平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

NNTSELNTTSSEELL
National Traffic Safety and Environment Lab.

Approach to the Evaluation ofElectrical Powered Hybrid System
電気動力ハイブリッドシステムの評価に関する取り組み
National Traffic Safety and Environment Laboratory
Environment Research Dept.

河合 英直
31, July., 2008

平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

Agenda
1. はじめに2. 重量車に対する燃費試験法
・ シミュレーション試験法
・ 重量車に対するＨＥＶ試験
3. 乗用車に対する燃費試験法
・ 既存の試験法
・ 乗用車に対するHEV試験
・ PHEV 評価に対するチャレンジ
4. 重量車に対するPHEV： IPT バス
5. 今後の取り組みとまとめ

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会自動車の地球温暖化対策について

Top-Runner 基準
Top-Runner Programに基いた燃費目標値

２００６年に市販の最大燃費効率を持つ車両の燃費に基づく燃費目標値が定められる。
(エネルギー使用の合理化に関する法律)＋α：positive factors
standards

Fuel-Economy(km/L)−β：negative factors
vehicles future

vehicles now

Weight (kg)

Top-Runner*車両は燃費に強い影響を与える車両重量によっていくつかのカテゴリーに分けられる。

正の要因: 技術改良
負の要因: 排出ガス規制など(燃費とトレードオフの関係)
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

Agenda
1. はじめに2. 重量車に対する燃費試験法
・ シミュレーション試験法
・ 重量車に対するＨＥＶ試験
3. 乗用車に対する燃費試験法
・ 既存の試験法
・ 乗用車に対するHEV試験
・ PHEV 評価に対するチャレンジ
4. 重量車に対するPHEV： IPT バス
5. 今後の取り組みとまとめ

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SE
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重量車に対する燃費基準
背景
背景

自動車から排出されるCO2 の約1/4 は重量車から排出される。

→ “CO2 低減 = 燃費改善” が必要

重量車に対する燃費測定法の開発が必要

2006年に重量車(車両重量3.5トン以上のディーゼル車）に対する世界で初めての燃費目標値が “Top-Runner Program”に基いて決められた。
自動車製造業者は、目標年2015までに重量車の燃費を改善することが要求される。
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日本の排出ガス試験の変遷
D13 mode

100
Engine Load (%)• エンジンのみの試験法• 13 の定常エンジン運転条件

12011801012609874036202500141320406080
Engine Speed (%)

10012013 Steady-state Engine Operating Points

JE05 mode• エンジンのみの試験法• 過渡運転条件を含む

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JE05 mode6

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Vehicle Speed(km/h)

JE05 Modeによる排ガス試験

Time (s)EnginetorqueEnginespeed

計算によって各車両仕様（ギア比等）に応じたモード走行時のエンジン回転数とエンジントルクに変換する．

Time (s)Time (s)• エンジンのみで運転する試験法• 過渡的運転条件を含む

JE05 Modeで実際に燃費試験は可能か?
JE05によるエンジンのみの燃費試験でも、多くの異なる車両仕様分の試験を行う必要がある。
自動車製造業者は、試験設備や測定を実施するために多大な資源 (時間、人及び費用）を費やす。
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重量車の燃費基準“重量車 Mode”
Vehicle Velocity[km/h]

都市内走行モード = JE05 Mode (排出ガス試験モード)
100
80
60
402000200

400

600

800

1000 1200
Time [s]

1400

1600

1800

2000

100
80
6040200Gradient [%]Vehicle Velocity[km/h]

都市間走行モード= 道路勾配を含む80km/h 定常走行モード

0400

800

12001600
Time [s]

2000

2400

2800

3200

0400

800

1200

1600
Time [s]

2000

2400

2800

3200

840-4-8NNTSELNTTSSEELL National Traffic Safety and Environment Lab.

シミュレーション法による燃費の評価
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シミュレーション法による燃費導出
計算
計算
運転モード

=都市内走行モード
都市間走行モード

車両諸元•ギアシフト位置の決定•エンジン回転数とトルクの計算

Engine speed /Torque vs. Time

エンジン運転モード
Enginetorque2nd Step
燃費計算
フェーズ

Enginespeed

計算

Torque (Nm)

燃費
マップ

Time (s)Engine speed (rpm)変換
フェーズ
Speed vs. Time

変換プログラムエンジンにより計測

1st Step

燃料消費量*シミュレーションの前に、エンジン燃費マップ作成のための試験を行う。
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end

= ∑ F .C .(i )i = start

燃費

一つのエンジンに対一つのエンジンに対して多くの車両仕様して多くの車両仕様が存在しても，そのが存在しても，そのエンジンの燃費マッエンジンの燃費マッ
プさえ計測すれば対プさえ計測すれば対応可能．
応可能．

