ハイブリッドカー

概要

ハイブリッド車とは2つ以上の動力源（原動機）を持つ自動車の通称である。
自動車に限らず、2つ以上の動力源を持つ車両をHV（hybrid vehicle）と呼ぶ。日本で一般的にハイブリッド車と呼ばれる車両は内燃機関（エンジン）と電動機（モーター）を動力源として備えた電気式ハイブリッド車（HEV, hybrid electric vehicle）である。車種によって違いはあるものの、運転条件によってエンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーターを同時に使用して走行するものなどがある。電気自動車（electric vehicle, EV）のように外部電源から直接充電できるものはプラグインハイブリッドカー（plug-in hybrid vehicle, PHV）と呼ばれる。自動車と電気鉄道の中間形態として、架線集電式トロリーバスとハイブリッドバスの利点を合わせた架線式ハイブリッドトロリーバスなどもある。（詳細はトロリーバスを参照）
なお“モーター”とは、「モータースポーツ」「モーターショー」といった言葉が示すように、広義では電動機だけを指すものではないが、日本では一般的に原動機の種類を表す言葉として使われる場合には“モーター＝電動機”また“エンジン＝内燃機関”とされることがほとんどで、電動機のみを搭載する自動車（電気自動車）が「エンジンを持たない車」「モーターで走る車」などと称されることもある。
日本や北米ではエンジンの回転力を直接動力として利用することに加え発電機を回すために利用するタイプのハイブリッド車が多く存在する。発電の動力源は主にエンジンであり、補助的に二次電池や回生ブレーキを用いる。
自動車が普及を始めた19世紀後半においては、赤旗法による英国の蒸気自動車の開発停滞にもかかわらず、ガソリン自動車の性能は蒸気自動車 や電気自動車に劣っていた。特に、蒸気貯めに圧力を蓄えたり鉛蓄電池に電気を蓄えたりするため始動トルクが大きく、ニードル弁や抵抗器操作で無段階変速が可能な蒸気自動車や電気自動車に比べ、ノッキングなど低速域の運転性が低く、アクセル・クラッチ・減速ギヤないしプーリー切替の同時操作を強いられるガソリン車の操作性は劣悪であり、複雑な精密機械であるトランスミッションの故障も多かったため敬遠された。
20世紀初頭に出現した車軸を電力で回転させる自動車は移動に用いるエネルギー源として内燃機関のみを用いるためハイブリッドと呼ばない。サスペンションの動きに合わせた機械式駆動系が満足に作れなかったため電動機で車軸を動かしていた。第一次世界大戦を経て機械駆動系の信頼性向上とコストダウンが進展し、フォード・モデルTの登場によるガソリン車の急激な普及により市場から消えていった。
20世紀後半になると導電性プラスチックポリアセチレンの発見に端を発する高性能なリチウムイオン二次電池や、小型で強力なモーターを可能にするネオジム磁石が相次いで日本で開発され、電気自動車に必要な技術が急速に発展した。
20世紀末からガソリンエンジンと大容量蓄電池を搭載したハイブリッド車が主に日本と北米で販売された。エンジンによる発電に加え回生ブレーキを併用し、主に低速時に電力を用いて走行することで内燃機関単独で走行するのに比べ燃費を向上させたものである。
2000年代には電動機のコアに鉄損の少ない専用の電磁鋼が使われるようになり、同年代末からはコンセントから充電できるプラグインハイブリッドカー（PHEV）が中国や日本で販売された。2008年の北京モーターショーでは中国メーカーがプラグインハイブリッドカーを発表し、2010年のジュネーブモーターショーでは欧米メーカーが相次いでハイブリッド車を発表した。こうしたハイブリッド技術の進歩から、PHEVではリッター60km、従来型のハイブリッドでもリッター40kmという以前からは考えられない燃費の車が、中価格帯でも続々と登場するようになった。
※後述するシリーズ・ハイブリッドと誤解されやすい電気駆動という別概念がある。

これは駆動系（パワートレイン、動力伝達機構）を電気にしただけのものである。駆動用の発電機を回すために内燃機関を用いる移動体を「ガス・エレクトリック」もしくは「ディーゼル・エレクトリック」、タービンエンジンを用いるものは「ターボ・エレクトリック」と呼ぶが、これらは発電により得られた電力を蓄えるバッテリーを有しておらず、ただ単に内燃機関によって発電機を回すことにより得られた電力でモーターを直接駆動しているだけのシステムであるため、内燃機関が停止すると走行できない。したがって走行は内燃機関のみに依存しているとみなすことができるため、HVではないとされる。これらは「ガソリンエンジン原動・エレクトリック駆動」、「ディーゼルエンジン原動・エレクトリック駆動」および「タービン原動・エレクトリック駆動」の略称である。

