バッテリーサイズは同じでも新型日産リーフが航続距離400kmを実現できた理由とは

バッテリーサイズは同じでも新型日産リーフが航続距離400kmを実現できた理由とは

モーターのパワーとトルクも大幅に向上

 新型リーフはモーターならではのタイムラグのない力強い走りと航続距離の延長を両立するとともに、利便性や安全装備を大幅に充実させ、派手ではないものの着実な進化と熟成が図られている。

日産新型リーフ

プラットフォーム自体は先代から引き継いだものだが、車重増加と乗り心地や操縦安定性、エアロダイナミクスなどのために、サスペンションは新たにチューニングを実施。車高を10mmダウンして、トレッドもフロントで5〜15mm、リヤで5〜20mm拡大している。バッテリーがプラットフォーム中央に収まるレイアウトもそのまま受け継ぎ、バッテリーユニットのサイズは先代と同一のものを使用している。

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 そのような制約があるものの、バッテリー容量は従来の30kWhから40kWhへと3割強もの拡大が行われている。リチウムイオンバッテリーの1単位であるセルは、ラミネートセル(パウチセルとも)と呼ばれる偏平型形状となっているのも同じだが、セルの厚さを約1mm増すとともに内部の電極材料を改良することで、エネルギー密度を増やすことに成功している。

 当然、そのまま搭載したのでは積層枚数を減らさなければいけなくなるので、モジュール構造が変更されている。従来はセルを4枚重ねてひとつのモジュールとしていたのを新型では8セルへと倍増させることで、モジュールを構成するための箱を半減した構造に変更している。

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 具体的には従来が4セル×48モジュール(192セルとしていたのを8セル×24モジュールとして組み立てている。これは、電気的には2並列×96直列接続になるので、単純計算では約3.7V×96=355.2V。カタログスペック上の総電圧は350V(先代は360V)で、ユニット重量は先代比で約10kg増しとなっている。バッテリーユニットは従来と同じで車体への組み付け方法も同一なので、生産ラインは従来のものをそのまま使うことができ、製造コスト上でも有利になっている。

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 バッテリーは容量だけでなく、耐久性の向上も図られている。新型ではモジュールあたりの積層セル数が2倍に増えているためセルの放熱という面では厳しくなってくるが、もともとラミネート型バッテリーは放熱特性が優れることと、先に紹介した電極材料そのものの改良もあって容量低下は従来以上に抑制。24kWhモデルに対して容量保証を5年10万kmから8年16万kmに延長し、かつ約10%程度の耐久性改善を実現させている。

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 モーターは先代中期以降で採用されているEM57(先代前期型はEM61)でまったく同じだが、インバーター内のパワーモジュールの冷却性能を向上して、さらに制御方法も進化させている。減速時のエネルギー回生能力も大幅に増加し、アクセルペダルだけのワンペダルオペレーションであるe-Pedalを新採用することで、摩擦ブレーキに極力頼らずスピードコントロールが可能となっている。また、空力性能で新機軸を取り入れたことでとくに実走行での走行抵抗が大きく改善されている。それらによって、JC08モードでの航続距離は400kmを達成することができた。

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 リーフの駆動用モーター型式は、先代の前期型がEM61で、中期以降はEM57となっている。どちらも最高出力は80kWと変わらないが、最大トルクや回転数、最終減速比は違っており、EM57のほうが小型化・高回転化されて最終減速比も大きくなっている。

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 新型リーフでも、モーター自体はEM57で先代と同一のものを採用している。それでも、最高出力は先代の80kW(109馬力)/3008〜10000rpmが110kW(150馬力)/3283〜9795rpmに、最大トルクでは254N・m/0〜3008rpmから320N・m/0〜3283rpmと大幅に強化されている。これがエンジンと違うところで、モーター自体を変えなくても、1万分の1秒単位で制御する三相交流の出力方法を進化させることで、モーターのポテンシャルを余すところなく引き出すことが可能となるのだ。

 そのため、EVならではの発進加速のよさはさらに鋭くなり、0-100km/h加速タイムは先代から15%短縮、60-100km/hの追い越し加速タイムでは30%もの短縮に成功し、高速道路や登坂での駆動力でもストレスのないパワフルさが実感できるようになった。

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 メカニズム的には、モーター上にレイアウトされるインバーターが変更されている。まずモーター制御用のインバーターだが、心臓部であるパワー半導体のIGBT(絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ)モジュールとCPUを新世代品にアップデート。制御精度が格段に向上し、制御信号を低速と高速の2段階で切り替えができるようになっている。これは、モーターの回転速度に合わせて高速な演算が必要になっており、たとえば70km/hとしたとき、車両は1万分の1秒で2mm進むが、そのピッチで次の制御信号を演算していることになる。

 IGBTモジュールは大電流を流すために冷却も必要となるが、冷やし方も一新している。従来はアルミケースの放熱部に取り付けられて、その内部を流れる冷却水に熱を逃していたが、放熱性能を上げるために新型ではIGBTモジュールを直接冷やす構造を採用してIGBTがフルに性能を発揮できるようにしている。

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 パワーデリバリーモジュール(PDM)には、駆動用バッテリーの高電圧を一般電装品の12V系(実際は14V)に変換するDC-DCコンバーター、駆動用バッテリーやモーター、電動エアコンコンプレッサーといった高電圧系統のユニット間をつなぐジャンクションボックス、そして普通充電での交流100/200Vを直流の高電圧に変換する車載充電器がある。

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