Source: Japan Automobile Research Institute:Survey Report on Evaluation Methods for Heavy Vehicles, March 2003 9

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シミュレーション法の特長“シミュレーション法”= 走行モードによる実際のエンジン試験• 車両緒元値と実際のエンジンで計測した燃費マップを用いる
実際の燃料消費率マップ（計測値）
Torque (Nm)

エンジンパラメータ
駆動系パラメータ
etc.
Engine speed (rpm)• シミュレーション法により、排出ガス試験の延長として燃費試験可能

Æ 高い試験効率

Æ 走行抵抗の再現性に課題
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重量車ハイブリッド車両試験• 燃費試験
⇒ 簡易な方法が望まれる: ex. シミュレーション法• 排出ガス試験⇒ エンジンのみ(電気系システムなし)によるダイナモ試験が望まれる• 重量ハイブリッド車に対するシステムベンチ法¾ 構造的に複雑なシステム¾ 4輪駆動車には多数のエンジンダイナモが必要

試験工数の大幅な増大

RESS
InverterEngineM/G

E/D

Measurement of Exhaust Emission

システムベンチ法

Hardware-In-the-Loop Simulator (HILS) 試験法の開発
N
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NTTS
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HILS 試験法
実車ベース

HILS (Hardware In the Loop Simulator)
車両モデル

HEV(Hybrid Electric Vehicle)

Driver model

Battery
model

RESS

実物Hybrid
Hybrid ECUECUInverter
Motormodel車両諸元の入力

Enginemodel・Gear Ratio, eff.
・Eng. spec・Vehicle spec etc.

JE05モード走行
100

CPU
上で仮想のJE05走行
CPU上で仮想のJE05走行

Speed(km/h)

8060

エンジン回転数とトルクを求める

402000500

1000

1500

2000

燃料消費TorqueTime (sec)

排出ガスEngine

燃料消費率

E/D

排出ガスの測定
Engine speed

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都市間走行モード
都市内走行モード

HILS
HILS
Eng.によEng. ++ Motor
Motorによる走行仕事のうち、る走行仕事のうち、エンジンのみによるエンジンのみによる仕事を求める。
仕事を求める。

エンジン回転数とトルクを2nd Step

エンジン運転モードを決めるためのHILS Programによるシミュレーション走行

100
806040200

入力

0200

400

600

800

1000 1200
Time [s]

1400

1600

1800

2000

車両諸元
車両諸元

車両重量,車両重量, 走行抵抗,走行抵抗, 全負荷エンジント
全負荷エンジント
ルク,モーター特性,バッテリー特性,ルク, モーター特性, バッテリー特性, 等
等

接続

HybridHybrid ECU
ECU (Real)(Real)Enginetorque1st Step

Vehicle Velocity[km/h]

ハイブリッド重量車の試験手順

燃料消費量
end

=
*シミュレーションの前に、エンジン燃費マップを作るための試験を行う。

燃費N
NTSEL
NTTS
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∑ F .C .(i )EnginespeedInput
エンジン燃費マップ
Time (s)i = start

2nd
2nd step
step はシミュレーショ
はシミュレーション法と同じン法と同じ
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HILS システム
Main parameters

HEV model- Engine (Torque map)
- MG (Torque map, Electric-power consumption map)
- RESS (Internal resistance, Open-circuit voltage)- Vehicle mass
- Inertia- Transmission efficiency- Gear ratio

EngineTMMG

Inverter Capacitor

Driver model
Acceleration& Braking

Digitalsignalprocessor

ActualECUs
24V Power
Supply100
8060

Simulation results

402000500

1000
Time(sec)

1500

2000

Reference vehicle speed(JE05 driving cycle)

Torque rpm

Vehicle Speed (km/h)

InterfaceN
NTSEL
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sec

Calculated fuel economy with F.C.
map or Measure exhaustemissions with an engine unit

sec

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自動車の地球温暖化対策について

Agenda
1. はじめに2. 重量車に対する燃費試験法
・ シミュレーション試験法
・ 重量車に対するＨＥＶ試験
3. 乗用車に対する燃費試験法
・ 既存の試験法
・ 乗用車に対するHEV試験
・ PHEV 評価に対するチャレンジ
4. IPT バス : 重量車に対するPHEV
5. 今後の取り組みとまとめ

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について乗用車の試験手順
・ローラを仮想路面とし、その上に自動車の駆動輪を載せて決められたパターンで走行した際の排出ガス、燃費を測定

