成目処を得ることができた。

高比熱比化、冷却損失低減のいずれにも大きく貢献する技術

以下のセクションでは、e-POWER 専用エンジンの詳細につとして開発された。

いて説明する。

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No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

図8 Initial flame propagation with lambda=1 w/o dilution（a）,
lambda=2 slow propaga-tion（b）, lambda=2 very slow
propagation（c）

図6 New combustion concept "STARC" for highly diluted

combustion

初期火炎核は点火プラグ部流速に伸長された放電チャネル
による空間的なエネルギー供給により形成される（8）。図 9にプ

高希釈条件下で安定した燃焼を実現するためには、急速か

ラグ部流速違いにおける放電チャネル挙動を比較して示す。

つ安定した初期火炎伝播を実現することが重要である。そのた流速が低い場合（a）は、放電チャネルが伸長しないためにプラめ、点火放電チャネル挙動および初期火炎形成を観察するた

グ部周辺への熱エネルギー供給が不足となり、また流速が高め、ボアスコープによる筒内の可視化を実施した。図 7に可視い場合（c）は、放電チャネルの吹き消えによるエネルギー供給化 シ ステムの 概 要 を 示 す。 高 速 度 カメラはPhotron 製

不足となり、いずれの場合も初期火炎核形成が緩慢となりサ

FASTCAM SA-2Xを用い、点火プラグ部周辺を観測するため

イクルばらつき増大につながる。つまりサイクルばらつき低減に

燃焼室側壁より筒内可視化用ボアスコープを挿入し、放電おは、点火プラグ部流速をサイクル毎に安定して形成することがよび初期火炎による発光を直接撮影した。

重要であり、本開発では高希釈燃焼実現のために「サイクル変動の少ない強いタンブル流とそれによる安定した初期火炎核の形成」を目指した。
図 10に高希釈燃焼を安定化させるため点火と筒内流動形
成のコンセプトを示す。燃焼安定化の鍵は、初期の炎核成長のタイミングでスパークプラグ周りの適切な流れ方向と速度を提供し、サイクル変動を最小限に抑えることである。このコン
セプトは、筒内流動設計と高エネルギー点火システムの組み合わせによって実現した。さらにノッキングの緩和のため、未燃領域温度を低く保つことが可能な早期吸気弁閉時（E-IVC）

図7 Visualization system of spark channel and initial flameを採用している。

kernel

図 8に初期火炎伝播挙動の可視化画像を、λ=1 希釈なし
燃焼（a）とλ=2 燃焼（b、c）で比較して示す。λ=2 燃焼においては、λ=1 希釈なし燃焼と比較し火炎伝播が緩慢であり初期火炎核の形成にサイクルばらつきがあることが確認された。
また初期火炎核の形成が緩慢なサイクル（c）では、その後部分燃焼（パーシャルバーン（7）につながることが観察されており、

図9 Spark channel behaviour under different flow velocity at

the spark gap

初期火炎核の形成がサイクルばらつきに対し重要な因子であることが確認された。

日 産 技 報No.90 (2024)47

特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

るバルブシートレス技術を採用した。
バルブシートレスにより吸気ポート形状の設計自由度が向上することで、図 12に示すようにポートから燃焼室にかけて段差のない面構成が可能となる。図 13に定常流解析における流速
および乱流運動エネルギー（TKE）分布を、バルブシートレスとした本研究における形状とバルブシートを用いた従来形状と比較して示す。バルブシートレス形状では従来形状と比較し排気ペントルーフ近傍で流速が高くかつTKEが低く分布できてお図10 Desirable flow to realize stabilized ignition for highly

