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見本第1章〜モータ / オルタネータ，電池 / キャパシタ，DC-DC コンバータ，48V 電源，… 〜

進化する「発電するエンジン車」の電源システム
西嶋 仁浩
現在の自動車には，走行性能を落とさずに，少しでも燃費を良くすることが求められており，実際にいろいろな技術が導入され燃費改善が目覚ましい．特に最近
では，軽自動車やコンパクト ･ カーの走行性能を落とさず，コストを掛けずに低燃費化を実現するため，いろいろなパワー・エレクトロニクス技術を使った工夫が各社で競われている．小型の多用途モータ / オルタ
ネータの搭載，最新のリチウム・イオン電池や電気 2重層キャパシタや新型の DC-DC コンバータの採用など，エンジン走行をアシストするための多種多様なアイデアが投入されている．また，電源の 48V 化も標準化されそうである．ここでは，最近の自動車のパワー・エレクトロニクス技術を概観する． （編集部）■ はじめに

● 発電とその利用形態で 3 種類に分類
まず，この章で取り上げる発電するクルマについて，図 1 に示すように大きく 3 種類に分けて説明していきたいと思います．

■ 1.1

ストロング・ハイブリッド
例：プリウス

図1No.2ストロング・ハイブリッド方式● もっとも普及したハイブリッド方式
ハイブリッド車の普及に貢献したトヨタ「プリウス」がこの方式です．ちなみに，プリウスは発売が1997 年なので 18 年の歴史をもち，技術的に今も進化をし続けています．さて，この方式は，エンジンとモータの二つの動力源を搭載していて，エンジン効率の悪い始動時と加速時にモータを利用します．高出力のモータを搭載しているので，短時間であれば EV のようにモータだけで走行できます．そのため， ストロング・ハイブリッド方式（あるいはフル・ハイブリッド方式） と呼ばれています．
● エコだけでなく加速性に優れている
同じ排気量のガソリン・エンジン車に比べると燃費

コスト

序章で述べたように，すべてのクルマは 発電 します．エンジン車でも，多くの電装品があり，それらを動作させるには電力が必要で，そのために 鉛バッ
テリ とエンジンと連動して回転する専用の 発電機（オルタネータ） を搭載しています．
また，EV やハイブリッド車では，専用の発電機を搭載していませんが，走行前に大容量の充電池に充電された電力と，減速時に 駆動用モータ が発電する電力によって，クルマのエネルギー効率の改善を果た
しています．
さらに最近になって，エンジン車でも，石油燃料をできるだけ使わなくするため，信号停車時にエンジン自体の動作を停止させるなどの技術的工夫がされた車種も増えてきました．
こうした，いわゆるエコ・システムを実現するには，さまざまなパワー ･ エレクトロニクス技術が使われています．ここでは，現在市販されている省エネ自動車に使われている，いろいろなパワー ･ エレクトロニク技術を紹介していきたいと思います．
なお，ここでは従来エンジン車のパワー ･ エレクト
ロニクス技術については，ほとんど触れていません．

1．発電するクルマの種類

減速エネルギー
回生システム例：エネチャージ
i-ELOOP

マイルド・ハイブリッド
例：S-エネチャージ
48Vシステムモータ・アシスト

モータ走行

モータ・アシスト

ブレーキ回生ブレーキ回生ブレーキ回生

アイドリング・ストップ

アイドリング・ストップ

アイドリング・ストップ

エンジン走行エンジン走行エンジン走行

燃費改善効果見本

発電するクルマの種類

1150% ほど改善できますが，車両価格は 40 万円程度高

トップとは，信号待ちなどの間にエンジンを一時停止くなるといわれています．そのため，環境には優しいさせる機能で，この機能だけを備えている車の場合，車ではありますが，浮いたガソリン代で元を取るに3 万円〜 5 万円のコストアップで 3% 〜 5% の燃費を改は，10 万 km 以上の走行距離が必要になります．それ善できます．

