48Vの未来
48Vの低電圧EVについて少し調べているので理解の整理もかねて少し書いてみる。まったくEVについてご存知無い方のために少し書くと、EVは電気で動くために、ケーブルなどの電装部品がたくさんある。一般にEVに限らず自動車の電気系統は12Vで構成されている（主駆動モーターを除く）。これを48Vに電圧を上げると、電流は小さくて済み、ケーブルなどが細くて済むようになるらしい。48Vに変更するコストダウンについては以下の記事がわかりやすい。
”これまで、車両の低電圧ネットワークは、テスラ車も含めて12V系が使われてきた（中略）48V系に移行するのは、ハーネスを細く軽くし、システム全体を小型化するためだという。
「（車両の低電圧ネットワークに）12V系が採用されてから60年間、車両に必要となる電力は年々増加しており、今や200Aを超えている。これを賄うためにハーネスは重くなり、コストも増加している。12Vから48Vに変更すると同じ電力に対して必要な電流が4分の1になる。ハーネスの電力損失は抵抗に電流の2乗を掛けたものであるため、電力分配経路で消費される電力は16分の1になる。これにより、これまでより細いワイヤ、小さなeヒューズ、小さなコントローラー（＝ECU：電子制御ユニット）を採用できるようになる。さらに、（パーツを冷やすための）ヒートシンクを小さくしたり、あるいはヒートシンクそのものをなくしたりして、質量と体積の点で車両に良い影響をもたらす」”
というわけで48V系を採用することでコストダウンになるようだ。話は逸れるが、48Vの採用は、インホイールモーターへの布石だという指摘も。
インホイールモーター課題として、ばね下重量が非常に重くなることがある。これを解決するための方法としてアクティブスタビライザーとアクティブサスペンションの搭載があり、これを動作させるためには10kW級の出力がいるので、12Vでは足りず、48Vの電圧がマストとのこと。欧州では48Vで動作する部品がある程度規格化されているので、それを利用してコストを抑えることもできるとのこと。
さて、次の話題。ヴァレオの48V定電圧ソリューション。
上の記事では、48Vで作動する、小型モビリティと、EV軽トラの事例が紹介されている。前者の小型モビリティはシトロエンAmiを改造したもの。Amiはフランス本国では最高速度が45km/hに制限されているが、記事のデモカーではモーター出力6~10.5KWまで出せるようになっており、90Km/hまで加速可能だ。EV軽トラのほうは15kw x2モーターの仕様。軽トラとしては少しパワーが弱いようだが、逆にこの程度の出力でも軽トラを動かすことはできるということだ。
48Vのメリットについては”48V系のソリューションは、配線やジャンクションボックス、ブレーカーシステムなど高圧系のモジュール、コンポーネントが必要ない。この手軽さ低コストが魅力のひとつだ"とのこと。
シトロエンAmiは重量500kg弱である。この程度なら11kwモーターで駆動可能だ。軽トラレベルでも15kw x2モーターあれば、駆動でき、このレベルであれば48Vで駆動できるということがわかった。
ところで「電圧は高ければ高いほどよいのか？」と言われればもちろんそうではない。60V以下であれば低電圧として扱えるようなのだが、それを超えてくると絶縁や安全設計関係のコストが上がってくるようだ。
主駆動システムについていうと、今トレンドは400V→800Vへの移行だ。上記の記事では800V化のメリットについて次のように説明されている。
"任意の入力電力に対してモーターの動作電圧が高くなると、入力RMS電流、すなわちステーターの銅の巻き線の損失が減少します。供給電圧が800Vの場合、400Vに比べて損失が1/4程度になるのが一般的です。そのため、銅の巻き線の直径が小さくなり、全体的な容積の減少とパッケージの効率化が実現し、モーターを小型化することができます。同様に800Vシステムでは電流要件が低いため、モーター銅線の損失だけでなくシステム全体の配線損失も減少し、重量、スペース、コストも低減します。"
ということは、48Vで駆動するということは、800Vと比較すると(800/48)^2≒280倍の損失になるということ？？？
しかし、もちろんメリットばかりではない。
”電気自動車のバッテリー パックはシリアル/パラレルで接続された多数の個別セルで構成されています。各セルの動作電圧は3.1V～4.2Vです。定格800Vシステムには約198個のセルが直列接続されているので、バッテリー パック全体の電圧は610V～835Vになります。回生ブレーキ中の一般的な電圧上昇の20V～30Vを付加すると、最大電圧は865Vとなります。電源供給内部スイッチはこの電圧よりも大幅に高い定格にする必要があります。フライバック コンバーターを使う場合、150V～200Vが加わるため、スイッチのストレスは1065Vになります。通常、20％のディレーティングを考慮しなければならないため、仕様としては少なくとも1.33kVが必要となります。”
高電圧で駆動させるということは、当然バッテリーから供給される電圧も高圧である必要がある。また、高圧で充電するということは、バッテリーを痛めたり、発熱を抑えるためにバッテリーの冷却をしながら充電する必要もある。など、設計的にはいろいろ考えなければならないことも多いのだろう。
まとめ
48Vシステムでも自分が欲しいと思う軽EV程度であれば駆動できそうだ。高速道路を想定しない小型モビリティであればもちろん、80~90km/h程度で走ることもできそうなので、（一応）高速道路も走れるEVは48Vシステムで作れそうだ。しかし、48Vだと駆動系は効率が上がらないのかもしれない。この辺の電圧と駆動モーターの最適化の観点では48Vシステムがどうなのか、専門家に聞いてみたいところだ。
急速充電が普及すれば、ガソリン車のように気軽に充電ができ、EVの普及は弾むのだろうが800Vシステムというのは軽EVレベルにまで普及するのだろうか。もしかしたら800Vシステムが普及して、部品も安くなり、案外普及してしまうのかもしれないが、小さく省エネで、本当に環境にやさしいEVの在り方についてもう少し考えてみたい。
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？