ハイブリッドシステムの種類と特徴

発電と駆動の方法により、「シリーズ方式」、「パラレル方式」、「スプリット方式」に大別できる。最も構造と制御が単純なシリーズ方式が世界的には主流である。なお、シリーズ方式とパラレル方式を融合した「シリーズ・パラレル併用方式」もあるが、大型自動車を含め試作車レベルでは存在するものの、市販車としてはいまだに登場していない。

効果

エンジンの出力は高負荷運転を考慮して設定されているため、低速度では必ずしも効率は高くない。乗用車に広く使われるガソリンエンジンは、軽負荷では効率が著しく下がる。そこで低速域や軽負荷領域では効率の低いエンジンを停止して、電気モーターのみで走行することによって燃費の改善と、有害排出物の低減ができる。
また、本来必要なエンジンより出力の小さいエンジンに電気モーターでアシストすることによって、それらを改善するという考えもある。さらに、自動車向きではなく使えなかった種類の熱効率の高いエンジンを、電気モーター主力とすることで利用可能とした組み合わせもある。

エンジン

車両総重量に対して排気量が少なく出力が低いものや、アトキンソンサイクルエンジンなど、軽量化・高効率化したエンジンを使用することができる。

回生ブレーキ

減速時に電動機を発電機として用いることにより、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、二次電池に電力を蓄える。ハイブリッド車に限らず電気自動車やソーラーカーなど、二次電池と電動機で走行する車両では「回生ブレーキ」でエネルギー効率を向上できる。新幹線のような電気鉄道でも広く用いられているが、回生エネルギーを架線に返すので、同時に力行する鉄道車両（電気機関車や電車）がないと、有効に使えなかった。今では電気鉄道でも変電所の定置型二次電池に充電させ、いつでも回生を有効にすることが企画されている。

全輪駆動

付随輪にモーターを追加することで、トランスファー、センターデフ、プロペラシャフトが不要となるため、全輪駆動化も比較的容易である。

システムの複雑化による重量増加

ハイブリッド自動車は内燃機関およびその補機一式と電動機および駆動用バッテリと燃料タンクを1台の車に搭載するため、全般に同程度の排気量のガソリン車と比較して15-20%ほど重量が増加する。
重量の増加は燃費の悪化に加えタイヤやブレーキといった車体、および路面のダメージを増大させる。また、モーターやバッテリーにはレアアース（希土類金属）やコバルトなど産地が偏っている鉱物（レアメタル）を利用するため価格が高騰しやすく、安定した資源確保が困難になることも懸念される。
またHV化においては駆動用バッテリーやモーターの搭載により車室空間が犠牲となり、スペアタイヤや3列目シートなどを廃さなければならなくなった車種が存在する。(内燃車とHVが存在する車種の例:ホンダ・フィットハイブリッド、三菱・アウトランダーPHEV。HV専用車種の例：ZE2/ZE3ホンダ・インサイト) 特にスペアタイヤを廃してしまった場合はランフラットタイヤのサイズ設定がない場合パンク応急修理キットで対応することを強いられている(＝サイドウォールの損傷やバーストには対応できない)。ただし、新車時から未使用のまま廃棄する例も少なくなかったため、近年はSUVなどの特定の車種以外ではスペアタイヤ搭載を廃止している車種が主流である。また、法制面ではスペアタイヤ装備の車検項目の廃止されたこともその動きを後押しする結果となり、タイヤについては問題点とは言えない面もある。