り、変動を抑えた効率の良い空気導入を実現できたことが確

diluted combustion

認された。

3.2 シリンダー内流動設計

図 14に空流試験におけるタンブル比と流量係数 Cvを従来

高希釈条件下で急速かつ安定した燃焼を実現するには、す

機種相場と比較して示す。本研究における形状は、バルブシー

でに述べたように、点火栓周りで適切な流動を提供し、サイクトを用いる従来機種と比較し高タンブルと高流量を両立した良

ルバリエーションを最小限に抑える必要がある。また、希釈さ好な空流性能が得られた。また流動の安定性を検証するためれることにより低下した層流炎速度を補うために高い乱流強度に、空流試験において熱線流速計を用い流速変動率を評価しが必要となる。点火プラグ部流速をサイクル毎に安定形成するた結果を図 15に示す。従来機種に対し同等レベルのタンブルことを目的とし、図 11に示すように筒内でのタンブル流動形成比において変動率が低下しており、ばらつきの少ない安定した過程に沿い3 点の流動設計指針を仮定した。

流動を導入することができた。

1.タンブル流を上面に沿わせ剥離なく導入する
2.タンブル流を点火時期まで保持する
3. 点火プラグに向かう流動の方向を整える
なお筒内流動としては、膨張行程で旋回流が残存する場合
冷却損失増大につながることが懸念されるため、本研究では上死点後に旋回成分が減衰・崩壊しやすいタンブル流を採用した。次節より各設計指針における要求機能と具現化するための技術を説明する。

図11 In cylinder charge motion design to realize STARC

combustion concept

3.2.1 強タンブル生成手段

図12 Comparison of design concept of intake port andcombustion chamber（New design with cold spray valve seat（left）, current design（right））

筒内流動はピストン下降に伴い吸気ポートから筒内へガスが吸い込まれる際の運動エネルギーが発生源となるため、その部位でいかにエネルギー損失なくかつ変動なく筒内に吸入するかが重要となる。そこで「吸気ポート上面から燃焼室排気ペントルーフ面に沿い、流れが剥離せず導入されること」を設計指針とし、バルブ挟み角の拡大と合わせコールドスプレーによ
48

日産技報

No.90 (2024)

特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦示す。以前の従来設計では回転中心が曲がり、シリンダー中央から外れていたが、新たな設計コンセプトではタンブル渦中
心線を燃焼室中央に位置しかつ歪みのない直線状とすることができ、設計意図どおりのタンブル流を形成できた。

図13 Flow velocity and TKE distribution（CFD）

図16 In-cylinder charge motion design to maximize tumble

conservation

図14 Improvement of tumble ratio - flow coefficient with new

intake port and com-bustion chamber design with cold sprayvalve seat

図17 Combustion chamber and piston crown design for

tumble conservation

図15 Tumble ratio vs variation ratio（Airflow test result）

3.2.2 強タンブル保存手法
吸気行程で生成されたタンブル流は、ピストン下死点を経て圧縮行程中のピストン上昇に伴い旋回流速が高められるが、図18 CFD results of in-cylinder charge motion withconventional design（a）and new design concept（b）.（2400rpm, middle of compression stroke）

点火時期まで筒内流動を維持するためには、運動エネルギーの損失低減およびタンブルに直交する速度成分が生じないよ
う、回転方向の断面積変化を小さくすることが重要である。そこで図 16に示すように「タンブル中心が筒内中央に位置するよ3.2.3 安定着火のための筒内整流手段

う制御し、タンブル渦中心軸に歪みがない直線状とすること」

初期火炎核の安定形成のためには, 点火プラグから伸長さを設計指針とし、ロングストローク化および低アスペクト比タン

れる放電チャネルが排気ペントルーフ壁に接種しないことが重ブル保存燃焼室により具現化した。

要である。そこで本研究では、放電チャネルが燃焼室壁に指発電専用とすることでエンジン動作点を限定できることから向しないよう「プラグ部流速の方向を整え一様性を高めること」

バルブタイミングを限定でき、従来必要であったバルブリセスを設計指針とし、図 19に示すように点火プラグに対しタンブルを排除した凹凸のないピストン冠面形状を採用し、またバルブ

