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トヨタ 電動化技術戦略レポート

[2017.12.27]
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電動化技術戦略

トヨタは2050年までに環境戦略を掲げており、自動車の素材調達から車両の使用、廃車までのライフサイクル全体でのCO₂削減を図る中、2050年までに新車におけるCO₂排出量を、2010年比90%削減を目指している。

-目標達成に向け、HEVを中心にPHEVやFCEV、EVの販売を強化し、新車販売に占める電動車の比率を除々に引き上げる。

-主力であるHEV(トヨタ呼称HV)では、2015年の4代目Priusを皮切りにFF車、FR車ともに、新世代型のシステムへ変更を推進。エネルギー効率の向上やフリクションロスを低減した新システムの搭載車拡充を進めている。

-PHEV(トヨタ呼称PHV)については、HEVのシステムをベースに構造を一部改良するほかバッテリー容量の拡大を行う。2017年現在でFFモデルのPriusにPHEVを設定している。

-FCEV(トヨタ呼称FCV)では、HEVの電動技術を活かしながら、グループ企業等と連携してシステムを開発し2014年にMIRAIを市場投入。2020年頃の投入を目指し、新世代のシステムの開発を進める。

-EVは2016年末に社長直轄専門組織を立ち上げ、EVの開発を本格化。2017年にはマツダやスズキなどの他社との連携を活かして開発体制を強化している。

トヨタ、2050年までのパワートレイン別の販売イメージ。

HEV

▽HEVシステムの刷新

2015年のTNGAの本格導入に伴い、FF及びFRにおいて、新世代システムへ刷新。新規投入や全面改良を機に新世代システムの搭載及び切り替えを行っている。

-FF用の新システムでは、2モーターの配置を、同軸上から並行軸配置に変更した。これにより、動力伝達のためのプラネタリーを2つから1つに削減し、機械損失が低減され、動力伝達の向上を実現。また配置の変更により全幅を縮小。

-モーターやインバーター(パワーコントロールユニット)の効率化を実施。駆動モーターでは巻線を平角タイプとすることで、巻線の占積率を高めた。インバーターでは、パワーカードの両面冷却により冷却効率を高めることで、システムの効率化を図り、小型化を実現した。

トヨタ新世代型2モーターHEVシステムと駆動用モーターの写真と解説。

-トヨタは2015年末に市場投入した4代目Priusへの新システム採用を皮切りに、2016年には新規投入のCセグメントクロスオーバーモデルC-HR、2017年にはDセグメントセダンの新型Camryに搭載。

-セグメントに応じて、モーターの仕様変更等を行い、今後、Aquaなど、他の主力モデルにも展開する予定である。

***

FR向けのHEVシステムについては、トヨタが2017年3月に市場投入した新モデルLCへの採用を皮切りに順次新世代システムへの切り替えを推進。

-新世代システムは同軸上の2モーターの直後に4速ATを組み合わせたシステムを採用。

-4速ATのギア比を利用することで、動力伝達を効率化。低速域でのモーターやエンジンのトルク増幅による加速性能の向上に加え、高速巡航でのモーター駆動の活用とエンジンの回転数上昇の抑制。高速走行での燃費性能向上に貢献している。

-4速ATによるステージ切り替えとモーター駆動制御を通じて擬似的な10段変速モードも採用可能となっている。

-2017年3月のLexusのフラッグシップクーペの新モデルLCに搭載したほか、同年10月に市場投入したフラッグシップセダンLSの全面改良モデルにも搭載。今後トヨタやLexusブランドのFRモデルにも新システムが採用される見通しである。

FR用新世代HEVシステム(2モーター+4速AT式)の写真と解説。駆動用モーター:平角線を採用し巻線の占積率を高めている。4速AT:ステージ切り替えにより、高速走行時のモーター駆動を活用する。

PHEV

▽Prius PHVの刷新

2016年にPrius PHVを全面改良し、市場へ投入。

-PHEVのシステムは4代目Priusで採用した、並行軸配置の2モーターシステムをベースに改良。

-高効率な4代目Priusのシステムを活用。エンジンとHEVシステム(発電モーター側)の接続部分にワンウェイクラッチを配置。これによりエンジン軸を反転ロックする。発電モーターとエンジンとの切り離しや、プラネタリーのリングギアの動きを一方向のみ有効化することで、発電用モーターも駆動に活用する。

-駆動用と発電用の2つのモーターによる駆動システムに加えて、大容量のリチウムイオンバッテリーにより、JC08モードでのEV走行距離を60km(先代は24km)に延長。

FCEV

▽モデル投入・開発

トヨタはFCEVであるMIRAIを2014年に市場投入。これまでのHEV開発で蓄積したノウハウを活用。FCスタックや高圧水素タンクなどの専用部品を新規開発する一方で、駆動モーターや駆動バッテリーなどでは、既存のHEVで採用した部品を流用しながらコスト低減を図った。

またトヨタは、バスでのFCEVの展開を進めており、MIRAIや既存HEVモデルの電動技術を活かすことで、コストを抑えながら開発を推進。2017年の東京モーターショーでFCバスのコンセプトSORAを公開した。

FCバスのコンセプトSORA

トヨタは2020年頃の実用化を目指して、新世代のFCEVモデルの開発を推進。BMWとの共同開発を通じたコスト削減や、航続距離の延長に向けた効率化を進める。東京モーターショー2017では航続距離1,000kmのコンセプト車Fine-Comfort Rideを公開。

EV

▽開発体制強化

トヨタは2018年以降に実施される米国ZEV規制、中国NEV規制などへの対応を目指し、EVの開発体制を強化。

-2016年末に社長直轄のEV開発組織を立ち上げたほか、2017年9月にはトヨタ(90%出資)、マツダ(5%)、デンソー(5%)の3社でEV開発会社EV C.A. Spiritを設立。トヨタは、マツダやデンソーの技術ノウハウを活用するだけでなく、他の自動車関連企業とも積極的に連携する姿勢である。

-2017年11月には、スズキとインドでのEV投入に向けて連携を検討することに合意した。

▽電池開発

トヨタは電動車の性能向上を目的に全固体電池の開発を推進。2020年代前半での実用化を目指している。

-東京工業大学と共同で開発を進めており、全固体式の実用化による安全性の向上とエネルギー密度の向上を実現することで、EVの航続距離延長を目指す。

(トヨタ広報資料、各種報道を基にFOURIN作成)