なら，ハイブリッド車なんていらない！と，思われるかもしれませんが，ハイブリッド車には燃費改善のメリットだけでなく，モータ・アシストによりワンランク上の力強い加速性能と静粛性が得られるという利点もあります．
したがって，ハイブリッド車並みの加速性能を持つ排気量のガソリン車と比較すると，100% ほどの燃費改善効果（2 倍の走行距離）を期待できます．しかも価格差は 10 万円程度なので，ここからエコカー減税（車種にもよるが十万円程度）や自動車税などの維持費を差し引くと価格差はなくなり，逆に少し安くなるくらいです．
ただ，エンジン車のエンジン駆動機構＆石油タンクと EV のモータ駆動機構＆電池をダブルで搭載することになるので，クルマ全体のシステムとしては複雑で重くなります．

■ 1.2

マイルド・ハイブリッド方式● 搭載モータは駆動用ではなくエンジンのアシスト用
マイルド・ハイブリッド方式 は，スズキの「ワゴン R」（2014 年版以降），「ソリオ」（2015 年版）や，2016年ごろから市場に登場する予定の，48V システムが搭載されるクルマが該当します．ストロング・ハイブ
リッド方式のように，モータ単独で走行することはできませんが，エンジン再始動時の駆動アシストにモータを利用しています．スズキでは，モータというより，ISG（モータ機能付き発電機）と呼んでいます．
この方式は，上記のストロング・ハイブリッド車に比べて，モータ駆動部＆電池を小型・軽量化できるので，製造コストも安価で燃費も改善することができます．同じ排気量のガソリン車と比較すると，価格が10 万〜 15 万円ほどアップしますが，燃費は 10% 〜15% ほど改善できるといわれています．

■ 1.3

減速回生ブレーキ・システム● 減速時回生エネルギーを電装用電力に使用
マツダの「アテンザ」（2012 年以降のバージョン）な
どは，モータによるエンジン・アシストは行いません
が，車が減速する際に発電し，エネルギーを電池に回収する 減速回生ブレーキ・システム を備えています．
回収した電力をオーディオなどの電装品に供給することで，アイドリング ･ ストップ機能と合わせると，燃費を 5 〜 10% 程度向上させることができます．コ
ストアップは 5 〜 10 万円程度です．アイドリング ･ ス

12

2．減速回生ブレーキ・システム
ここでは，エンジン車の回生ブレーキ・システムについて，少し詳しく説明します．これは，エンジン車にカテゴリされる車種で採用されています．
● エンジン車の電装品の電力消費は最大 2 〜 3kW
自動車においても，電装品がたくさんの電力を消費すると，当然のことながら車の燃費が悪くなります．
どのくらい燃費が悪くなるかというと，10% ほどのようです．電装品の消費電力ってそんなに多いのだろうか？と疑問に思うかもしれませんが，エアコン，ナビ/ オーディオ，ライト / ランプ類，ワイパー，電動パ
ワステ，曇り止めヒータ（デフォッガ），ポンプ類（ウォータ・ポンプ，燃料ポンプ，CVT ポンプなど），ECU（エンジン制御ユニット）などの電装品があり，その最大消費電力は 2 〜 3kW にもなります．
この電力は，エンジンの横に置かれた鉛電池（14V）と，その鉛電池充電のために搭載されている オルタネータ（発電機） から供給されています．つまりガソリンを使って低い効率で発電した電力で，電装品を動かしていることになります．
● 減速回生用に鉛電池では難しい
そこで，減速回生ブレーキ・システムでは，車が減速する際にブレーキで 熱 として捨てていた運動エネルギーを発電に回して電池に充電し，電装品の駆動に再利用しています．自動車には，もともと電装品への電力供給やエンジン始動のために（車載補機用）鉛電池が搭載されているので，この電池にエネルギーを回生できれば安価にシステムを構築できるのですが，残念ながら，鉛電池の容量は 12V 30 〜 40Ah 程度なので，減速時のエネルギーを十分に回収することはできません．
そこで，より多くのエネルギーを回生するために，鉛蓄電池とは別に電気 2 重層キャパシタやリチウム ･イオン電池を搭載する方式が実用化されています．電気 2 重層キャパシタやリチウム ･ イオン電池では，充放電電圧を高めることが容易で，電流を下げることができ，また内部抵抗も低いので，鉛電池よりずっと効率良くエネルギー回収ができます．

