RR復権の妄想からEVのレイアウトとか

先日、車に乗ってるときにMAZDA3を見かけました。後ろから見ただけなんですが「ぬっぺりのっぺり」したデザイン。

かっこいいかどうかは別として、まぁ斬新だなぁ…と。

ここ最近「FFじゃなくてRRじゃダメなんですか?」なんて事を考えていました。よくある車の前方にノーズがあって後方にキャビンというのを、まるっとひっくり返して前方にキャビン後方にノーズ(エンジン)置いたら、FFと同じ居住性でRR出来るやん!…と。

「空気抵抗が…」なんてのは、涙滴型にすればいいし。ひと昔前の「空想の宇宙船」みたいで面白そうやん…って。当然、フロントが「ぬっぺりのっぺり」するわけで、MAZDA3のリアみてRRのネタを思い出した理由がこれ。かっこいいかどうかは別としてw

まぁ現実的にはRRには色々課題があり、なによりも衝突安全性能の課題により重くて頑丈なエンジンは、前に置いた方がとても都合が良いというのもあったりで、FFが主流になったのはそれなりに妥当な理由があります。

そこで「じゃぁEVはどうすんの?」という疑問が。

EVで一番重いのはバッテリーです。重いけどぜんぜん頑丈じゃないし、それどころか衝撃与えてバッテリーが著しく変形すると、(色々対策してるとは言え)爆発炎上の恐れまであるときた。

そんなわけもあってか?ホンダeはRRらしいです。

一方で国内EVの先駆け?の日産リーフは、依然としてFF。ベースとなったエンジン車がFFだったからFFのままだったとか、いやいや前輪駆動はやはり優秀なんだとか諸説あります。

ただ、ホンダeにしろリーフにしろ、EVでは殆どの車種が一番の重量物であるバッテリーはフロア下に敷き詰めなんですよね。バッテリー自体、小さなセルの集合体なんで、形状をある程度変化させられるので、従来のエンジンみたいにまとめて「前(FF/FR)・中(MR)・後(RR)」みたいに置く必要もなくなりました。

なので、従来のFFかRRか…なんてのは駆動輪の違いによる走行特性の差はあっても、モーター+トランスミッションだとレシプロエンジン+トランスミッションよりも随分軽くなるので、重量配分への影響はだいぶ減るんじゃ無いかな…と。クラッチ機構やトルコンもいらんし。

そんなこと考えながら、EVではエンジン車とはまた違ったレイアウトが出てくるのも面白いかなー、なんてことをつらつら。

EVが欲しいかどうかは別の話として…。

N-VANにAC100Vコンセント付けました

「必要だから」じゃなくて「付けたいから」。サブバッテリー+AC100Vって浪漫なんですよ。

モバイルバッテリーで十分じゃ無いかって?だから浪漫なんですよ。

そんなわけで、前からずーっと「欲しい」「いや必要ないやん」というせめぎ合いをしてたのが、とうとう「欲しい」に負けて付けました。





接続構成

大まかにはこんな感じ。基本的に難しいことは無くつなぐだけ。

N-VAN運転席と助手席のシート、ちょうど良い具合にみっちりとバッテリーとインバーターが収まりました。もともと物置としてモバイルバッテリー(160Wh)入れてたので、ちょうど良かったです。

バッテリー

容量としては、週末に1日or1泊くらいの間エンジン止めたままちょっと電化製品を使いたい…そんなイメージなんで、容量については100Ahとしました。
(1,000Wの機器が1h、100Wの機器が10h使えるくらいの容量)

この手のサブバッテリー用?の大容量リチウムイオンは、大抵がリン酸鉄(LiFePO4)タイプなんで、スマホやモバイルバッテリーでよく使われているコバルト酸タイプよりはいくらかは安全性が高いと思います。(熱暴走時に可燃性ガス《水素》を吹かない)

それでも念のため、尼の中華メーカーダイレクトではなく、国内に代理店のあるアメリカのメーカー製の物にしました。気休めかもしれませんが…。

Renogy リン酸鉄リチウムイオンバッテリー 12V (PSE認証取得済 一年間保証付き) (100AH)