N
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NTTS
SE
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策についてハイブリッド車(ＨＥＶ車）に対する試験手順
電気量収支補正
電池の充電状態（ＳＯＣ）によって影響が出る可能性があるため、ΔＳＯＣとの関係式（一次回帰式）によって、電気量収支ゼロの状態への補正を行う。
電気量収支ゼロの状態への補正（１）排出ガス測定【技術基準(別添42) 】①まず、モード試験を数回実施し電気量収支（ΔSOC）と排出ガス量の関係を求める。
②各排出ガス成分毎に、統計的有意性が認められる場合は、その直線回帰式の傾き（補正係数）をもとに、所定試験における排出ガス量を電気量収支ゼロ相当の排出ガス量に補正した値を求める。
③統計的有意性が認められない場合は、補正を行わない。

排出量 [g/km]

0ΔSOC(電気量収支) [Ah]（２）燃費測定【TRIAS（5-9-2007）】①排出ガスと同様に求めた電気量収支ゼロに補正した排出ガス値を用いて、カーボンバランス法で燃費値を算出する。
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内燃機関自動車からHEV、Plug-in HEVへ

ハイブリッド車

内燃機関自動車
GAS

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石油エネルギー消費の削減

GAS

プラグイン・ハイブリッド車
石油エネルギーの電気への代替

N
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

ハイブリッド車とプラグインハイブリッド車の違い
ハイブリッド車: 石油エネルギー消費の抑制

エネルギー回生を行うことにより、今まで熱エネルギとして捨てていたエネルギーを利用。これにより燃料（石油エネルギ）消費を抑制できる。

プラグイン・ハイブリッド車: 石油エネルギーの代替
外部から燃料（石油エネルギーの他に電気エネルギも供給し、電動機により動力に変換する。従来の内燃機関自動車、HEVが石油エネルギーのみの供給であったのに対して、その一部を電気エネルギーに代替する。

Plug-in HEVは、単にＨＥＶに電源コード（外部充電機能）が追加されたのではなく、新しいエネルギーソース（電気エネルギ）の自動車への活用である。
プラグイン・ハイブリッド車はガソリン燃料と電気エネルギー、二種類のエネルギーを外部から供給二種類のエネルギーして走る。
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

プラグイン・ハイブリッド車の特徴
プラグインハイブリッド車

100

All Electric Range タイプ

SOC (%)

バッテリー充電量80

Blended タイプ

60

プラグイ

40

通常ハイブリッド車

PHEV車のOperationは、A kmを境に大きく変わる。

ン走
行

ハイブリッド走行

20+
0A

距離(km)

プラグイン走行:
プラグイン走行: 外部から供給した電気エネルギを消費しながら（バッテリー充電量（SOC)を減少
外部から供給した電気エネルギを消費しながら（バッテリー充電量（SOC)を減少させながら）走行させながら）走行
AA km:
km: プラグイン・レンジ
プラグイン・レンジ
ハイブリッド走行:
ハイブリッド走行: 回生された電気エネルギーにより、SOCが一定の値となるよう、ある程度の幅を回生された電気エネルギーにより、SOCが一定の値となるよう、ある程度の幅を持って制御されて走行持って制御されて走行
N
NTSEL
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プラグイン・ハイブリッド車評価の難しさ

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自動車の地球温暖化対策について

プラグインハイブリッド車はシンデレラ• PHEVのPlug-in（外部充電）という魔法の効果は、プラグイン・レンジ（A km）まで• プラグイン・レンジを超えると、通常のHEVに戻る
Plug-in HEV

プラグイン・レンジ

HEVと同等

A km

Akmで切れる魔法(外部充電)の効果をどのように排ガス・燃費測定に反映させるか?
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
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Agenda
1. はじめに2. 重量車に対する燃費試験法
・ シミュレーション試験法
・ 重量車に対するＨＥＶ試験
3. 乗用車に対する燃費試験法
・ 既存の試験法
・ 乗用車に対するHEV試験
・ PHEV 評価に対するチャレンジ
4. 重量車に対するPHEV： IPT バス
5. 今後の取り組みとまとめ

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

IPT Hybrid Bus*Inductive Power Transfer
Battery

Air ConditionerDiesel
EngineInverter

Up & Down(180mm – 50mm)

IPT Secondary Coil
IPT Primary Coil

IPT Unit

Motor
PowerSupply

On Board Secondary Coil

大出力 急速充電
Concrete-covered Primary Coil

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
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IPT Hybrid Bus: 重量車の”plug-less” Plug-in HEV

Lithium Ion Battery Unit
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Power Unit24