■ 2.1

リチウム・イオン電池を使った「エネチャージ」

見本

回生用電池にリチウム・イオン電池を用いたシステ
ムから紹介します．

No.2

特集 発電するクルマのパワーエレ技術● リチウム･イオン電池も 12V 〜 14V で使用すると…
リチウム ･ イオン電池は，電池セル（3.7V）を直列接続することで，高い電圧でも使用できます．この場合は，鉛電池と共存して使用するので，充放電電圧特性が近い 12V 〜 14V 付近が利用されています．このよ写真 1

エネチャージ搭載のスズキの軽自動車（アルトとラパン）● 減速時にオルタネータで発電される電力を使うエンジン車ですが，スズキの軽自動車「アルト」/「ラパン」（2014 年版以降）などには，「エネチャージ」と呼ばれる減速回生ブレーキ・システムが搭載されてい て（ 写 真 1）
， 約 3% の 燃 費 向 上 を 実 現 し て い ま す（2015 年 8 月時点）
．このシステムには，12V/36Wh のリチウム ･ イオン電池パックと，定格 1.2kW のオルタネータ（発電機）が搭載されています（図 2）．減速時にオルタネータで発電されたエネルギーは，鉛電池とリチウム ･ イオン電池に充電され，また一部は電装品にも供給されます．
車の減速は，長い下り坂以外では短時間に終わります．減速時にすべてのエネルギーを回生で回収するには，（1）運動エネルギーから電気エネルギーに変換するオ
ルタネータの発電容量 / 発電電流が，十分に賄 う

うに同じ電圧範囲の電池を使用することで，二つの電池間のエネルギーをやり取りするために通常必要となる DC-DC コ ン バ ー タ（ 電 圧 変 換 器 ）が 不 要 と な り，
図 3 に示すように，切り替えスイッチだけで安価に燃費を改善することができます．
切り替えスイッチは，リチウム・イオン電池パックの中に，MOS スイッチが 2 個とバイパス ･ リレー・スイッチが 1 個あり，オルタネータからの電力の経路を決めています．
●「エネチャージ」での回生手順
エネチャージの各走行状態における動作を図 4 に示します．
（a）駐車時・初回始動時
駐車時やフェイルセーフ時でも，ごく一部の電装品リチウム・イオン電池パック
バイパス・リレー

MOSスイッチ1ことができること．つまり，重い車体が急速に減速するには，それなりのオルタネータの発電容量が必要．また，オルタネータは，発電機部では交流を生成し，それを定電圧の直流に変換する電子部があり，いずれも耐電力性が必要．
（2）電池の充電電力許容量が，オルタネータの発電容量に対応できること．そのためには，前述に示したように電池の内部抵抗が低いこと．などが重要になります．

MOS
スイッチ2

MOSスイッチ制御

電流・温度センサ

平均セル電圧コントローラ
図3

一般負荷
ヘッド・ライトフォグ・ランプ
●
ウィンカ
●
ワイパ

リチウム・イオン電池

平均セル電圧リチウム ･ イオン電池パックの回路構成走行必要負荷・被保護負荷

ラジエータ・ファン
スタータ・モータ●
ブロワ・モータ（エアコン）

ナビ/オーディオメータ●
ストップ・ランプ●
コントローラ類

点火コイル
インジェクタ●
燃料ポンプ●
CVT電動ポンプ

●

●

●

●

●

●

●

●

リチウム・イオン
電池パック
エンジン

（12V/36Wh）
鉛バッテリ
オルタネータ（1.2kW）

図2

エネチャージのシステム構成

No.2

見本
13

は動かさなければなりません．そのため，バイパス ･リレーのみが ON となり，鉛電池のみが電装品と接続された普通の自動車と同じ状態になります．

（d）減速時（13km/h 以下）
車が 13km/h 以下に減速すると，エンジンが停止します．これにより，アイドリングによる無駄な燃料消

人が車に乗り込んで初回エンジン始動時も，鉛電池費 を 抑 え る こ と が で き ま す． こ の 期 間 も 減 速 時からスタータ ･ モータに電力が送られ，エンジンがか（13km/h 以上）と同様に，オルタネータで発電したエ