インバーター

リチウムイオンと言っても、充電はともかく放電時の電圧は12Vの鉛バッテリーと殆ど変わり有りません。なので、12V用のインバーターが普通に使えます。

これもピンキリなんですが、とにかくサイズの小ささと待機電流の少なさでリチウムイオンバッテリーと同じメーカーが扱っている物にしました。変換効率も90%以上(あくまで最良の状態でしょうが)のうえ、待機電流もこのクラスにしては少ない1A以下とまずまずです。

Renogy インバーター(1000W)

リモコン作成

インバーターには、こんな感じの有線リモコンが付いてきます。

ボードに穴開けて固定する前提。普通の設備やキャンピングカーなら良いんですが、軽バンだとなんせスペースが無い。

そんなわけで、最低限必要なOn/Off機能だけ残して小型化することに。

本体との接続は6極モジュラー(電話線と同じ奴)だったので、普通に電話用のモジュラー流用でいけるんじゃね?っと思って作ったのがこちら。

6極のうちL3-L4短絡で電源Onの模様。ほかにもインジゲーターとかブザーの配線もありましたが、それらは無視。

うわっ…私の電圧、低すぎ…?

が、ここで一つ残念な事が分かりました。1,000Wの電熱器具を繋いでも800W弱くらいしか消費しない。はて?と思って調べたら、インバーターの電圧が AC89Vくらいまで下がってやんの…。

後から調べてみたところ、安物のインバーターは高負荷時の電圧降下が激しいようです。90Vすら怪しかったり…。

一方で海外仕様の110V出力タイプのインバーターだと、電熱器具がオーバーヒートで保護回路が働くとか。たぶん余裕見て115Vくらい出てるんだと思います。

それもあってか、このインバーターでは安全側に振ってAC100Vギリ超えない所に持って行ったんでしょうけど、無負荷105V〜高負荷95Vとかの方が良かったなぁ。

ちゃんとしたメーカーの高価なインバーターだと「出力AC100V±5%」とか変動幅が書いてあります。一方で中華インバーターで変動幅記載しているものは皆無。

AC100V電源としてあるべき許容範囲

国内の規格では、100Vコンセントの中央値は100Vではなく101V±6Vとなってます。また、電気用品安全法では同法の対象機器側として100V±10Vの範囲での動作を要求してます。

そして、実際に供給されている電圧としては、だいたい104V前後でやや高めで有ることが多いようです。勿論、電力の需給状況によって上下するようですが。

とりあえず、上側はコンセントの出力端で110Vを超えなければ大丈夫っぽい。

電圧を上げよう

まぁ今のところ致命的な(機器が動作しない、故障する)問題は無いのですが、89Vとなると電熱機器の出力が21%も下がるのは、さすがにちょっと悲しい。

そんなわけで対策として、電圧変換トランスを追加して上げることに。100V→110V変換でちょうど98~89Vが107.8~97.9Vになる目論見。

結果的に以下の単巻きトランス(絶縁の無いトランス)にしました。

豊澄 UD11シリーズ

充電器

実はネックになったのが充電器(走行充電器)の選定。製品として世の中に有るには有るんですが…、

  • リチウムイオン電池を積んだので、対応充電器が少ない。
  • 想定してるのは10Aくらいでの充電。でも市販品は最低でも20Aから。

ふつう走行充電器は、車のメインバッテリーから直結で電源を取るようなんですが、そんな面倒くさいことしたくないので、もっと簡単に車内のシガーとかから取りたい訳です。

そうすると、取れる電流はmax 10〜15A。充電器のロス分を考えると、出力側の充電電流は10Aまで。しかし、そんな低容量の走行充電器がそもそも売ってない。

回路的には分かるんで、いっそ自分で設計して作るか?とも思っていたところ、個人で設計・製作されてる方が居られて、基板や実装基板を有償で配布されてる下記のような物を見つけました。

