～高電力密度の電源モジュールで、電動車の48V電源システムを実現～

Vicor Corporation(本社：米国マサチューセッツ州、CEO：Patrizio Vinciarelli、NASDAQ上場：VICR、以下、Vicor)は、自動車OEM・Tier-1が2025年に量産する48V EVシステムへ向けて、車載グレードの電源モジュール、3製品を発表しました。これらの電源モジュールは業界をリードする高い電力密度を実現しています。電源モジュールBCM6135、DCM3735、PRM3735には、AEC-Q100認証を取得したVicor自社設計のICが使われており、複数の自動車の顧客とPPAPプロセスが完了しています。

「Vicorは、スケーラブルでフレキシブルな小型の電源モジュールにより、自動車業界の電力密度の基準を刷新しました」と、Vicorオートモーティブ事業部門VPのPatrick Waddenは述べています。「当社の高性能コンバータを使うことで自動車メーカーは、車両全体の電源システムのサイズと重量を減らすことができる新しい可能性を、手に入れることができます。」

BCM6135は、変換効率98％、出力電力2.5kWのBCM®中間バスコンバータであり、トラクションバッテリーの800Vから安全超低電圧(SELV)の48Vに変換し、車両に供給します。高電圧と低電圧の間は絶縁されており、DC-DCコンバータのスペースを大幅に小さくできます。BCM6135は電力密度が158kW／Lと高いため、EV電源システムの1段めのDC-DCコンバータのサイズを小さくでき、車両重量を軽減できます。双方向電圧変換ができ負荷電流の過渡応答速度が8メガアンペア／秒と速いため、25ポンドの48VバッテリーをBCM6135に置き換えることができます。xEVの仮想48Vバッテリーとして使うことができるため、コストと重量をさらに減らすことができます。

DCM3735は、出力電力2.0kW、安定化していない48Vを入力して12Vの安定化出力電圧に変換するDC-DCコンバータDCM™です。入力電圧範囲が広いためさまざまな自動車アプリケーションに対応でき、出力電圧は8～16Vの範囲で調整できます。DCM3735は電力密度が300kW／Lと高いため、ゾーンECUアプリケーションで48Vのバス電圧を12Vサブシステムにブリッジするアーキテクチャに対して、非常に魅力的なモジュールです。

PRM3735は、変換効率99.2％、出力電力2.5kW、48V電源用のレギュレータPRM™です。フットプリントが小さく、電力密度が260kW／Lと高いため、DC-DCコンバータ全体を小型、軽量化することができます。新しい車両のアーキテクチャで、安定化した電源が必要な48V負荷へ給電する用途に最適です。

これらの新しくリリースするモジュールを組合わせることで、300通りを超える構成が可能であり、さまざまな革新的な車両サブシステムへ向けて、極めて高いフレキシビリティとスケーラビリティを提供することができます。さらに、市場が12Vから48Vのゾーンアーキテクチャへ移行する中、これらのモジュールを使うことで48Vへの変換と48Vからの電力変換を非常に高効率で実現できます。3つのモジュールは、すべて簡単に並列接続して電力容量を増やすことができます。並列接続された各モジュールは、最適に性能が出すように自動的に電流バランスします。これらのモジュールを使うことで、800V、400V、48V、12Vシステムの複雑な課題が解決できます。

「当社の電源モジュールを使えば、一次バッテリー(800Vまたは400V)から48Vさらには負荷の電圧まで、簡単に変換できます」とWaddenは述べます。「モジュールは汎用性が非常に高く、このモジュールを使うことで、お客様の電源システムのサイズと重量を低減しながらシステム効率の改善を実現しています。」

Vicorの電源モジュールを用いた、車両全体の電力供給ネットワークを改善する革新的な方法：
・アクティブサスペンションをEVで完成させる
アクティブサスペンションシステムは必要な電力が大きいので12V電源で供給することは困難です。48V電源バスに変更して、双方向BCM6135を用いて高電圧バッテリーから48Vへ降圧することで、アクティブサスペンションの高いパフォーマンスを効率よく実現できます。このアプリケーションでは、アクティブサスペンションが回生電力負荷であるため、回生電力をバッテリーに戻します。電力回生時には電流の向きが瞬間的に反転するため、電流のスルーレートが非常に高いBCM6135が役立ちます。

・低電圧バッテリーを無くす、または小容量化
業界トップクラスの電流スルーレート性能を持つBCM6135を使うことで、48Vバッテリーを変えることができます。xEV車両で従来の48Vバッテリーの代わりに、BCMを仮想48Vバッテリーとして使うことで、コストと重量の低減ができます。BCM6135は無負荷から最大出力電流まで変化するときのスルーレートが8.0MA／sに達するので、従来の800Vトラクションバッテリーから48Vに降圧して48V補器バッテリーを備えたシステムから電力を取り出すのと同じ速さで、負荷に電力を供給できます。このスルーレートに匹敵するDC-DCコンバータは他にありません。BCMを使うことで車両重量を最大25kg削減しながら、車両コストを最大100ドル下げることができます。

・48Vゾーンアーキテクチャは、必ずロードマップにある
新しい電源モジュールを使うことで、48Vゾーンアーキテクチャへ簡単に移行できます。DCM3735をBCM6135と組み合わせて使うことで、BCM6135の48V出力を安定化した12V電源に変換します。DCM3735を48Vゾーンアーキテクチャの一部として使う場合、DCM3735を離れた位置に配置して、車両ゾーン(たとえば右側)にローカル12V電源を作ることができます。この方式でPDNを設計すると、12V負荷に効率よく給電しながら、48Vバスへ移行することで見込まれるコスト削減と重量低減の最大90％が実現できます。

・プリチャージにより電流サージを防ぎ、重量を軽減する
プリチャージは、車両の起動プロセスに必要なステップです。これにより、バッテリー接続時の電流サージが抑えられ、負荷(ポンプやコンプレッサーなど)の損傷を防ぐことができます。現在、これには高電圧コンタクタと抵抗器が使われており、1kgの重量と50ドル以上のコストが掛かります。代替案として、メインDC-DCコンバータとして使うBCM6135とPRM3735を、車両の低電圧バッテリーと合わせて使う方法があります。BCM6135を昇圧方向に使うと、低電圧バッテリーの電力を高電圧までブーストすることができます。ブーストした高電圧をプリチャージに使うことで、従来のプリチャージ用コンタクタと電力抵抗器が不要になります。

電源モジュールはフレキシブルに使うことができるため、多くの自動車アプリケーションに電力を供給することができます。さらに重要なのは、48V化の対応ができることです。高電圧トラクションバッテリーを48Vに変換する場合でも、48Vバスから負荷点に電力を供給する場合でも、従来の12Vサブシステムを新しい48Vゾーンアーキテクチャで動かす場合でも、Vicorの高性能な車載グレードの電源モジュールを使うことで、容易に設計ができ電力損失を低減しながら、最高の電力密度が実現できます。