かります．
（b）加速時
車が加速する際には，オルタネータの発電を停止し，発電のために必要なエンジンの負担を軽減します．これによって，加速性能はそのままに燃費を向上することができます．この間の電力供給は，鉛電池とリチウム ･ イオン電池から行いますが，MOSFET ス
イッチ 2 のみがオンになっているので，鉛電池とリチウム ･ イオン電池とは切り離されています．
（c）減速時（13km/h 以上）
車が減速する際は，オルタネータの発電量を増加させます．この期間では，MOSFET スイッチ 1 と 2 が両方とも ON になっていて，オルタネータは二つの電池と接続されていますが，発電したエネルギーは，内部抵抗の低いリチウム ･ イオン電池側に主に充電されます．

ネルギーは二つの電池に充電されます．
（e）一時停止（信号待ちなど）
車が信号待ちなどで停止している間も，オルタネー
タ の 発 電 は 停 止 し て い ま す． こ の 期 間 で は，MOSFET スイッチ 2 のみがオンとなり，電装品の電力は，鉛電池またはリチウム ･ イオン電池から供給されます．
（f）再始動時
加速時，一時停止時と同ように，MOSFET スイッ
チ 2 のみをオンにし，電装品の電力の一部をリチウ
ム ･ イオン電池から供給します．これにより，スター
タ ･ モータを駆動させる際の鉛電池の負担を軽減できます．
● アイドリング・ストップ対応の電池容量は 36Wh
この「エネチャージ」システムでは，アイドリング ･ストップ・システム向けリチウム ･ イオン電池パック

減速時（13km/h以下）
一般負荷

走行必要負荷・被保護負荷

一般負荷

初回始動

停止

エンジン

エンジン停止（a）駐車・初回始動

走行必要負荷・被保護負荷

鉛電池

走行必要負荷・被保護負荷

一般負荷

加速時

鉛電池

Li-ionオルタネータ（d）減速（13km/h以下）

オルタネータ

一般負荷

発電

Li-ion

走行必要負荷・被保護負荷

停止

エンジン

エンジン

停止

鉛電池

停止

Li-ionオルタネータ鉛電池

Li-ionオルタネータ（b）加速（e）一時停止

減速時（13km/h以上）
一般負荷

一般負荷

走行必要負荷・被保護負荷

エンジン

エンジン

発電
（c）減速
（13km/h以上）
図414走行必要負荷・被保護負荷

再始動

減速

鉛電池

停止

Li-ionオルタネータエネチャージの各走行状態における動作

鉛電池

Li-ionオルタネータ（f）再始動見本No.2

特集 発電するクルマのパワーエレ技術（デンソー開発）が採用されていて，助手席の下に取に約 1% ずつ充電されることになります．なお，充放り付けられています．電池パック（写真 2）は，サイズ

電の使用範囲としては，30 〜 80％程度とのことです．

178 × 200 × 70mm，重量 2.5kg で，内部には切り替え● リチウム ･ イオン電池に「SCiB」を採用

スイッチと制御回路，リチウム ･ イオン電池が内蔵さ上記の電池パックに搭載されているリチウム ･ イオれています．電池には，電圧 2.4V，3Ah の電池セル

ン電池には，東芝製の「SCiB」が採用されています．

が直列に 5 本内蔵されています．
この電池容量は 36Wh で，軽自動車用の鉛電池の約10 分の 1 程度，プリウスのニッケル水素電池の 1.3kWhに比べると 3% 弱しかありません．しかし，最長 2 分
間 の ア イ ド リ ン グ ･ ス ト ッ プ を 維 持 し た 際 の SOC（Start of Charge：充電率）は，10% 程度の減少に留まります．これは，アイドリング ･ ストップ時に電装品によって消費される平均電力が 100W と仮定した場合です．
36Wh の容量をワット時からワット秒に変換すると，約 130kWs（ ワット秒）になりますが，100W を 2分間（120 秒）消費すると 12kWs となり，約 10% の減少量になります．
一方，減速回生で回収できるエネルギーは，オルタネータの最大発電量が 1.2kW なので，最大で 1 秒ごと