環境負荷の増大

ハイブリッド車は、二次電池式電気自動車や従来型の内燃車（ガソリン車やディーゼル車など）に対して部品点数が多くなるため、必然的に製造・廃棄にかかる環境負荷とコストの両面で高くなる。
また、バッテリーをリサイクルするにしても行程が長くなるという問題がある。トヨタが公開しているPVによると、そのリサイクル行程は「一度全国の解体屋からバッテリーを愛知陸運に集め豊田ケミカルで解体・下処理・破砕、その後住友金属鉱山で精錬、プライムアースEVエナジーで製品化した後トヨタの工場で車両に搭載」…つまり日本全国→愛知県→愛媛県→静岡県→愛知県→全国…という、通常の自動車リサイクルに比べ大がかりな流れになっている。
そしてHVはエンジンも搭載しているので、内燃車のリサイクル行程も必要になってくることに注意が必要である。
このように製造・廃棄の部分で内燃車より環境に悪いことを考えるとHVをエコカーとして成立させるには燃費や低排出ガス性能で帳消しにする必要があるが、それが十分達成できているかには疑問が残る。例えばトップ・ギア Series11 Episode1でトヨタ・プリウスを取り挙げた際には、この点がかなり痛烈に指摘されており、司会のジェレミー・クラークソンは「長期的に見るとランドローバー・ディスカバリーよりも環境に悪いという主張もある」とコメントしている。ただし、この廃棄の部分の課題は、自動車メーカーも90年代からすでに燃費追求と並行して研究しており、トヨタ自動車は2015年時点でバッテリーの91％をリサイクル可能としている。近い将来、リサイクル率を100％にする見込みである(ただしライフサイクルアセスメントと言う概念があるように、リサイクル自体も環境負荷なしにはできないということに注意が必要ではある)。一方で、長期的に見た場合、HV特有の消耗しやすい部品の交換などの金銭的負担や技術革新の関係でHVであっても燃費性能に差がつく以上、HVの普及による環境負荷の低減はあっても、廃棄や部品交換などで相殺されている可能性はある。

バッテリーの危険性の増大

ガソリンハイブリッド車両はガソリンエンジンと電気モーターを組み合わせているため、通常の車に搭載される12Vのバッテリーに加え、最大600Vで電気モーターを回すHVバッテリーを搭載している。このバッテリーは通常のバッテリーと比べ電圧が高いなどの理由から感電の際の危険が大きい。特に大型機械に搭載されているキャパシタ（コンデンサ）も同様の理由により感電した場合死亡事故にも繋がりうる。整備工場や事故現場などにおける感電事故が懸念されており、メーカーがレスキュー時の専用マニュアルを公開していることもある。

静穏化による歩行者への危険の増大

ハイブリッド車は、電動モーター走行時の騒音が小さいため、主に低速時に歩行者、特に音で接近を判断する視覚障害者は、自動車の認知が遅れ、回避出来無い危険性が指摘されている。また、静穏性を悪用したひったくりが発生するという事態にまでなっている。電気自動車も含め走行中に人工的に音を発生させる装置の義務化がハイブリッド車メーカーや政府によって進められている。

乗用車

日本や北米ではハイブリッド車が環境に優しい車として認知されている。理由としては、両国都心部は高加減速能力が重要視される環境ゆえに、この能力が高いモーターを利用するハイブリッド車の利点が活かしやすいという事情が挙げられる。特に日本市場では2009年5月にプリウス（3代目ZVW30）が低価格で発売されかつ、エコカー減税と補助金の追い風もあって大ヒットを記録し、その後2011年12月にプリウスよりさらに小型で低価格なトヨタ・アクアも大ヒットし。日本でのハイブリッド車の普及に大きく貢献した。
ハイブリッド技術の開発には数千億円単位の開発費がかかるため、独自に開発費を負担できない国内の自動車メーカーが2009年後半に相次いでハイブリッド技術を持つ有力メーカーと提携している。
世界的な2050年までの二酸化炭素排出量半減の流れを見ると、ハイブリッド車を普及させても自動車からの二酸化炭素排出量を半減させることは難しい。そのような事情もあってか、ハイブリッド技術で先行したトヨタ自動車や本田技研工業に対し、日産自動車や三菱自動車工業は電気自動車の量産を目指している。
ブラジルやアメリカでは自国で生産されるサトウキビや穀物や果物を原料としたバイオエタノールを燃料として利用できるフレックス燃料車が1000万台以上存在している。摂氏15度以上ではバイオエタノールのみで走行できるため年中温暖な赤道から亜熱帯地域で適している。
ヨーロッパメーカーは、高加減速能力より高速能力が重要視される環境が災いしたのかハイブリッド技術で後れを取っており、また開発資金が安く開発期間も短く済む上に品質の良い軽油の調達が容易という事情もあり、高速能力ではハイブリッド車に勝る低燃費ディーゼル車および過給器と小排気量化を組み合わせたダウンサイジングコンセプト車の開発を優先している。ただし、技術力それ自体にメーカーごとの差が大きく、2015年現在、日本において「ガソリン・ハイブリッド」「ディーゼル・ハイブリッド」「プラグイン・ハイブリッド」という3種類ものハイブリッド車をラインアップする唯一の自動車ブランドはメルセデス・ベンツである。
世界的な原油価格の高騰と各国政府による補助金により先進国ではハイブリッド車の販売は伸びている。またハイブリッドは重量増のデメリットの小さいクロスオーバーSUVと相性が良いため、近年の先進国でのSUVブームに一役買っている。一方発展途上国においては日本メーカーの作るハイブリッド車は価格が一般庶民の手には届かず、反対に現地メーカーによる低価格のガソリン車や電気自動車のほか、低価格の電動バイクは増えており、先進国とは違った需要が存在する。

