現在の自動車の中では電気自動車が主流の開発トレンドとなっているが、電気自動車の急速な発展を本当に促進できる重要な要素はバッテリーの充電速度である。この記事では、オンセミコンダクターの自動車充電技術と関連ソリューションの現状を紹介します。
消費者は電気自動車に対してより受け入れやすくなってきている
実際、電気自動車、電動パワートレイン、自動車機能の電子技術は数年前から登場しており、最初の電気自動車 (EV) が発売されたのは19世紀後半です。しかし、政府の排出基準の厳格化、プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）やバッテリー電気自動車（BEV）の導入増加と並行して電気自動車に電力を供給するためのインフラの整備が進む中で、ようやく電気自動車の採用が増加したのはここ3～5年のことである。
消費者側では、ここ数年、政府が燃料車からの移行を支援するために、税制優遇、無料駐車場・充電サービス、多人数乗車車両（HOV）レーンなど、EV所有者にさまざまな補助金や割引を提供してきたため、ますます多くの消費者が電気自動車に惹かれています。
しかし、これまでEV業界の発展を阻んできた潜在的な障害がいくつかあり、最も顕著なのは航続距離の不安、EVの高価格、従来の車両の燃料補給時間よりも長いバッテリーの充電時間などであり、これらはすべて人々が電気自動車を購入することを躊躇する原因となってきました。
現在、バッテリー容量の増加と車両のkwh/km比の最適化により、航続距離不安の問題が解決されつつあります。電気自動車の価格は着実に下がっており、内燃機関（ICE）自動車の価格に近づいてきています。ますます多くの自動車メーカーが電気自動車の開発に投資しており、消費者が利用できる電気自動車のモデルが増えています。
現在、電気自動車が克服すべき最後のハードルは充電時間の遅さであり、電気自動車の充電速度をいかに高速化するかが自動車メーカーやソリューションサプライヤーの目標となっています。
電気自動車の急速充電により充電効率が向上
現在利用可能なEVの充電方法は、低速充電（有効電力22kW以下）と急速充電システム（22～400kW以上）に分けられます。低速充電システムは、家庭、公共駐車場、職場の駐車場で広く使用されており、急速充電システムは主に公共の場所、商業地域、または充電ステーション/パイルで使用されています。
最大定格電力での低速充電では、システムは50 ～ 60分で約100 kmの追加走行距離を提供できます。低出力側では、標準のコンセントに接続された専用ケーブルを使用して、1.4～3.7kW/hの電力を家庭用および個人用に使用できます。追加の100 km走行には約5時間 (3.7kW) かかります。対照的に、急速充電システムでは、10分で同様の範囲を充電できます。充電パイルからの高出力により充電時間が短縮されます。電気自動車のバッテリー容量が増加し続けると、充電技術の向上と相まって、より高いピーク電力が可能になり、より速い充電速度を実現できるようになります。
高DC充電モードでは充電速度が速くなります
電気自動車の2つの充電方法としてのAC充電とDC充電は、もともと非常に単純な概念でしたが、混同されやすいものでもあります。本質的に言えば、違いは、車両の充電ポート（バッテリーではなく）に電力を転送するために使用される電流モードにあります。
AC充電モードでは、グリッドからの交流電流がACコンセントまたは充電スタンドを通じて車両に供給され、車両はオンボード充電器 (OBC) を通じてACからDCへの変換を管理し、バッテリーにDC電圧と電流を供給します。AC充電は、電力制限 (通常、上限は22 kW) と必要な充電時間が最も短いため、一般に「低速充電」として知られています。
一方、DC充電モードでは、ACからDCへの変換は外部充電器によって実行されます。外部スペース、重量、熱制限が緩和されたため、DC充電定格は11 kW未満から最大400 kWまで幅広くなっています。ただし、すべての車両が高DCレベルでの充電に耐えられるわけではなく、現在販売されているほとんどの車両は通常、DCモードで少なくとも50 kWの充電速度をサポートしています。