この SCiB はチタン酸リチウムを採用することで，従来のリチウム ･ イオン電池よりも急速充電特性や寿命，SOC レンジが特に優れた特長をもっています．
鉛電池では充電時の内部抵抗値が 60m Ωほどなのに 対 し て，5 本 直 列 接 続 し た SCiB で は 内 部 抵 抗 が14m Ωと小さく，鉛電池の 4 分の 1 の抵抗値です．電池 容 量（SOC）30% 〜 80% の 範 囲 で は， 約 1.3kW 〜2kW の充電電力許容量があるので，1.2kW のオルタネータで発電した電力を十分に吸収することができます．
また，SCiB は長寿命であることも特徴で，1 万回の充放電後も 80％以上の容量を維持できるサイクル寿命（図 5）を有しています．そのため，メーカも 5 年・10 万キロ以内を電池の補償期間としています．さらに，− 20℃の環境でも約 80% の容量を維持できる低温特性（図 6）を有しているので，寒冷地での仕様にも耐えることができます．
リチウム ･ イオン電池というと，過去に携帯電話が過熱・発火する事故が多発したので，安全面は大丈夫かと心配になりますが，この電池は，負極材にチタン酸リチウムを使用することで，強制的に内部短絡させたとしても熱暴走を起こさないとのことです．
● でも鉛電池が車から消えない理由は…
リチウム ･ イオン電池を搭載するのであれば，そもそも鉛電池はなくてもいいのでは？と疑問に感じる方もいると思います．しかし，鉛電池をなくせないのには理由があります．
その一つは，リチウム ･ イオン電池は− 40℃では特性が大幅に低下してしまうからです．自動車には，− 40℃の環境下でもエンジンを始動できることが求められているため，今のところ安価にこれを実現でき

写真 2 エネチャージに搭載されている電池パックの外観（デンソー）（サイクル寿命データ）

110

SCiB20Ahセル

100100908070●試験条件
電池に過酷な，高レート（3C）の充放電サイクル@25℃

6050

図502000

4000
6000
サイクル数
［回］

8000

SCiB の充放電サイクルに対する容量回収率

No.2

放電回復率
［%］

容量回復率［%］11080（温度別の放電容量維持率）

SCiB20Ahセル

604020●放電容量維持率（%）
各温度でのC/3放電容量×10025℃でのC/3放電容量（充電は25℃で実施）

0−40 −30 −20 −10 010000
図6

SCiB の温度特性

10 20
温度［℃］

30405060

見本
15

るのは鉛電池しかありません．

く物理現象を使うので，寿命も長く数百万サイクルのもう一つの理由は，リチウム ･ イオン電池が鉛電池充放電に耐えることができます．

よりも高価だからです．前記したように，リチウム電●「アテンザ」で採用されている「i-ELOOP」

池の容量は鉛電池の約 10 分の 1 程度しかありません．

マツダの「アテンザ」（ 写真 3）に 2012 年から採用さ自動車はエンジン停止中でもキーレス・エントリや盗れている「i-ELOOP」と呼ばれる減速回生ブレーキ・難防止装置などの待機電力があり，電池自体も少しずつ自己放電しますので，十分な電池容量を確保して，数か月間は車を使わなくても電池が上がってしまわないようにしなければなりません．しかし，鉛電池並みの容量を確保しようとすると，大幅にコストが高くなってしまうので，現実的ではありません．

システムには，日本ケミコンの電気 2 重層キャパシタ（最大電圧 25V，120F）がエンジン・ルームに搭載されています．
頻繁に加減速がある実用走行時，いわゆる街中走行
時には，アイドリング ･ ストップ機能を含めると 10%程度の燃費改善効果が期待できるといいます（電装品が 40A 程 度 の 電 流 を 消 費 し て い る 場 合 ）． 一 方 で，i-ELOOP によるコストアップは，10 万円ほど見積もられています．
● i-ELOOP のシステム構成
写真 4 に i-ELOOP のシステム構成図を示します．
電気 2 重層キャパシタの電圧は，コンデンサと同じで，充電時の電圧で充電されます．その電力を使用（放電）すると，使用した率に比例して電圧が下がっていきます．このように電気 2 重層キャパシタは，化学電池と異なり，充放電により大幅に電圧が変動します．
そこで，i-ELOOP には，定格 5kW の可変電圧式オルタネータ（電圧範囲 12 〜 25V）を搭載し，オルタネータとキャパシタを直結させています．また，キャ■ 2.2