流上流側に位置する燃焼室上面部にタンブル流を整流する機

挟角拡大およびロングストローク化と合わせ、図 17に示すよう能を持たせた窪み形状を形成した。

にラグビーボール型の冠面形状を構成した。
図 18 に筒内タンブル渦中心分布を従来設計と比較して
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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

図19 Combustion chamber design to guide flow direction for

appropriately stretched robust ignition channel

この燃焼室形状と燃焼室上面部によるタンブル流の整流機能を検証するために図 20に示す可視化エンジンによるPIV（Particle Image Velocimetry）法による圧縮行程の筒内流動の可視化撮影を行った。図 21に点火時期近傍 40 degBTDCにおける筒内流速分布のPIV 計測結果を示す。点火プラグに向かうタンブル流が燃焼室排気ペントルーフ面に近接し初期火炎の成長を阻害しないよう、燃焼室上面部の窪みによりタンブル流を整流し燃焼室下方に指向させ、さらに窪みによりタン
ブル渦中心位置を吸気側に寄せることで、点火プラグからタン

図20 Experimental equipments for new engine concept

ブル中心までの距離を拡大することができ、点火プラグ部周辺の流速分布の一様性を高めていることが確認できた。

図21 Effect of the rectification pocket on the flow distribution around spark plug（PIV images, 2400 rpm, 40 deg. BTDC）t

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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

3.3 点火システム
点火システムは、高希薄燃焼条件下における安定した初期
火炎核成長のため、前述した点火栓周りのガス流速などの筒内流動と同様に、重要な機能の一つである。高流速下で安定したアークチャンネルの伸長を実現するためには、点火システ
ムの強化が必要である。点火コイルの高放電電流は、アークチャンネルの再点火を抑制し、さらに高流速下でアークチャン
ネルの長さを伸ばすことに寄与する。一定期間までの平均点

図22 Comparison of stable combustion limit against EGR

火電流値はEGR 燃焼限界と良い相関があることが知られていbetween Conventional igni-tion system and new ignition
concept with high energy ignition systemる（8）。新点火コンセプトでは高希薄条件下で安定した燃焼を実現するため、高電流かつ高エネルギーの点火システムを採用した。新点火システムを適用した結果、Cooled EGR 30%以上のEGR 燃焼限界を達成することができた（図 22 参照）。

図23 Cyclic distribution of initial combustion period of CA ign-MB10% in relation to gas flow velocity at spark gap under EGR 30%

conditions on same engine configura-tion except ignition system

4. e-POWER 専用エンジンコンセプト :45% および 80kW/L を実現するために

図 23に、EGR 30%の条件下における点火栓周りのガス流
速が CA ign-MB10%の初期燃焼期間に与える影響に関する
従来点火システムと新点火システムの比較を示しています。従来の点火システムの場合、CA ign-10%の大きなサイクル変

前章では、新燃焼コンセプト“STARC”について詳しく説明

動が確認され、比較的高いガス流速サイクルではCA ign-

した。本章では“STARC”コンセプトに加え、新たに開発した10% がより長くなっている。一方、新点火コンセプトの条件で吸気システムおよびフリクション低減技術について紹介する。

は、急速かつ安定した初期燃焼が実現され、比較的に高流速サイクルにおける初期燃焼期間の長いサイクルが抑制された

4.1 エンジン仕様（図 23、左）。高速かつ安定した初期火炎伝播が実現したこと

表 1に本研究で開発した新しいコンセプトのエンジン仕様を

により、EGR 30%の条件下でIMEPのサイクル変動が劇的に示す。e-POWERのコンパクトなパッケージと高出力要件から、改善された（図 23、右）。

本研究では1.5L 3 気筒ターボエンジンを選定した。熱効率とこれらの技術を用いた新燃焼コンセプト“STARC“の結果、出力パワーのバランスをとるため、ストローク / ボア比は1.26

