回生ブレーキとは何ですか?またどのように機能しますか?

電気自動車（EV）について少しでも調べてみると、「回生ブレーキ」という用語を目にするでしょう。これにより、EV やハイブリッドが余った運動エネルギーで航続距離を少し延長できることはおそらくご存知でしょうが、実際にはどのように機能するのでしょうか?

回生ブレーキとは何ですか?

車のブレーキを踏むと運動エネルギーが発生します。回生ブレーキにより、EV やハイブリッド車は運動エネルギーの一部をバッテリーに蓄え、再び加速するときに使用します。これは、EV モーターの二重回転設計によって実現されます。

EV のモーターは 2 方向に回転します。 1 つは、加速中にモーターが車の車輪に動力を供給することです。もう 1 つは、車が減速するときに車輪からモーターに電力を供給し、モーターを発電機に変えます。運動エネルギーの一部はバッテリーに送られ、残りはブレーキシステムに送られ、停止するために必要な摩擦が発生します。「B モード」と呼ばれる回生ブレーキを聞くこともあります。

しかし、そもそも運動エネルギーとは何でしょうか?動いている物体には運動エネルギーがあります。物体の質量が大きいほど、移動中の運動エネルギーも大きくなります。車はかなり巨大なものなので、停止させるためには車が消費していたすべてのエネルギーがどこかに行かなければなりません。

ガソリン車でブレーキを踏むと、ブレーキパッドがホイールローターを押し付けて摩擦を生み出し、速度を低下させます。車が減速すると、ブレーキパッドとローターが互いに押し付けられる点でその運動エネルギーが熱になります。従来のガソリン車では、そのエネルギーのほとんどが失われます。 EV とハイブリッドは、その一部をバッテリーに電力を供給するために利用するように設計されています。

したがって、誰かがブレーキから足を離して車が惰性で停止するとき、または手動で車を停止するためにブレーキを踏むとき、車輪からの抵抗を利用してモーターが逆方向に回転します。ブレーキパッドに対する熱となるエネルギーの一部が代わりにモーターに流れ込み、モーターを回転させてより多くの電力を生成します。

さまざまなメーカーがさまざまな強度レベルでこの機能を使用するように車両をプログラムしているため、ガソリン車のブレーキとは異なる感覚になります。アクセルペダルから足を離すとすぐに車が自動的に停止するように感じる傾向があります。その感覚の強さは回生ブレーキシステムがどの程度作動するかによって異なりますが、どのタイプのEVを運転していても慣れるのに時間がかかります。

一部の EV では、快適に使用できるようブレーキシステムを調整できます。たとえば、日産リーフには、路上で摩擦ブレーキを実際に使用する必要がないほど強力な回生ブレーキを有効にするスイッチが付いています。ペダルから足を放すだけで、あとはモーターがやってくれます。すべての EV には、回生システムと組み合わせて動作する従来のディスクブレーキも搭載されており、より迅速または強力なブレーキを実現します。

一部の EV では、回生ブレーキの設定が 1 つだけしか許可されていません。たとえば、テスラは、回生ブレーキシステムに低速と標準の 2 つのオプションを持っていました。ただし、2020 年以降は「標準」オプションのみが付属します。

EV とハイブリッド車にはダッシュディスプレイに充電ゲージが装備されており、停止するたびに回生ブレーキシステムによってどのくらいの電力が生成されているかを確認できます。通常、速度計の一部として、時速マイル表示の反対側に表示されます。

回生ブレーキはどのくらい効率的ですか?

すべての EV とハイブリッドは、何らかの回生ブレーキを使用します。システムが実際にどの程度効率的であるかは、いくつかの要因によって決まります。

1つは車両がいかに新しいかです。バッテリー技術と同様に、EV も回生ブレーキシステムを常に更新しています。ブレーキをかけることで通常失われる運動エネルギーの 70% を取り戻すと主張する人もいます。

ブレーキをどれだけ速く、どれくらいの頻度で使用するかが重要です。舗装路でのストップ＆ゴーの交通状況では、頻繁にブレーキをかけることになり、そのエネルギーの多くがバッテリーに戻ります。一方、高速道路を長時間走行すると、車の運動エネルギーを取り戻す機会が少なくなり、モーターは車を前進させるだけになります。ただし、高速から減速することで多くのエネルギーを取り戻すことができます。たとえば、時速 110 マイルからの惰性走行で、しばらくの間中断されずに惰性走行できれば、かなりの量の充電が得られます。また、回生ブレーキを使用して下り坂を急降下する場合も同様です。

YouTube チャンネル「Warped Perception」でこの男性がテスラで行ったように、回生ブレーキをオンにして車を牽引して車を充電する人もいます。ただし、高速道路で EV を牽引するには牽引車が大量のガソリンを消費する必要があるため、これを定期的に行うことはお勧めしません。

できるだけ多くの運動エネルギーを捉えるには、ブレーキをかけている間も一定の速度を維持する必要があります。これはガソリン車のブレーキよりも遅く感じる可能性があり、慣れるまでに時間がかかります。速度計の針を充電ゲージの上半分に置いたまま停止すると、エネルギーを最大限に節約できます。スムーズにブレーキをかける機会が少ない場合、システムはそれほど効率的ではありません。

それでは、回生ブレーキはEVを完全に充電できるのでしょうか?いいえ、ただし、電力使用効率が向上し、特に都市部の道路での航続距離が少し長くなります。