～回生うんちく学①<～

マイレッジお疲れさまでした・・・m(_ _)m (^_^;)?


鈴鹿は、２回目のＵＳＯ８００！！今年は、ハイブリッドカーに変身です・・・ちなみに、前回はペイントしてませんでした。	こんなところにも、ミツバがいました！！ドライバーの皆さん！！１コーナーにあったんですけど気がつきました？！そんなん、誰も見ないですよね・・スピード出てるし・・・

回生うんちく学①

マイレッジ参加のみなさんお疲れさまでした。

ヨイショット！ミツバでは今回鈴鹿では初めて回生発電＆モータアシストなるハイブリッド技術に挑戦してみました。
残念ながらマイレッジではまだ異端児的存在ですが興味のある方の為に少しばかりうんちくを…

１）回生の狙い

本来、発電制動を利用した回生エネルギーの利用はＳＵＧＯのようにブレーキングを余儀なくされるコースやＷＳＢＲでの速度制限区域での減速といった、従来ブレーキで熱として捨てていたエネルギーを回収し再利用するのが目的です。

したがって基本的にブレーキを使わないマイレッジでは正直なところ効果はやや疑問ではあります。しかし、坂上の位置エネルギーを運動エネルギーに変えてなるべく高速で１、２コーナーを抜ける従来の作戦も完全ではありません。高速になればなるほど走行抵抗に占める空気抵抗の割合が増加していくからです。トップチームのマシンのように極めて空力の優れた車体ではその損失を極限まで低減していますが一般的にはブレーキを使わなくても下りの走行でかなりエネルギーはロスしています。

今回の鈴鹿での回生挑戦は下りのスピードを従来よりも低く抑え空気抵抗で失われるエネルギーを速度差分とコーナリングロス分を回収しそれを上りのエネルギーに利用する実験でした。
本来のターゲットはＳＵＧＯ、ＷＳＢＲです）

２）設計の考え方

私は現国が得意で物理は苦手だったので大した計算はしていません（出来ません）。

①回収エネルギー量
考え方はノンブレーキでの坂下７０ｋｍ／ｈとすると９０ｋｇの車体が持っている運動エネルギーは約１７０００（Ｊ）
これを４０ｋｍ／ｈにすると同じく　５５５６（Ｊ）　　その差は約１１４６０（Ｊ）
これだけのエネルギーは少なくとも放出していることになりますね。そこで発電により上記放出エネルギーの７０％を仮に回収できたとするとそのエネルギーは約８０００（Ｊ）となります。←かなりエイヤー！

②コンデンサ容量

次に上記回収エネルギーの入れ物です。コンデンサは社内にあったＥ社製の電気二重層コンデンサ２．５Ｖ－１００Ｆ。これに蓄えられるエネルギーは３１２．５（Ｊ）、よってコンデンサは２６個くらいかなあ？

③充放電（発電・モータ）

ここからはモータ（発電機）屋のうでのみせどころ。周知のこととは思いますがモータを発電機として使う場合モータの無負荷回転数以上にモータを外から回してやらなければその電圧では発電しませんね。
ここがポイントですね。例えばうちのＤＤモータですが１２Ｖで４％勾配の坂を２５ｋｍ／ｈで上れる設計にしてあります。するとこのモータの無負荷回転数（簡単に言えばタイヤを浮かせてのスピード）は約４０ｋｍ／ｈとなります。
もうわかりますね。つまりこのままでは４０ｋｍ／ｈで坂を下っても発電電圧は１２Ｖにならないんですね。１２Ｖにならないコンデンサを電源にして１２Ｖのモータは使えませんね。そこでどうするか？

④コンデンサ直・並列切り替え

簡単なことです。充電時（発電時）は電圧を低く設定し放電時（モータ時）は電圧を高くすれば良いのです。
具体的には上記コンデンサを３直３並列を１ブロックとしこれを３ブロック用意します（コンデンサ２７個）。
そして充電時は３ブロックを並列に、放電時は直列に切り替えました（切り替え回路はこのコーナーにあるものそのままです）。

⑤発電機＆モータ設計

これが実は非常に難しい。本職の私が言うのだから間違いはない！？
ＳＵＧＯが終わって１ヶ月しか開発期間が無い（それも業務外）。厳しいなあ！
設計のポイントは１、２コーナーのあとＳ字くらいまでをモータで駆動、上り勾配を最大４％とみてそこを２５ｋｍ／ｈで上れるモータ出力を計算しその出力をＤＤなので２５ｋｍ／ｈ相当の回転数で実現させること。
チェーンなどによる調整が効かず苦労します。加えて、鈴鹿のストレートを４０ｋｍ／ｈで下りながら… ということは約７０秒で上記容量のコンデンサを満充電させる発電特性。これを同じコイルで両立させなければならない…。とても完璧は望めそうになかったので今回は発電性能に重点をおいてセッティングしました。
（貯められなければ始まらないので）

結果的には偶然！？計算通り鈴鹿ストレートを４０ｋｍ／ｈで下りコンデンサ満充電でした（ホッ！）
次にモータの使い方ですが何しろ電源がコンデンサですからやりずらいですね。電圧が常に変化します。
そこでコンデンサを高電圧（２２．５Ｖ）にしておきそこから１２Ｖの定電圧回路（ダウンコンバータ）を介してモータを駆動しようと思ったのですが時間が足らず断念。やむを得ずＰＷＭにて運転手にマニュアル操作してもらうことに（結局、本番ではＰＷＭも止め全開駆動になりましたが…）
まあ、総じて３０％くらいの満足度ってとこでしょうか？来年はもう少しキッチリ設計しますよ。

３）結果総括

結果はイベントレポートに記載のとおり自己記録更新でした。回生システムそのものは決して満足いくものには仕上がっていませんが初挑戦の結果としてはまずまずではなかったでしょうか。

来年はさらに秘策を準備しています！ＵＳＯ８００は同じもので２度のレースはしません。

最後に回生、ハイブリッドに興味のある方はヨイショットにお気軽に声をかけてくださいね。

(by ウッチ)


ＥＶエコランｉｎＳＵＧＯの覇者、チームＤＤＷのマシンはすごいです。エンジン発電機で発電しながらモータで走ります・・・またまた、一本とられました・・・	なるほど回生ねぇ・・・いろいろ興味が湧いてきました。でも、自分はやっぱ・・・こっちのほうに興味をそそられちゃってしょーがないっすねぇ・・・ｂｙ匿名希望

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