EGR 30%の条件下で安定した燃焼が実現でき、単気筒エンとし、将来排気規制に対応するため燃料システムはシリンダヘッジン試験において2400 rpm / IMEP 10.5 barで45.6%のド中央に配置する直接燃料噴射式燃料システムを採用した。

図示熱効率の達成を確認することができた。

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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦
Table 1. Specifications of the new concept engine

Engine Type

1.5 L / 3 Cylinder / Turbocharged

Bore x Stroke (S/D)

79.7 mm x 100.2 mm (1.26)

Connecting Rod Length

150.3 mm

Compression Ratio

13.5

Engine Speed @ Max. Power

4800 rpm

Valve train
Fuel Injection / Injector location

Roller Rocker
Direct Injection / Central Injection

Turbocharger Type

Fixed Geometry Turbocharger
Table 1. Specifications of the new concept engine

4.2 吸気システム
図 3に 示した エン ジンコン セプトに て 述 べ たように、
e-POWER 専用エンジンの吸気システムは、最高熱効率点と最大出力点に焦点を当てて設計した。非常に高い熱効率を実現 するには、 比 較 的 高 いBMEP（Break Mean Effective
Pressure、正味平均有効圧 :エンジンの1サイクルの仕事を
排気量で割った値）が必要であり、また最大 30%までの高EGR が目標とされている。都市部のクルマの運転における低図25 Effect of IVC on the compression end temperature

速度条件を考慮し、通常の充電時に運転される最適なBSFC（Break Specific Fuel Consumption、正味燃料消費率）となる動作点はエンジン低回転速度領域の2000-2400 rpmで高い理 論 熱 効 率と高い比 熱比、またノック緩 和のため設定され、静粛性を維持することを目指した。また、最大出力

Cooled EGRシステムが有効である。最高熱効率点でより高エンジン速度においても、BSFC 動作点と同様に低フリクション

い EGR 率を確保するため、燃焼安定性推定フィードバックと低騒音を考慮し、一般的なエンジンの動作点と比較し、比EGR 制御を開発し、過給機は最高熱効率点での大量 EGR

較的低い4800 rpmに設定した。
これらの要件を実現するため、と新気充填に向けて最適化され、高出力にも対応するよう設早 期 ミラ ー サ イク ル、Cooled EGRシ ス テ ム、 お よ び

計した。図 26 に新たに設計した図示熱効率 45%を目指した

e-POWER 専用過給機が本エンジンコンセプトに選定された。

e-POWER 専用の大型過給機によるポンピング損失低減の概

図24は、
このエンジンのバルブタイミング概念図を示している。

略を示す。専用の大型タービンにより、最高熱効率点での十分な吸気流量と短いカム長でポンピング損失を維持するため必要な圧力比が低減し、その結果、ポンピング損失が削減さ

ローラーロッカー式の吸気バルブシステムを採用した。図 25

れた。

に1DシミュレーションGT-POWERによって算出された吸気
バルブ閉時期が圧縮終了時の筒内温度に与える影響を示す。
解析の結果、吸気バルブ閉時期の早期化による温度低下が示され、最高熱効率点と最大出力点の双方で効果的なノック抑制効果が示された。

図26 Pumping loss reduction with e-POWER dedicated

Turbocharger

従来の過給機と新規設計 e-POWER 専用過給機の最高熱効率点におけるP-Vダイアグラム比較を図 27に示す。新規設
計過給機はEGR 30%の条件下でPMEP -14 kPaを達成し、大幅なポンピング損失低減が達成できた。これらの技術を組み合わせた新吸気システムと新燃焼コンセプトSTARCにより、

