先進技術でE-モビリティを加速する

従来、EVの車体価格はガソリン車やディーゼル車の2〜2.5倍ですが、最近ではウクライナ危機の影響でベースメタルやレアアースの価格が上昇し、さらにコストが上がっています。しかし、生産量の増加、EV購入者に対する政府のインセンティブや税額控除、電池技術の向上などにより、これらを補填することができます。

生産に関して言えば、今年初め、ゼネラルモーターズ・カンパニー（GM）とフォード・モーターの両社は、米国でのEV生産を強化する計画を発表しました。バッテリーセル製造と電気トラックの生産能力を大幅に拡大するため、GMはミシガン州の4つの製造拠点に70億ドル以上を投資すると発表しました。一方、フォードは500億ドルを投じ、2026年に200万台以上のEVを製造する計画を明らかにしました。これは同社の世界年間予想生産の約3分の1に当たります。また、テキサスとベルリンにあるテスラのギガファクトリーは、今年中に生産を拡大する準備が整っています。

欧州の主要自動車メーカーも、米国の主要自動車メーカーと同様にEVの生産を拡大し、2030年までにオール電化車への移行を計画しています。電気自動車の販売台数の増加に伴い、欧州では電気自動車が従来の内燃機関自動車と同等の価格を実現しつつあります。

航続距離も重要な要素です。数年前までは走行距離が限られていましたが、現在のモデルは1回の充電で300マイル以上が可能です。Edmundsの最新レポートによると、2022年モデルのメルセデス・ベンツEQSは450マイルの航続距離を実現し、EPAの推定値は350マイルと評価されました。同様に、2021年型テスラ・モデル3の航続距離は345マイル、EPA推定値は353マイルで2位となりました。

EdmundsのEV Range Leaderboardには、全部で32のEVモデルが掲載されています。このボードで32位のモデルは、2022年のマツダMX-30で、航続距離は114マイル、EPA評価は100マイルとなっています。充電一回あたりの航続距離を向上させるための努力は続いています。最近、シリコンバレーで設計され、アリゾナで生産されたLucid Motor初のEV、ルーシッド・エアは、独自のパワートレイン技術により、業界トップクラスの500マイル以上の航続距離を実現しました。性能と航続距離が評価され、ルーシッド・エアはMotorTrendsの「2022年カー・オブ・ザ・イヤー」を受賞しています。ルーシッド・エアに内蔵されたWunderboxは、900V+のアーキテクチャを実装し、わずか約20分で最大300マイル航続距離を可能にする超高速充電器です。 急速充電に加え、国内のほぼすべての公共充電ステーションに対応し、近日中に双方向充電機能を提供する予定です。

フォードも新型EV「F-150ライトニング」で双方向（ツーウェイ）充電の次のステップに踏み出しました。テキサス州ヒューストンで最近開催されたCERAweek 2022で、フォードおよびPG&Eは、双方向充電機能を備えたフォードのF 150ライトニングEVが電力網と相互作用し、PG&Eの顧客に電気信頼性のメリットを提供できるかを調査する協力関係を発表しました。PG&E社のCEOであるPatti Poppe氏は、「フォードのような自動車メーカーとのコラボレーションを通じて、我々はよりクリーンで安全、そして明るい未来のために共に革新していきます」と述べています。このようなEV充電インフラプログラムを通じて、PG&Eは、EV普及の最大の障壁の一つである充電用コンセントの不足を解消することにも貢献しています。

e-モビリティが大多数の自動車ユーザーにとって実用的で魅力的なものになるためには、充電ステーションとコンセントのネットワークがより大きくなることが必要です。調査分析会社Statistaによると、2022年1月、米国にはプラグインEV用の充電コンセントが113,600個近くあり、その36%がカリフォルニア州にあります。また、バイデン大統領は、米国内のEV充電インフラ網に75億USドルを投資することを発表しています。約80万台の充電ステーションが全国に広がる強固なインフラを提供している中国が、EV消費の主要市場となるのは自然なことだと言えるでしょう。

同時に、各メーカーは充電時間を20分以内に短縮するための超高速充電器の製造も進めています。最近、英国で開催されたFuture Propulsion Conference 2022（FPC2022）で、McLaren Applied社は、超高速充電、高効率、航続距離の延長を実現する800Vシリコンカーバイド（SiC）インバータであるInverter Platform Generation 5（IPG5）の本格生産に向けて前進していると発表しました（図1）。IPG5は、電力ケーブルの軽量化と超高速充電を実現し、ドライブトレインの重量とコストを削減する次世代EV向けの新しいアーキテクチャです。

