エキスパートの連携が生み出すデンソーのコア技術 世界トップシェアを誇るデンソーのインバータ開発の経緯。

DENSO Tech Links #16は「自動車部品がクルマの電動化の未来を変える！」をテーマに開催しました。 自動車部品サプライヤーであるデンソーならではの視点から、クルマの電動化について語りました。 電化コンポーネント工学部 橋本 翔部門 1が壇上に立ち、デンソーのインバータ開発について語ります。

【スピーカー】橋本 翔 電化部品工学部部門 1、株式会社デンソーデンソー入社以来インバータ開発デンソーがどのようにインバータを開発しているのかについてお話しますが、その前に自己紹介をさせていただきます。 2010年にデンソーに入社し、インバータ制御用ソフトウェアの開発をはじめ、インバータの開発・量産に携わってまいりました橋本翔と申します。 2017年からインバータハードウェアの開発を始め、エンジニアとしてずっとインバータに携わってきました。 デンソーのインバータとそのエンジニアがどのように開発しているのかについて少し説明したいと思います。

電気自動車にはインバータが不可欠です。まずインバータとは何かについて説明します。 すべてのハイブリッド車と電気自動車は、このスライドに示されている 3 つのデバイスを使用します。 1 つ目は電気を蓄えるバッテリー、2 つ目はスライドの中央に示されているインバーター、3 つ目は車輪を駆動するモーターです。これらの種類のモーターは通常、交流で動作します。 そのため、バッテリーからの直流電流をインバーターを使って交流に変換する必要があります。この変換のために、インバーターには、オン/オフして電流の方向を変える半導体スイッチング素子を備えたパワーモジュールと呼ばれる部品が搭載されています。交流を発生させます。 電気自動車にはインバーターが欠かせません。

デンソーのインバーターは世界中の電気自動車に使用されていますデンソーのインバーターは世界中で使用されています。 ここでは彼らの歴史についてお話します。 デンソーは1997年にインバータの量産を開始し、2020年の年間生産台数は120万台に達しました。デンソーのインバータは、トヨタ、日産、日野などの商用車をはじめ、世界の幅広い自動車メーカーに採用されています。フォードや中国第一汽車グループなどの海外顧客。 2018年、デンソーは世界のインバーター市場で32%の最大シェアを獲得し、世界をリードしました。 当社のインバータは世界中で使用されている電気自動車に搭載されています。

CO2排出規制強化により世界的に電気自動車の普及が進む ここからはインバータを取り巻く環境についてお話します。 工藤氏が説明したように、世界のほとんどの国は、世界的なカーボンニュートラルを目指してCO2排出規制を強化しています。 自動車メーカーも目標に基づいてCO2排出量を削減しています。

その結果、右図に示すように、世界の自動車市場では電気自動車の普及が進んでいます。 この数字は、2020 年、2025 年、2030 年のエンジン車と電気自動車の実際の販売台数と予想販売台数の内訳を示しています。電気自動車の台数は世界中で増加すると予測されています。

低損失、大電流インバータの需要それでは、特にバッテリ電気自動車向けに、どのようなタイプのインバータを開発すべきでしょうか。バッテリ電気自動車で使用されるエネルギーはすべてバッテリによって供給されますが、この機能は航続可能距離にも懸念をもたらします。完全に充電されたバッテリーの電力を使い切るまで走行できます。 ただし、実際には、電力がなくなる前に充電ステーションで充電する必要があります。 使い切ったバッテリーを急速充電器で充電しても30分以上かかるため、ガソリン車に慣れている人はイライラするかもしれません。 したがって、バッテリー電力を節約することで電気自動車はより魅力的になります。電気自動車の損失の内訳を見てみましょう。 これらの損失は、車両の推進や空調制御などにまったく使用されず、無駄になってしまう電力量です。車両の総電力損失のうち、インバータ損失がかなりの部分を占めるため、電力損失を削減する必要があります。パワートレインの観点からインバーターについて詳しく説明します。 ハイブリッド電気自動車では、エンジンが主な動力源であり、電気モーターによってサポートされます。 バッテリー電気自動車は、モーターを使用して必要なすべての電力を生成します。車輪を回転させる力はトルクと呼ばれます。 モーターの磁石が強いほど、より多くのトルクが発生します。 さらに、モーターの電流が大きいほど、より多くのトルクが発生します。 これは、バッテリー電気自動車を動かすには大量の電流が必要であることを意味します。 電気自動車には、低損失、大電流のインバータが必要です。

インバータ損失の9割を占めるパワーモジュール損失を削減パワーモジュールについて説明します。 これらは、低損失インバータを開発するために最も重要な部品です。インバータ損失の約 90% を占めるパワーモジュール損失を削減することが最大の課題です。 デンソーのパワーモジュールはその形状から「パワーカード」と呼ばれています。 この名前を覚えておいてください。他のかなりの数のインバータ メーカーが、一般的に入手可能な電源モジュールを購入して、自社のインバータに統合しています。 しかし、デンソーは半導体デバイスさえも他社から購入するのではなく、自社で開発・生産しています。パワーモジュールの開発・生産に力を入れている一環として、デンソーはこのほど、トヨタと合弁で半導体開発会社ミライズテクノロジーズを設立し、半導体部品の生産を開始しました。デンソーのパワーモジュールについてお話します。 近年、炭化ケイ素（SiC）パワー半導体が世界中で普及しています。 従来のシリコン（Si）半導体に比べてパワーモジュールの損失を大幅に低減できるため、採用する電気自動車が増えています。 デンソーもSiCパワー半導体を採用しています。 電力損失を最大7%削減でき、大幅な削減が期待できます。

デンソー独自の冷却技術により大電流パワーモジュールを実現 次に、大電流パワーモジュールを実現したデンソーの技術について説明します。 大電流で動作するパワーモジュールの主な問題は、モジュールに流れる電流が大きくなるほど、損失が増加することです。 パワーモジュールはこれらの損失によって加熱され、場合によっては故障する可能性があります。これらの課題に対処するために、デンソーは独自の冷却技術を採用しました。先ほど説明したカード型パワーモジュールであるパワーカードを、設計された2つの冷却装置の間にしっかりと配置します。パワーカードの両面から熱を放出します。 デンソーの冷却技術は他社の1.5倍の性能を実現。

重要なデバイスと自社開発技術を盛り込んだデンソー独自のインバータを実現します次に、その他の技術について説明します。 スライドの中央に示されているデバイスは、自社開発の電気制御ユニットです。 デンソーのECUには、パワー半導体素子のオン・オフを切り替えるドライブICと呼ばれる回路が搭載されています。ドライブICは、パワー半導体素子の性能を発揮させたり、故障時にパワー半導体素子を保護したりする重要な機能を担っています。 デンソーはドライブICを自社開発。 パワー半導体デバイスと連携して、パワー半導体デバイスの性能を最大限に発揮できるように設計されています。また、デンソーは、車両の運転状況に応じてインバーターやモーターが適切に機能するよう、モーター制御技術を自社で開発しています。スライドには、デンソーのブランドスローガン「」も示されています。 Crafting the Core」に基づいてインバータを開発しています。 デンソーはキーデバイスや技術を自社開発し、ユニークなインバータを生み出し続けます。

デンソーの比類のないインバータで世界をリードする最後に、インバータの開発に必要な技術を列挙してみます。 今回お話しした技術はインバータに使われている技術の一部であり、インバータには多くの技術が必要であることはご存知かと思います。 インバーターを単独で開発できる人はいません。 さまざまな分野の専門家が互いに協力して開発する必要があります。

デンソーは、比類のないインバータで世界をリードし続けることを目指しています。