図24 Valve lift curve of conventional late IVC and E-IVC

図示熱効率 45.0%目処を得た。
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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦減される。一方、ベアリング表面を滑らかにすることで、保持されるべき潤滑オイルの不足により、ベアリング焼付きなどの相反が予想される。焼付き現象を抑制するため、クランクシャ
フトピン/ジャーナル表面にテクスチャを設けた。図 30にテクスチャ付きクランクシャフトプロトタイプの外観を示す。微小なテクスチャの凹みを形成するため、加工、ロール成形、マスキ
ングとショットブラスト、レーザーなど、幾つかの生産プロセス改善を実施した。このテクスチャリングプロセスは、
クランクシャ

図27 Comparison of low pressure part of P-V diagram between

フトだけでなく、ピストンスカート、ピストンリングなどの他のconventional turbo-charger and dedicated Turbocharger

潤滑部品のフリクションを減少させるのに有効な技術である。

4.3 フリクション低減
従来、エンジンの熱効率向上の基本的な技術としてフリクション低減があるが、本コンセプトエンジンでもe-POWERの特性を活かしたフリクション低減が考慮されている。図 28にフリクション低減ロードマップを示す。ダウンサイジング化、フロ
ントエンドアクセサリードライブ（FEAD）の撤去、ダウンスピー
ディング化、低回転トルク削減、および新低摩擦技術により、従来の2.0L L4ターボエンジンと比較し、全体で摩擦抵抗を46% 削減することに成功した。

図29 Friction sensitivity by bearing surface roughness

図30 Texture crankshaft surface
図28 Friction reduction of new e-POWER dedicated engine

4.4 新燃焼制御
シリーズハイブリッド運転に特化した燃焼と吸気システム設

e-POWERによる限られたエンジンの動作点と要求が緩和さ計のおかげで、最大出力エンジン速度は4800 rpmまで低減れた過渡運転は、バッテリー充電運転の最良熱効率点でよりし、特定出力85 kW/L（λ=1）を実現した。このダウンスピー

高いEGR 率の安定運転を可能とする。一方、従来のエンジン

ディングが、ピストンリングのテンション、バルブスプリング率、は過渡運転中のエンジン応答を確保し、過渡運転中の失火をベアリング幅の最小化を可能とした。また、図 3に示す低回転防ぐため、燃焼安定度の余裕を持たなければならず、大量の速度領域のトルク削減により、過給機とピストンオイルジェット

EGR 導入を困難とする。e-POWERではe-POWERの特徴での要件が緩和され、小さなサイズのオイルポンプの設定が可ある緩やかな過渡運転特性により、EGR 導入量を従来のエン能となる。低フリクション材料の採用に関し、典型的なものはジンよりも高く設定可能となる。更なる燃料消費率改善に向け

テクスチャ付きクランクシャフトの平滑ベアリングであり、ベアて安定燃焼限界に近い高いEGR 率を維持するため、燃焼安

リングの潤滑状態はまだ最高燃費点の周囲で混合潤滑となっ

定度ターゲットEGR / 点火タイミングフィードバック制御を開ている。したがって、ベアリング表面をより滑らかにすることは、発した。図 31に本制御によるEGR 率制御を示す。目標導入

フリクションを低減させるために効果的である。2000 rpmにEGR 率を安定した燃焼限界に対してマージンを持って設定し、おけるモータリング時のフリクションとベアリング表面の粗さのEGR 率を安定した燃焼限界まで増加させつつ運転させる。

間に感度を示す実験結果を図 29に示す。ベアリング表面を現

燃焼安定度が基準を超えると、目標 EGR 率を減少させ、常に状からさらに滑らかにすることにより、フリクションは約 10% 削

燃焼限界近傍のEGR 率にて運転可能としている。本新燃焼

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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦制御により、e-POWERは環境条件と量産部品のばらつきにモード（λ>2）と理論混合気の定常運転モード（λ=1）の間で関係なく、最適な熱効率点にて最大の熱効率ポテンシャルをのトルク制御とNOx 排出制御に対する技術的な課題が存在す

