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Shunichi Kaeriyama
帰山 隼一
車載アナログ製品マーケティング統括部長

近年のCO2排出規制により、自動車の電動化は急速に進行しています。電動パワートレインを備えた自動車には、HEV (Hybrid Vehicle)、BEV (Battery EV)があり、両者を総称してxEVと呼ばれています。HEVは内燃機関エンジンと電気モータを併用した動力システムを持つもので、HEVの中にもFHEV (Full Hybrid Vehicle)、MHEV (Mild Hybrid Vehicle)、PHEV (Plug-in Hybrid Vehicle)などがあり、これらを総称してxHEVとも表記されます。xHEVは内燃機関によりCO2を排出する事から、CO2を排出しない純粋な電気自動車であるBEVへ移行するインセンティブが働いています。

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fig-1 xEV system trends

図1:xEVのシステムのトレンド

xHEVからBEVへの移行に伴い、図1で示したようなシステムの変化が予想されています。内燃機関、変速機、インバータ、モータを備えた複雑なトラクションシステムから、インバータ、モータ、減速ギアを一体化したモジュールであるE-Axleへの移行が進みます。また、BEVでは電力効率に対する要求が高い事から、IGBTの高効率化やSiC MOSFETの要求が高まります。BEVにはインバータの他にDC/DCコンバータ、オンボードチャージャ(OBC)といったECUも必要ですが、これらをE-Axle内に統合するN-in-1やX-in-1と言ったトレンドもあります。

xHEVでは小型で十分だったバッテリは、BEVでは床一面に広がる大型のものに変わります。小型のバッテリでは、各バッテリセルを監視する配線の総延長が短くて済みますが、大型のバッテリでは配線が膨大になるため、バッテリ監視システム(BMS)のワイヤレス化も望まれています。これらのトレンドも踏まえて、ルネサスではソリューションの開発をしています。

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fig-2 xEV system

図2:xEV向けのルネサス製品

図2はxEVのECUの構成の概略を示しています。xEVは主に、インバータ、DC/DCコンバータ、OBC、BMSで構成されます。インバータ、DC/DCコンバータ、OBCは、マイコン、パワーマネジメントIC(PMIC)、ゲートドライバ、IGBTやSiC MOSFET等のパワーデバイス、位置センサで構成されます。BMSはマイコン、PMIC、バッテリ監視IC(BMIC)、IPD、フォトカプラなどで構成され、ワイヤレス化する場合にはBLEなどの無線トランシーバも必要です。

ルネサスはこれら全ての製品を保有していることから、システムレベルでのトレンドを先取りし、システムソリューションを提案しています。

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fig-3 Renesas inverter solution

図3:インバータソリューション

BEVの普及により、莫大な量の高性能のIGBTやSiC MOSFETが求められます。ルネサスでは新世代のIGBTとなるAE5の開発に投資して性能を向上させます。また、甲府工場に投資して12インチのIGBTの量産を立ち上げます。E-Axleは小型化・高集積化が進み、価格競争も厳しくなります。BOM点数の削減は重要なテーマです。ルネサスでは外部BOMを大幅に減らすフライバック電源を内蔵したゲートドライバユニット(GDU)を開発中で、BOMコスト削減と小型化に貢献します。また、機電一体のE-Axleに最適な誘導型位置センサ(IPS)も量産しています。従来のレゾルバに比べて、小型化・軽量化・低コスト化に貢献します。E-AxleのN-in-1/X-in-1化に向けては、1つのMCUでインバータ、DC/DCコンバータ、OBCを制御するソリューションを開発中です。

ルネサスでは、これらのMCU、PMIC、GDU、IGBT、IPSを使ったインバータシステムを構築し、ターンキーソリューションとして提供することで、お客様の開発期間の短縮や開発コストの削減に貢献します。またE-Axle化のトレンド、さらにそれらがN-in-1/X-in-1化するトレンドを捉え、N-in-1 E-Axleのターンキーソリューションの開発にも着手しています。今後厳しくなる、小型化、BOM削減の要求に対して、システムレベルで実証済みのソリューションを提供していきます。

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fig-4 Battery Management System

図4:バッテリ監視システム

BMSでは、業界最高レベル(自動車用途で求められるセル電圧範囲・温度範囲において測定誤差が±2mV以下)の高精度BMICと、これを用いたBMSのターンキーソリューションを提供しています。特に新興国の顧客での短期開発に貢献しています。将来のBMSのワイヤレス化に備えるため、ワイヤレスBMSのProof of Concept (PoC)も行っています。多セルのバッテリパック単位でワイヤレストランシーバを持つソリューションと、究極のワイヤレスBMSである1セルごとにワイヤレストランシーバを持つソリューションで実証実験を行っています。ルネサスのBLEトランシーバは、小型、低電力、低BOMコストによりワイヤレスBMSの競争力に貢献します。

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fig-5 model based design solution

リファレンスデザインによるハードウェアの開発期間、開発コストの削減への貢献だけでなく、ソフトウェアの開発期間、開発コストの削減も大きな課題です。ルネサスでは、インバータやBMSに必要なソフトウェア(Cソースコード)も提供していますが、モデルベース設計によるソフトウェア開発に対応したソリューションも提供しています。

MCUのS/Wで処理する制御部のモデル、アナログ製品やパワー製品のモデル、モータやバッテリなど制御対象のプラントモデルをセットにしたシミュレーション用モデルを提供しています。ユーザーはルネサスのモデルをそのまま使うこともできますし、MATLAB上で制御部のモデルを編集することで所望の動作をするように改変することもできます。シミュレーションが完了したら、Autocodeの機能を使って自動的にCコードを生成することができます。MCUのペリフェラル、アナログやパワー製品の部分は、ルネサスが提供するデバイスドライバに置き換えられ、Autocodeの中に組み込まれます。ルネサスではこのようにAutocodeで生成したS/WをインバータやBMSのリファレンスデザインに書き込み、ダイナモベンチやHILS環境で動作させてシステムレベルの検証した上でソリューションとして提供しています。

このソリューションにより、1)設計の初期段階でシステムレベルのシミュレーションが可能になり、2)コーディング作業が不要になり、3)コーディング時のヒューマンエラーが無くなることによりデバッグや後戻りが不要になるので、お客様のソフトウェア開発を大幅に効率化させることができます。

このようにルネサスでは、MCUからアナログ、パワーまで製品のポートフォリオを持ち、システムソリューションを含むワンストップでのソリューション提案と技術サポートによりお客様の開発期間の短縮と開発コストの低減に貢献します。

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