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自動車の地球温暖化対策について

3.実証試験概要 【走行路】
デモンストレーション走行
羽田空港 Shuttle Bus

Depot

8.8km / RT by HV drive

3.1km / lap
by EV drive

Charge Station

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第一ターミナル

国際線ターミナル

写真写真25

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自動車の地球温暖化対策について

Agenda
1. はじめに2. 重量車に対する燃費試験法
・ シミュレーション試験法
・ 重量車に対するＨＥＶ試験
3. 乗用車に対する燃費試験法
・ 既存の試験法
・ 乗用車に対するHEV試験
・ PHEV 評価に対するチャレンジ
4. 重量車に対するPHEV： IPT バス
5. 今後の取り組みとまとめ

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
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低炭素社会づくり行動計画
平成２０年７月２９日：「低炭素社会づくり行動計画」の閣議決定
本年６月の福田ビジョンと「地球温暖化問題懇談会」の提言を受け、我が国が低炭素社会へ移行していくための具体的な道筋を示すもの。
革新的技術開発や既存先進技術の普及、国全体を低炭素化へ動かす仕組みづくり等について、具体的な目標や施策が盛り込まれている。

日本としても2050年までの長期目標として、温室効果ガス排出量を現状から60〜80％削減。
また、長期目標を実現するため、世界全体の排出量を、今後10年から20年程度の間にピークアウトさせる。

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既存先進技術の普及

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自動車の地球温暖化対策について

次世代自動車の導入
我が国の自動車産業の技術力・競争力の強化にもつなげつつ、排出量のうち約２割を占める運輸部門からの二酸化炭素削減を行うため、現在、新車販売のうち約50台に１台の割合である次世代自動車（ハイブリッド自動車、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、燃料電池自動車、クリーンディーゼル車、ＣＮＧ自動車等）について、2020年までに新車販売のうち２台に１台の割合で導入するという野心的な目標の実現を目指す。
具体例•費用の一部支援などの導入支援の充実による初期需要の創出•次世代電池や燃料電池等の技術開発による高性能化、低価格化•充電設備等のインフラ整備•高度道路交通システム（ＩＴＳ）の推進などの交通流対策•クリーンディーゼル車のイメージ改善や普及促進等の統合的な取組•次世代低公害トラック・バス等の実用化促進など

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SE
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（2015年までに次世代電池の容量を現状の1．5倍、コストを７分の１、2030年までに容量を７倍、コストを40分の１にすることを目指す）
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自動車の地球温暖化対策について

過去、現在、そして未来
燃費基準の強化•エンジン技術改良•エンジン技術改良
•HEV
•HEV
•重量低減
•重量低減

燃料消費率
燃料消費率etc.
etc.

CO2
CO2 排出量
排出量

さらなる CO2 低減

原油依存の低減

エネルギー保障

エネルギー源の多様化
GTL,
GTL, CNG,CNG, Bio-Fuel,Bio-Fuel, DME
DME etc.
etc.

車への電気エネルギーの利用
N
NTSEL
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自動車の地球温暖化対策について

自動車エネルギー源のシフト
現在
内燃機関の自動車
Gasoline
DieselEtc.

バッテリーのバッテリーの近未来

出力密度エネルギー密度が必要
が必要

PHEV
IPT
PHEV は車載充電器を持つ電気自動車
EVの良いところと，内燃機関自動車の良いところ，双方を利用できる．
•長距離走行→エンジンによるRange Extend•大きな力が必要→エンジンによるPower Extend
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将来
完全な電気自動車30

平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

車両の適材適所vt

DrivingMode

HWY

Intercity

Suburbs

Diesel Distanceshortlong

Urban
area
Delivery

PHEVv
N
NTSEL
NT
TS
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Cityt

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策についてまとめ
1. 重量車と乗用車の燃費目標値は、CO2低減に有効
2. 更なるCＯ2 低減のためには、エネルギー源の多様化を考える必要がある
3. 完全な電気駆動自動車（Ｆｕｌｌ EV)は重要なオプションであるが、現状ではバッテリー性能が低い
4. PHEV はFull EVへの橋渡しとなる技術である。 しかしながら、この “橋渡しが必要な期間” はそれほど短くないだろう。
近い将来では，PHEV は非常に有望な技術である。
5. IPT は、重量バスに対するPlug-in として有力な選択肢の一つ
6. PHEV の試験法は現在、検討中である。乗用車用ＰＨＥＶの新試験法は来年には公表される予定
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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について“ガラスの靴”はどこ？

Electrical Power Storage Device(Battery, Fuel Cell or others…)

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平成２０年７月３１日 交通安全環境研究所講演会
自動車の地球温暖化対策について

Thank you all for listening so attentively
ご清聴有難うございました。

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