活用可能とした。

る。e-POWERのシリーズハイブリッド運転は、バッテリーとの組み合わせにより希薄燃焼領域のエンジン運転モードに集中できるため、空燃比の切り替えが不要となる。新燃焼コンセプ
トにより、燃焼室や吸気ポートの設計変更なしに、空燃比
Lambda が 2 以上における希釈な条件においても安定した燃焼が可能となった。図 33は、単筒エンジンを使用して実験した均質希薄燃焼と弱成層希薄燃焼コンセプトにおいて、IMEP
およびエンジンからのNOx 排出と空燃比（A/F）の関連性を示している。弱成層希薄燃焼コンセプトでは、点火性を向上するため、点火時期前の圧縮行程中に非常に少量の燃料を噴射供給することで、点火栓周りの当量比を増加させる。均質希図31 Improvement of BSFC realized by e-POWER EGR set

薄燃焼では、A/F が 26（λ=1.8）までの安定した燃焼限界とpoint and combustion stability feedback EGR target control

低 NOx 濃度（約 100 ppm）を確認した。一方、弱成層希薄
燃焼の条件では、A/F が 36（λ=2.5）までの安定した燃焼と4.5 多気筒エンジンにおける正味熱効率の検証

希薄化に伴い、NOxは30 ppm 未満で実現した。弱成層希新燃焼コンセプト、吸気システム、およびフリクション低減

薄燃焼により、48%を超える効率が実現し、1.5L 3 気筒ター

アイテムの総合検証として、多気筒プロトタイプエンジンを使

ボエンジンによるガス交換時のポンピング損失と4.3にて検討用し、検証実験を実施した。図 32に点火時期をパラメータとしたフリクションを考慮し、GT-POEWRによって解析された正

した際の正味熱効率の結果を示す。RON98 燃料を使用した

味熱効率は最高 46%の達成が示唆された（図 34）。

トレースノック状態で43.4%の正味熱効率を実機実験にて示
すことができた。一方、RON98 燃料とRON95 燃料のトレー
スノック条件におけるMB50クランク角の差を3度と仮定すると、RON95燃料を用いた場合の正味熱効率BTEは43.0%と見積もることができる.また、RON95 燃料を使用した本多気筒プロ
トタイプエンジンにてLambda=1の比出力85 kW/Lの達成を合わせて実機実証できた。

図33 COV of IMEP and engine out NOx in relation to Air fuelratio（A/F）

図32 Validation result of brake thermal efficiency with a multicylinder proto-type engine.（Engine speed 2000 rpm, BMEP 12bar, RON98 fuel）

図34 Brake thermal efficiency vs Power with Lambda=1 andLean burn.（lambda=1 : Result of M.C.E., Lean: S.C.E
combustion + 1D-Code Air-path）

5. e-POWER による 50% 効率の可能性
5.1 e-POWER による熱効率向上への可能性
e-POWERのシリーズハイブリッド運転は空気過剰率の高い
希薄燃焼により、更なる熱効率向上の可能性がある。従来の一般的な火花点火エンジンによる希薄燃焼は、希薄燃焼運転
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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

リーからの出力が不足するため、エンジンからの発電により出5.2 廃熱回収システム
熱効率の向上とともに、排気ガス温度の低下が厳しくなり、力を補っている。さらに、バッテリー容量および出力がクルマ

特に希薄燃焼の場合、排出後処理システム（ATS）の活性化

加速時の要求出力に応えられれば、エンジンは電気出力アシを担保することが困難となる。したがって、燃焼室だけでなくストに必要なトルクとパワーを放棄し、熱効率に特化した最適

ATS 前の排気ポートや排気部品への熱伝達を減少させ、既燃な圧縮比をとることが可能となる。さらに、最小限の動作点は、ガスからの熱伝達を高く保つことが重要となる。これは、より燃焼時の筒内最大圧力Pmaxとエンジン最高速度を制限する