TC20A 20A級昇圧型走行充電(SLエブリィホームメイドキャンパー)
https://matrasan.sakura.ne.jp/every/subbattery_stepdcdc_20a_00.html

終止電圧も充電電流も調整可能。ありがてぇ、ありがてぇ…。

基本的には常時電源+ACCによるOn/Off制御の様なんですが、これをシガーソケット(ACC)だけで動かすことに。

常時電源+ACC制御の充電器をACC単一で接続した場合

そんなわけで、充電器のMAIN側とACCを直結して動かしてみたんですが・・・あれ?ヒューズ切れとる…。

なんでやねん…と調べたところ、どうもOn時とOff時にも過電流が流れている模様。もともと常時電源+ACCでOn/Off制御する設計なんで、双方に同時に電源投入/切断すると、MAIN側の電圧が過渡的に低いときに昇圧回路が頑張りすぎて過電流が流れるっぽい?

そんなわけで、仕方ない、ヒューズボックスから常時電源取るかぁ…と思って電源取り出し用ヒューズ注文してから「ACCにツェナーダイオード入れたらいけるんじゃね?」と後から気付く。

ACC電源のみ駆動対応の改造

そんなわけでTC20Aに対して上記のような部品を追加。

ツェナーはパーツ屋で売ってただいたい11〜12V付近の適当なやつ。ツェナー挿入によりインピーダンスあがるので、Q2のベース制限抵抗にあたるR1にパラで抵抗載せてベース電流を確保。

その結果、上記回路ではちょうど12Vあたりが動作の閾値に。詳しく測ってないけど、いまのところシガーのヒューズ切れてない。

全く意図してなかったけど、アイドリングストップ時に電圧が12V付近まで落ちると、走行充電器の充電も停止するという、車のメインバッテリーに優しい仕様になりました。

残量メーター

Renogy バッテリーモニター 電圧計&電流計

今使ってる電流・電力から推測されるバッテリー使用時間まで表示されて、大変便利なんですが精度がイマイチ。

無負荷・無充電の状態で+0.08A(+は充電状態)って表示になって、ほっとくと表示上はどんどん充電された事に。

不良品じゃね?って思ってメーカーに問い合せたら「誤差の範囲」とか。ある程度の誤差は仕方ないにしても零点くらいちゃんと校正してほしかった。

ちょっと失敗したなぁ。とりあえず無いよりましってとこで。

その後の使用感

今のところ「USB充電器」「電気ケトル」「工場扇」くらい。それだけでも十分便利。冬になったら電気毛布やセラミックファンヒーターなんかをつなぐ予定。

インバーター容量の1,000Wと言うのも、本当言うと家庭用コンセントの上限1,500W欲しい所だけれど、機器を選べば電熱器具も使えるので、最低限必要なラインはクリアできてるようです。

充電制御車の説明に納得がいかない

充電制御システムとは?(Panasonic)

と言うわけで燃費を改善しているそうなんですが、その理屈に凄く納得がいかない。

https://panasonic.jp/car/battery/assets/images/jyuden/ju01-image-05.png

「一定量まで充電されると発電を停止しエンジン負荷を軽減させる事で燃費向上」って書いてますが、充電量が減ってきて次の充電サイクルになると、今まで以上に充電が必要→発電機の負荷が上がる→燃費が下がるわけで、トータルで見たら変わらないんじゃね?と。

https://panasonic.jp/car/battery/assets/images/jyuden/ju01-image-04.png

こっちもそう。バッテリの充電量が100%に達したら、以後は車の電装自体の消費電力分が発電機から引っ張られるわけで、無駄な充電をしてるわけじゃぁ無い。


他の所で調べたところ、

  • エンジン効率の悪い加速時の充電を一時的に止めたり、
  • 減速時に多めに充電したり(回生電力)、
  • いつでも回生電力を回収できるよう、満充電の手前で充電量を抑えたり、