電気 2 重層キャパシタを利用する
方式１― i-ELOOP● 電気 2 重層キャパシタは急速充電が可能
マツダやホンダは，減速エネルギー回生を行う蓄電部品として電気 2 重層キャパシタ（電気 2 重層キャパシタ）を利用しています．
電気 2 重層キャパシタは，図 7 に示すように，鉛電池やリチウム ･ イオン電池のような化学電池に比べ，エネルギー密度が 1 桁から 2 桁小さいため，たくさんのエネルギーを蓄えることができません．
しかし，化学電池のように電気エネルギーを化学反応によって蓄える電池よりも出力密度が高く，大電流による急速充放電が可能です．また，化学変化ではな

出力密度［kW kg−1］

エネルギー用途
電源平滑
100

負荷変動

バックアップ電源

補助電源

主電源

コンデンサ
キャパシタ

10.010.01

鉛蓄電池

0.1

1
10
エネルギー密度［Wh kg−1］

リチウム・イオン電池

100
写真 3 電気 2 重層キャパシタを搭載したマツダ「アテンザ」

図 7 電気 2 重層キャパシタと化学電池の比較

12-25V可変電圧オルタネータ

DC-DCコンバータ

電気2重層キャパシタ
写真 4

16i-ELOOP のシステム構成

見本
No.2

特集 発電するクルマのパワーエレ技術
最大200A

最大50A

最大50A
電装品

電装品
DC-DC
コンバータ

燃料カット
発電

蓄電

DC-DCコンバータ

燃料噴射
供給

休止

放電

鉛電池
可変電圧
オルタネータ
（12V〜25V）（12V〜14V程度）（a）エネルギー回生時
図8供給

鉛電池
可変電圧
オルタネータ
（12V〜25V）（12V〜14V程度）（b）通常走行時

i-ELOOP の動作概要

パシタの電圧から車載補機用鉛電池の電圧（12V 〜14V 程度）に変換するために，DC-DC コンバータが助手席の下に搭載されています．
● i-ELOOP の動作概要
図 8 に i-ELOOP の動作概要を示します．
（1）エネルギー回生時
i-ELOOP では，アクセルを放すと，オルタネータによって最大 200A でエネルギー回生を始めます．発電されたエネルギーの大部分は電気 2 重層キャパシタに蓄電されますが，そのうちの 2 割程度（最大 50A）
は，DC-DC コンバータを介して鉛電池や電装品側にも同時に供給されます．
例えば，オルタネータから鉛電池側に 40A が供給されているとすると，電気 2 重層キャパシタ側には160A が供給されていることになります．キャパシタ
電圧が初期値 14V から 25V まで充電されるまでの時
間 Trecycle を計算してみると，Q = I ×t = CV より，理論的に，Trecycle = 120［F］×（25［V］− 14［V］）/160［A］= 8.25［秒］となり，一般的な減速 1 回分の秒数で満充電できることがわかります．
（2）通常走行時アクセルを踏んでいる通常走行時では，オルタネータでの発電を停止して，電気 2 重層キャパシタと鉛電池から電装品に電力を供給します．これにより，エンジンをほぼ 100% 車の走行のために活用できるため，燃費を向上することができます．
● 減速してどれくらいの電気量を賄えるか
減速 1 回分の回生量で，電装品を何秒間駆動できるか計算してみましょう．回生時には，キャパシタに25kJ 程度のエネルギーを蓄えられます（詳しくは後述）．また，同時に鉛電池側に 40A が供給されたとす
ると，2 割程度の 5kJ が鉛電池にも蓄えられるので，合計すると 30kJ が回生されます．電装品の消費電流

No.2

写真 5 アテンザに搭載されている電気 2 重層キャパシタが 40A，鉛電池の電圧が 14V だと仮定すると，30kJの回生量によって電装品に供給できる時間T acce は，

W =V ×I ×t より，Tacce = 30［kJ］/（14［V］× 40［A］）= 約 54［秒］となります．したがって，減速 1 回分のエネルギー回生で信号停止等のアイドリング ･ ストップ中に電装品が消費する電力をほとんど補うことができます．
● 電装品による消費電力が 50A 以上になると…
電装品に電力をどれだけ供給することができるかを考えたとき，ボトルネックになるのは電気 2 重層キャパシタではなく，DC-DC コンバータになります．電装品が消費する電流は，通常 12V/40A 以下だといわれています．そのため，DC-DC コンバータ側から電装品側に出力できる最大電流は 50A に設計されています．とはいっても，日本の真夏ではエアコンに電力が使われるので，50A を超える状態が続くこともあります．そのときは，オルタネータと電池は直結されます．
● i-ELOOP 搭載の電気 2 重層キャパシタ容量「アテンザ」に搭載されている電気 2 重層キャパシタの外観を写真 5 に示します．体積約 4000cc，重量 5.7kgです．電気 2 重層キャパシタは長寿命であるため，10見本
17電力量としては，年 24 万 km の補償期間があるそうです．