つまり、充電アーキテクチャは、近い将来、400V から 800V に移行します。この高電圧では、バッテリー管理システム（BMS）は機械的に堅牢なプラグ接続を必要とし、充電ステーションとの常時通信により高いレベルの安全性と信頼性を実現しなければなりません。このため、高性能、高電圧のAC/DCコンバータ, and 高絶縁のDC/DCコンバータが必要となり、この監視のために、RECOMは最大AC528Vの入力電圧に対応する RAC05-xxSK/480 AC/DCコンバータ・ファミリーを開発しました。さらにRECOMは、電気自動車のBMSアプリケーションに使用される1W絶縁型DC/DCコンバータのシリーズを用意しました。ここでは、コントローラ・エリア・ネットワーク・バスから供給される複数の浮動電圧で動作する監視機器を絶縁するために、各バッテリ・モジュールに個別のDC/DCコンバータが必要です。

さらに、充電ステーションでは、IGBT、SiCやSiのMOSFET、GaN FETなどのパワー半導体の制御に高絶縁のDC/DCコンバータが使用されています。このため、スイッチングプロセスを制御し、誤作動を防ぐために、正負の電圧を正確に供給できる最適なゲートドライバが必要となります。パワースイッチは高い浮遊電圧を持つため、ゲート・ドライバの電圧供給は非常に効果的な絶縁が必要です。このためRECOMでは、出力電圧が+15V/-9V（IGBT）、+15V/-3V、+20V/5V（SiC）、+6V（GaN）の非対称型出力強化絶縁型DC/DCコンバータを開発しました。また、システムの長寿命化のために、広い動作温度範囲と低アイソレーション容量を実現しています。

固体電池の採用

世界中でe-モビリティ技術の向上が叫ばれる中、多くの自動車OEMが従来のリチウムイオン電池に代わる固体電池（SSB）の搭載準備を進めています。SSBは、一般的なリチウムイオンバッテリーの液体またはゲル状の電解質を、固体導電性電極と電解質に置き換えることで、軽量化とエネルギー密度の向上を実現し、低コストでより長い航続距離を可能にします。また、可燃性物質を含まないため、より高い安全性が可能となります。

SSBの開発を加速させるため、自動車メーカーは電池製造技術に資金と資源を投入しています。例えば、ドイツの自動車メーカーであるフォルクスワーゲンは、カリフォルニア州のスタンフォード大学からスピンアウトしたSSBの新興企業であるQuantumScape Corp.に1億ドルの投資を行うことを発表しました。QuantumScape社は最近のプレスリリースで、同社の固体リチウム金属電池セルが、初期エネルギーの80%以上を保持しながら、10%から80%までの15分間の急速充電（4C）サイクルを連続して400回行ったと発表しており、この種の電池技術としては世界初だとしています。またQuantumScape社は、複数の温度（25℃と45℃）、3.4気圧、100%の放電深度で、商業的に適切なサイズの単層プロトタイプ電池セルで試験を実施しました。同社は昨年、10層電池で80％以上のエネルギー保持率、25℃、3.4気圧、100％放電深度での1C-1Cの充放電が800サイクル以上可能であることを実証しています。

QuantumScapeの共同創業者兼CEOであるJagdeep Singh氏は、声明の中で、"フォルクスワーゲンと共にこの技術的マイルストーンを達成できたことは大変喜ばしく、固体リチウム金属電池技術を工業量産化するための共同作業を楽しみにしています。"と述べており、昨年12月のVergeのインタビューでは、“QuantumScapeは2024年に量産開始の準備が整う”と述べています。

同様に、メルセデス・ベンツは、台湾のSSB電池メーカーであるProLogium Technology社と提携協定を結び、今後数年のうちに両社で共同開発したSSBを搭載した試験車両を製造することを決定しています。また、自動車メーカーのフォードは、SSB開発企業のSolid Power社に2,000万米ドルを出資しました。この提携により、昨年稼働したばかりのSolid Power社の完全自動化されたロール・ツー・ロール生産設備を活用することが期待されます。

SSBのような新しい技術には、生産と実装の両方で高性能かつ革新的な電圧コンバータが必要です。RECOMでは、この絶えず進化するe-モビリティ対応のカスタムおよびセミカスタム AC/DC 、DC/DC ソリューションを提供する 準備 が整っています。