多くの断熱処理と排気部品および冷却材への熱伝達の低減をことも同時に可能となり、フリクションを大幅に削減できる。こ意味する。よって、排気後処理を考慮した燃焼部からの熱伝の最適化されたエンジン設計と充電専用のエンジン運転によ

達と冷却材の断熱化は、廃熱回収を含む熱システムにより、り、最終的なエンジンの熱効率目標として50%とし、チャレン

更なる熱効率向上の可能性を期待できる。

ジしていく。

e-POWERの特定のエンジン運転、特定のポイントでの定常運転は、この廃熱回収にも適している。図 35は高速および高負荷の運転条件に適した、中温ランキンサイクル（MT）シス
テムの一例である。

図36 Validation Results of the new engine concept

6. 結 論
将来の持続可能なモビリティに向けたWtWCO2 削減と排出

図35 Medium Temperature Rankine Cycle Heat Recovery

System削減のために、NISSAN e-POWER 専用の新しいコンセプト
エンジンが開発され、以下の結論を得た。

このMTランキンサイクルシステムは、エンジン冷却用の高温• 新燃焼コンセプトSTARCは、高希薄燃焼用の新シリンダー（HT）クーラント回路と、低温（LT）e-PTクーラント回路の間

内流動設計と高エネルギー点火システムを組み合わせ、安定で機能し、ボイラー、発電機を備えた膨張機、凝縮器、ポンした点火とサイクル変動の最小化を目的として開発した。新燃プが含まれています。MTランキンサイクルシステムは、特に焼システムにより、図示熱効率 45.6%を単筒エンジン実験に

高速および高負荷の条件下で約 4 〜 5%の熱効率向上をもたて実証した。

らし、e-POWER 車両でWLTC Extra-Highモードで4.6%の• e-POWER 専用の新吸気システムは、e-POWERシリーズ

向上を見込むことができる。このMTランキンサイクルを排気

ハイブリッド運転に特化し、最高熱効率と最大比出力に焦点を廃熱回収システムと組み合わせることで、熱効率の+2%ptの当て開発した。Cooled EGR、e-POWER 専用過給機、燃焼向上が期待される（図 36）。すなわち前節における希薄燃焼で安定度ターゲットEGR / 点火タイミングフィードバック制御に達成した46%の熱効率は廃熱回収システムとの組み合わせにより、30% 以上のEGR 導入が可能となり、最大図示熱効率

より48%まで到達可能であることが示唆される。さらに、この45.0%の達成につながった。

48%の熱効率は、現行のバッテリーサイズが 5kWh 未満の• e-POWERの限定的な運転領域と比較的緩やかな過渡運転

e-POWERシステムで実現可能な最大効率であると考える。

によって大幅なフリクション削減が可能となった。幾つかのフリ

将来、電動化の進化により、より大きな容量のバッテリーが搭

クション削減技術により、現行 2.0 L 過給エンジンと比較し、載され、エンジンの動作点を1つまたは2つの特定の充電運

フリクション削減率 46%を達成した。これらのコンセプトを持転に制限することができれば、50%の効率に向けた熱効率改つ多気筒エンジンでは、λ=1で最大正味熱効率 43.0%と85

善余地があると考える。現在、クルマの加速運転時にはバッテ

kW/L が確認された。さらに、熱回収の組み合わせで、最大

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特集 1: 電動化 - 6. 持続可能なモビリティに向けた e-POWER 専用エンジン熱効率 50% への挑戦

正味熱効率 45% 達成の目処を得た。

著者• 新燃焼コンセプトSTARCを希薄燃焼に適用し、正味熱効率 46.0% が多気筒エンジンにて実機実証された。さらに熱回収システムと組合わせることにより、熱効率48%が期待できる。
さらに将来、電動化の進化によりバッテリー容量および出力の増加ができれば、エンジンの運転を最高熱効率点のみに限定
し、更なるフリクション削減および圧縮比向上等にて持続可能なモビリティのための熱効率 50% が望める。

鶴島理史

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