= 7.15［Wh］

内部には，日本ケミコン社製の電気 2 重層キャパシ
タ「DLCAP」（ 定格電圧 2.5V，静電容量 1200F，直径となります．

40mm・高さ 150mm の円筒形）が直列に 10 本接続さ● 12V に変換する 4 相 DC-DC コンバータの役割れています（定格 25V/120F）．キャパシタ単体として前記したように，i-ELOOP システムには，キャパは，10.4Ah（37.5kJ）の容量を持っています．
この容量は，エネチャージ・システムのリチウム ･イオン電池の約 3 割の容量で，プリウスに搭載されてい る 電 池 容 量 約 1300Wh， 重 量 40kg と 比 較 す る と，電力量が約 0.8%，エネルギー密度（Wh/kg）は 5.6% 以下です．
しかし，キャパシタ 1 本あたりの内部抵抗は 0.9m
Ω以下で，10kW/kg 以上の高い出力密度を持っているので，5kW のオルタネータで発電される電力を効率よく吸収することができます．
なお，i-ELOOP のシステムでは，基本的に 25V 〜14V の範囲でキャパシタを使用しているので，電気 2重 層 キ ャ パ シ タ に 蓄 電 さ れ た エ ネ ル ギ ー の う ち，i-ELOOP シ ス テ ム で 実 際 に 活 用 で き る エ ネ ル ギ ーWiEloop は，WiEloop = CV 2 =× 120［F］×（25［V］2 − 142［V］）= 25.7［kJ］

シタの電圧（12 〜 25V）から車載補機用鉛電池の電圧（12V 〜 14V 程 度 ）に 変 換 す る た め に，DC-DC コ ン
バータが必要です．
DC-DC コンバータは，写真 6 に示すように，最大出力電流 50A，重量 1.8kg で，入力電圧範囲が 0V 〜25V， 出 力 電 圧 定 格 12.5V（ 出 力 電 圧 範 囲 11V 〜14.8V），作動温度範囲は− 40℃〜 85℃です．スイッ
チング周波数は 125kHz/110kHz です．
回路方式としては，図 9 に示すように，4 相の同期整流方式降圧型コンバータが採用されています．並列接続された 4 個の降圧型コンバータにエネルギーを分散させることで，（1）大電流化と低ノイズ化を実現（2）降圧型コンバータの動作させるタイミングを 90度ずつずらし 4 相にすることで，出力へ供給される電流の脈動（リプル）を低減させるという特徴が得られます．
● 出力電流のリプルを低減させる
降圧型コンバータのチョーク・コイルL 1 〜 L 4 を流れる電流iL 1 〜 iL 4 は，図 10 に示すように三角波のリプルを持った波形になりますが，位相を 90 度ずつずらして出力側（iL o ）で足し合わせることで，リプル成分を相殺できます．ちなみに，このような多相方式は，パソコンの CPU（中央演算処理装置）用電源に昔から使われています．
各相を流れる電流リプルのピーク to ピーク値は，⊿ iCo = Vo（1 −（Vo / Vi ））/Lfs写真 6発電機

DC-DCコンバータ
L118iL1

L2iL2

L3iL3L4

図9より求められます．
例えば，スイッチング周波数f s = 125kHz，チョーi-ELOOP に搭載されている DC-DC コンバータ

iL4

電装品へTsDTs

Co1Io
4iL2Io4iL3Io4iL4Io4iL0IoCo3

Co44 相方式の同期整流方式降圧型コンバータ

VoVoV（1-D）Ts= （1- o ）
L
Lfs
ViiL1
鉛電池
Co2ΔiL=

図 10
波形見本

チョーク・コイルと出力平滑コンデンサに流入する電流のNo.2

見本