…等というような制御が、燃費向上のキモらしい。

そのあたり各社のノウハウで公開・非公開情報が入り乱れてそうなんで、載せるに載せられなかったんじゃないかな?と妄想。

N-VANターボのCVT

1年以上乗って、ようやく扱いが分かってきた感じです。

NAだとまた違ったんでしょうけど、ターボだと乗り方によって燃費が大幅に変わるんですよね。

比較的渋滞が少ない街乗りで、エアコンONで燃費10~11km/Lだったのが、ようやく13~15km/Lくらいをコンスタント出せるようになりました。

ゆっくり加速はパーシャル

MTも普通のステップATも、アクセルの踏み加減と車速って比例するもんだったと思うんですが、CVTの変なところはアクセル一定でいつまでも加速するということ。

アクセルの踏み加減=エンジン回転数に近いみたいなんですが、踏み込んでから踏み加減に応じたエンジン回転数に達したら、それ以上アクセル踏まず戻さず一定に保っていると、回転数一定のままどんどん変速比をあげて車速を上げようと制御が働きます。

実際には、そのエンジン回転数の出力と、走行抵抗が釣り合う限界まで加速しようとします。

なので「速度=アクセル」の感覚で、燃費運転のために「目的の速度まで、じわ~と踏み込んで加速」とかすると、あっという間にオーバースピードになってギクシャクする始末。

発進時は素早く少しアクセルを踏み込む

単純にじわーとアクセル踏み込んで加速しても、ただただトロいだけで燃費もよくない様です。

MTの時のクラッチミートの要領で、すっと2千回転くらいまで踏み込んで、あとはアクセル一定にすれば、回転数維持したまま燃費に良い感じに加速してくれます。

高速道路で加速する時はアクセルを戻す

グッとアクセル踏み込むと、とにかくエンジン回転数を上げるべく制御が働くので、変速比は上がらず(寧ろ下がってる?)、ただただエンジンの回転数が唸るばかりで車速はあんまり加速しません。

エンジンの回転数が一定以上に上がってから、ちょっとだけアクセルを戻すと一気に車速が加速します。

アクセル戻すと、制御として変速比を上げようとするので、その時に一気に車速が乗る感じです。アクセル戻しながら加速って、正直気持ち悪い物はありますが。

こういうのがCVT嫌われる所以なんでしょうね。

ecoモード制御

ここまで書いて「CVTってそんなに扱いにくいもんなんだ?」ってイメージになりがちですが、燃費や細かい操作感を気にしなければ、とっても楽。
(※燃費に関してはNAならほとんど影響ない…と思う)

デフォルトではecoモードというのがONになっていて、とにかく加減速を「ぬるぬる」にする制御が入ってます。

アクセルの操作に対するダイレクト感が皆無なんですが、日頃の買物に使う足車としてはこれが凄く良い。

MTのバモスの時、20〜30km/hで生活道路抜ける時って、それなりにアクセルワークとかクラッチワーク気にしてた訳なんですよ。

それが、テキトーにアクセル踏んでもスムーズに加速。うっかりアクセル踏みすぎてもほとんど反応しない。自宅近所の生活道路を縫うように移動する時には、その「ヌルさ」が凄い楽ちん。

まとめ

まとめると、N-VANターボのCVTは制御として(NAは知らんので)、

  1. じわっとアクセルを踏む→ギリギリまで低い回転数で車速を無理に上げようとする
  2. 素早くアクセルを踏む→車速よりも、とにかくエンジン回転数を上げる事を優先
  3. アクセル一定→エンジン回転数が所定に達したら、以降は限界まで変速比を上げようとする
  4. アクセル素早く少し戻す→直ちに変速比を上げようとする(車速は上がる)
  5. アクセルをじわっと戻す→車速一定のまま、回転数落としつつ変速比をじわっと上げようとする
  6. アクセル全戻し→変速比を上げながら車速一定、一定時間経過の後にごく緩いエンブレ

とまぁ、こんな感じ。ダイレクト感とか操作感もかけらもなし。まぁ商用車グレードだしねw

実質的には、長距離とか高速道路では、ACC任せで自分でアクセル踏まないからあんまり関係なかったりします。