バス

大型自動車では、1991年に日野自動車が路線バス用としてディーゼルエンジンと電気モーターによるパラレルハイブリッド方式のHIMR（Hybrid Inverter-controlled Motor & Retarder System = ハイエムアール）を試作し、東京都交通局などで試験運行を開始した。1994年に型式（かたしき）承認を取得し、大型路線バスブルーリボンシリーズの1モデルとして正式発表している。日野自動車は改良を続け、1995年には小排気量エンジンに変更して排出ガス値と燃費を改善し、2001年にはワンステップ化、2005年にはノンステップ化を実現した上で、親会社のトヨタからプリウスの技術を流用、価格を下げることにも成功している。このモデル以降はHIMRの呼称をやめ、単に「ハイブリッド」と呼ぶようになった。また、観光タイプ（日野・セレガ）の製造も行われている。
一方、日野自動車以外の日本のバスメーカー3社は、電気式より構造が単純であることなどから、減速時のエネルギーで作動油を蓄圧タンクに入れ、タンク内部の窒素ガスを圧縮し、発進時などに油圧として動力を取り出す、蓄圧式ハイブリッド車を開発した。
嚆矢は三菱ふそうのMBECS（エムベックス）で、1993年から試験運行を開始し、1995年に同社の大型路線バスエアロスターをベースとしたMBECS IIを正式発売し、1998年からは、ワンステップバス対応のニューエアロスター用のMBECS IIIも発売開始した。また、日産ディーゼル工業（現・UDトラックス）がERIP（エリップ）、いすゞ自動車はCHASSE（シャッセ）を開発している。しかし、このタイプは思ったほどの排出物低減効果が見られなかったことや、路線バスで並行して要求されていた低床化に対応できなかったことから販売は少数に留まり、2000年度をもって、各社とも撤退してしまった。
日産ディーゼルは、大電流の出し入れ速度に優れる電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）を用いた、キャパシタハイブリッドを独自に開発し、日野自動車に技術供与も行った。同社は大型車用ディーゼルエンジンの窒素酸化物低減でも、コモンレール噴射方式に大量のEGRとDPFの組合せを採る各社とは異なり、唯一ユニットインジェクターと尿素SCRシステムを採用するなど、独自性が際立っていた。しかし、その後同社もコモンレール噴射方式に移行し、尿素SCRシステムとを組み合わせで三菱ふそうトラック・バスに技術供与し、一旦は相互OEMの関係となっていたが、2010年10月にその契約を終了し、バス生産から撤退している。
その後三菱ふそうはディーゼル・電気式ハイブリッドバスHEVを試作し、2002年に遠州鉄道で試験運行を行い、2004年から正式にエアロスターHEVノンステップとして販売、2007年からは改良を施され、エアロスターエコハイブリッドとして発売された。HEVはHIMRと異なり、ディーゼルエンジンを発電専用とし、駆動にはもっぱら電気モーターを使用するシリーズハイブリッド方式である。
いすゞ自動車も、東京モーターショー2011でエルガハイブリッドを参考出品し、日野自動車と同じくパラレルハイブリッド方式を採用しており、またバッテリーの位置も他社と異なり最後部の非公式側の2席分にバッテリーを搭載している。なおエルガハイブリッドは2012年8月に正式発売された。
2003年8月22日より、米・キャプストン・タービン製マイクロガスタービンを使ったニュージーランド・デザインライン製ガスタービン発電シリーズハイブリッド方式電気駆動バスが、日の丸自動車興業によって東京駅周辺で無料巡回バスとして運行されている。