ACおよびDC充電技術を規制および標準化し、EV対応の電気自動車給電装置 (EVSE) エコシステムの開発を促進およびサポートするために、多数の規格とIEC仕様が開発されています。これらのフレームワークは、協会や業界が合意やEVSEを開発できるように、可能な限りグローバルになるように設定されています。現在、CHAdeMO（「charge de move」の略）、複合充電システム（CCS）、テスラスーパーチャージャーなど、世界的に展開されている3つの主要なDC充電実装計画があり、中国では独自の独占GB/Tプロトコル規格が実装されています。
完全なEV充電ソリューションが提供される
電気自動車の急速DC充電は、パワーエレクトロニクスのイノベーションを推進する要因の1つであり、シリコンカーバイド (SiC) などの新しい電力技術を最も急速に導入している市場の1つです。高電力および高電圧アプリケーションでは、EV急速充電は、より高いブレークダウン電圧、より低いRDSON および動的損失、優れた熱性能を示すSiCモジュール技術の利点を享受できます。
電気自動車用急速充電器の開発では、高周波でのSiCスイッチの使用安定性も考慮する必要があり、ゲート ドライバ システムは重要なコンポーネントとしてシステム パフォーマンスに直接影響を及ぼします。ゲート ドライバに関するもう1つの重要な考慮事項は、オンチップ統合 (ガルバニック絶縁を超えた) と保護です。Onsemiの電気的に絶縁されたゲート ドライバNCD57XXXおよびNCD51XXXシリーズは、3.5 kVおよび5 kV定格で提供されており、電気自動車の急速充電器の開発に設計の柔軟性とシステムの信頼性をもたらします。ゲート ドライバには複数の機能と保護機能がチップに組み込まれており、最大9Aの駆動電流能力が実証されています。さまざまなニーズに対応するため、オンセミコンダクターは、NCD57000/1、NCD5708x、NCD5709x、NCP51152/7などのシングル チャネル ドライバや、NCP51561、NCP51563、NCD57252/256などのデュアル チャネル ドライバなど、さまざまな製品の組み合わせを提供し、あらゆる使用ケースのニーズに対応したいと考えています。
さらに、ゲート ドライバに関連する重要なポイントは、それらを駆動するために必要な絶縁型電源であり、あらゆる動作条件下で安定した電圧レールを確保するために、コンパクトで堅牢である必要があります。LVDCDC3064-IGBTやLVDCDC3064-SICなどのNCV3064スイッチング レギュレータ周辺の電源は、これらのニーズを満たすために導電性になります。電気自動車の急速DC充電器には高電力と高電圧が必要であるため、ハイサイド ドライバには電気的絶縁も必須です。絶縁ドライバは、コモンモード過渡耐性 (CMTI) を最大化することでシステムの堅牢性を高めます。これは、高速スイッチングのワイド バンドギャップ テクノロジを使用して高dV/dtで駆動する場合に特に重要です。
電気自動車の急速DC充電におけるもう1つの重要な考慮事項は、システムに必要な安全保護、特に規制で規定されている安全保護です。オンセミコンダクターのFAN4147およびNCS37014接地故障電流 (GFC) 遮断器は、さまざまな規制要件を満たしており、安全要件に沿ったEVSEの開発にすぐに使用できるソリューションを提供します。
補助電源装置 (PSU) は電力システムのいたるところに存在し、電気自動車の急速DC充電も例外ではありません。NCP1362準共振バレースイッチング一次側またはNCP1252およびNCP12700二次側コントローラを中心に開発されたPSUは、これらのニーズに対応するのに役立ちます。スイッチング側では、高RDSON （160 mΩ）の1200V SiC MOSFETが、優れたコストパフォーマンスを提供し、900V DCシステムに最適なソリューションであるため、急速に採用されつつあります。
結論
onsemi はSiC技術と電力統合モジュールの大手サプライヤーであり、その品質は顧客から高く評価されています。完全なSiCサプライチェーンを備えた数少ないサプライヤーの1つであるonsemiは、650Vと1200Vの両方のソリューションを備えており、ディスクリートおよびモジュール式SiC製品の最高の品質と信頼性基準、優れた操作性と柔軟性を確保できるため、EV急速充電アプリケーションの最高のパートナーになります。
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