内燃機関超基礎講座 | マツダi-ELOOPのしくみ。なぜキャパシタなのか。

2020/09/17

i-ELOOPは可変電圧オルタネーターと電気二重層キャパシター、DC-DCコンバーター、鉛バッテリーで構成される。鉛バッテリーは、高出力高入力に対応したアイドリングストップ（マツダの呼称はi-stop）用を搭載。制御はPCM（Powertrain Control Unit）に機能を付加して行なう。新たなコントロールユニットを追加してはいない。

各種蓄電デバイスのエネルギー密度（数値が大きいほどたくさんためられる）とパワー密度（数値が大きいほど瞬時に取り出せる電力が大きい）の関係を示す。電気二重層キャパシター（EDLC）のパワー密度の高さは圧倒的。ただし、容量を確保しようとすると重く、大きくなる。

日本ケミコンと共同開発した電気二重層キャパシター。ある一定条件下で比較した場合、キャパシターなら約6秒間で25kJの減速エネルギーを回収できるのに対し、リチウムイオンバッテリーは7~9kJ、ニッケル水素バッテリーは3~4kJしか回収できない。炭素電極の活性炭を椰子殻から作っているため、廃棄時の回収は不要。放電させるだけでよい。約6kg。

オルタネーターは、3波整流ダイオードの変更や電流検出回路の追加など、ハードウェアの変更を必要としたものの、従来の12V系オルタネーターと同じ体格でi-ELOOP用オルタネーターを成立させた。これ以上高電圧化すると大きな変更が必要になってサイズは大きくなるし、コストも上がる。

DC/DCコンバーターは、675Wの容量は消費電力量をもとに決めた。消費電流が50Aを超える状態が続く場合は、オルタネーターと鉛バッテリーを直結し、電装品に電流が供給される。50A連続通電で85°C付近に達し、熱平衡状態になる。放熱フィンにより放熱する構造。約1.8kg。

i-ELOOPが機能している場合、減速時（燃料カット時）にエネルギーを回生し、キャパシターに電力を蓄える。アイドリングストップはキャパシターに蓄えた電力を使用。アクセルオン時にキャパシターに残量がある場合は、オルタネーターの発電を休止する。そのため、オルタネーターを駆動するのに費やす燃料を節約（=燃費向上）できる。i-ELOOPを搭載しない場合は、常時、燃料を使ってオルタネーターで発電する必要がある。

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