軍用車両

旅客輸送を除く車両においても古くから電気駆動は使われており、鉱山で活躍するオフロードダンプなどの超大型機の駆動装置には現在でも「ディーゼル・エレクトリック方式」が使われ続けている。これは未だ極端に大きな出力を受けるクラッチが流体クラッチもしくはトルクコンバーターしか存在せず、電気的な接続をした方が構造全体で有利になるためである。
大馬力を伝達できる「はすば歯車」を量産する工作機械が第二次世界大戦の直前に米国で開発されるまで、大型機はほとんど電気駆動だった。第一次世界大戦時に開発された黎明期の戦車の1つであるフランスのサン・シャモン突撃戦車や、同じくフランスにより開発されるも製造は戦後となったシャール2C超重戦車は「ガス・エレクトリック」方式の駆動装置を搭載しており、第二次世界大戦時にはドイツでポルシェ社により開発された重戦車、VK4501(P)にガス・エレクトリック方式のエンジンが搭載され、その自走砲型であるエレファント重駆逐戦車や、同じくポルシェ社により開発・製造された世界最大の戦車であるマウス (戦車)でも同様の駆動方式が採用された。
第二次大戦後、材料の改良と工作機械が広く普及したため、50t級の重戦車まで機械駆動系で問題なく実用化できるようになり、電気駆動方式は軍用車両の駆動装置としては顧みられなくなったが、最近になって各国で開発されている軍用ハイブリッド車は単なる大馬力用電気駆動車ではなく、ハイブリッド特有の利点を得るために計画されている。軍用大型トラック向けには民生用と同様に燃費の向上を目的として回生ブレーキ込みのハイブリッドシステムが開発されている。

レーシングカー

モータースポーツの世界においても、主に自動車メーカーの技術アピールなどの理由からハイブリッド車が参戦する例が見られる。
ツーリングカー分野では、2006年にスーパー耐久の一戦である十勝24時間レースにレクサス・GS450hが出場した（実際のチームオペレーションはサードが行った）。ハイブリッド車を用いたワークス・チームによる本格的なレース参戦はこれが嚆矢とされる。トヨタでは翌2007年にも、前年に使用したGS450hの機構をスープラに移植して十勝24時間レースに参戦し総合優勝を果たしている。その後2010年よりスーパー耐久・ST5クラスにプリウス、インサイト、CR-Zの3車種が参戦を認められている。
2012年からはSUPER GT・GT300クラスにプリウスとCR-Zが参戦している。ただしハイブリッド機構の要ともいえるバッテリー（リチウムイオン電池）が日本の輸出規制に引っかかるという理由で、日本国外のレースではハイブリッドシステムを外して参戦しなければならないといった問題も発生していたが、2013年からは問題を解決して仕様変更をすることなく海外イベントに参加できている。2016年には年間2位の好成績を収めた。また2014年から2015年までGT500クラスでNSXがハイブリッドシステムを搭載して参戦、総合3位の成績を収めている。
純レーシングカーの世界でも、2009年にザイテック製のハイブリッドシステムを用いたLMP1の09SHがALMSにデビュー。そして2012年に開幕したFIA 世界耐久選手権（WEC）では、メーカー系チームはハイブリッドカーであることが義務付けられた。アウディはディーゼルエンジンのR18にフライホイール式蓄電システムを搭載するR18 e-tronクワトロを投入し、同年のル・マン24時間レースでハイブリッド車としての初勝利を飾った。また2013年のル・マン24時間では前衛的な技術車両に認可される「ガレージ56枠」に、PHEVに近い特性を持つ日産・ZEOD RCが参戦した。2018年現在、唯一WECにおいてハイブリッドマシンであるトヨタ・TS050 HYBRIDは8MJを回生して最大500馬力、エンジンの500馬力と合わせて1000馬力を発生する。この8MJは2.4tのミニバンをビルの20階相当まで押し上げるエネルギーに相当する。このTS050は2017年のル・マンで、ミュルサンヌストレートにシケインの無かったグループC時代のコースレコードである3分13秒90に迫る、3分14秒791を叩きだしている。
F1でも、2009年に運動エネルギー回生システム（KERS）が導入された。こちらはストレート加速や立ち上がりで使用されるブーストボタン用のエネルギーとしてのみ用いられたが、2014年には熱エネルギー回生と運動エネルギー回生を併用する完全なハイブリッド規定となった。しかし従来のV8エンジンでは高い音としてサーキットに響かせていたエネルギーも動力に使われるため、音に迫力が出なくなったことに不満の声が上がった。また安全上の観点からダウンフォースが削減されたこともあり、規定導入時は「スーパーフォーミュラより遅いのでは？」と言われることもあった。それでも技術の進歩は目覚ましく、2017年にはダウンフォースを増加させる方針に転換したこともあり、鈴鹿サーキットではミハエル・シューマッハが2006年に記録したレコードである1分28秒954を、ルイス・ハミルトンが1秒半以上上回る1分27秒319で破った。
ハイブリッドは高コストゆえにプライベーターからは敬遠されるものの、エコ技術を宣伝したいメーカーには非常に魅力的なものとなっている。ただしフォルクスワーゲン不正問題でディーゼルの排ガス問題が露呈して以降は、これまでのディーゼル推進のイメージを払拭したいドイツ車メーカーを中心に、純粋なモーター駆動車（=電気自動車）のレースへとシフトしつつある。