EV 体験を再定義する 3 つの半導体技術

この記事は、ハイブリッド車、電気自動車およびパワー トレイン部門のゼネラル マネージャーである Jerry Shi が執筆しました。

数年前、私と家族は一週間の自動車旅行に出かける際に、電気自動車 (EV) に乗り込みました。きらめく湖に感動したり、歌を歌ったりと楽しい思い出がある一方で、目的地がすぐ近くなのに 1 時間以上も充電のために立ち寄らなければならないなど、少し不便な場面もありました。

現在の EV 車のドライバーは、充電と充電の間でより長い距離を走行できるようになっています。かつては充電に数時間かかっていましたが、現在では数分で済むようになっています。バッテリ システムは高度化し、車両はより安定した動作と高い信頼性での運用が可能になっています。EV は、好みで選ぶものではなく、実用的な選択肢になりつつあります。

こうした改善は、努力なしに実現したものではありません。EV 性能のあらゆる進化の裏には、半導体を基盤とした長年のエンジニアリング革新があり、その出発点はドライバーの期待を理解することにありました。

協力によって生まれたイノベーション

EV を再定義する技術を理解するためには、その出発点は TI ではなく、完成品メーカー (OEM) にあります。OEM とは、他社製品に組み込まれる部品やコンポーネントを製造する企業のことです。TI が協業している OEM には、自ら OEM として機能する自動車メーカーから、タイヤやブレーキ システムなどの自動車部品供給業者まで、さまざまな企業が含まれます。

5 年前までは、TI のような半導体メーカーと自動車メーカーとの連携は、自動車メーカーが次世代車両のアーキテクチャを定義した後に始まることが一般的でした。しかし、そのモデルは変化し、新たな機能が車両に搭載されるまでのスピードが加速しています。

現在では、当社はメーカーとより早い段階から連携しています。当社は部品を個別に最適化するのではなく、ドライバーの実際の環境におけるニーズに合わせて半導体開発を進めています。この協業の成果により、ドライバーは EV の利用タイミングや使い方を見直すことができるようになっています。

EV を日常使いの車へと変える 3 つの技術

OEM との早期協業により、設計初期の段階からバッテリ管理戦略、充電トポロジ、電力変換アーキテクチャを構築することが可能になります。OEM は半導体に対する理解を深めており、当社のデバイスもドライバーの期待やニーズにより的確に応えるようになっています。

当社はメーカーとのやり取りを通じて、ドライバーは走行距離や充電ステーションまでの距離に関係なく、EV を安心して利用できることを求めていることを理解しました。そのため、当社のエンジニアはバッテリのあり方を見直す必要があると気づきました。すなわち、管理方法、充電方法、蓄えたエネルギーをいかに効率的に走行エネルギーへ変換するかという点です。現在、EV の進化を支える 3 つのイノベーションに取り組んでいます。

1.  予測型バッテリ管理は、バッテリの健全性をより詳細に可視化することから始まります。ドライバーは、日常の通勤から長距離ドライブ、さらには極端な温度環境においても、車両が安定して性能を発揮するかどうかを把握したいと考えています。

当社は、電気化学インピーダンス分光法などの技術により、予測型バッテリ管理を高度化しています。これにより、バッテリ管理システムは、モデルベースのアルゴリズムやエッジ AI を活用して、バッテリ パック内セルの充電状態、温度、劣化、充電バランスの変化を検出できます。

セルの挙動を精密に監視することで、OEM は保護機能を実装できます。リアルタイムのセンシングとデータ解析により、リスクを早期に検出し、対処できるため、バッテリの安全性と性能が向上し、パック寿命の延長にも寄与します。ドライバにとっては、ー航続距離の予期しない低下が減少し、信頼性が向上するとともに、より早い段階で安全アラートを受け取れるようになります。バッテリ寿命の延長は、総所有コストの削減にも寄与します。

2.  高電力密度の充電技術は、EV を日常使いしやすくするために重要な要素です。TI では、単段マトリックス設計などの新しいオンボード充電器トポロジを採用することで、小型化と高出力を両立しながらシステム アーキテクチャを簡素化し、高速充電を実現しています。電力密度の向上と単一電力変換ステージによる高効率化により、自動車メーカーは性能を維持したまま充電時間を短縮できるようになっています。

その結果、充電はドライバーにとって、より高速で予測しやすいものになっています。OEM にとっても、より効率的な充電設計によってシステムの軽量化とコスト削減が実現でき、EV の市場投入コストの低減につながります。

3.  航続距離の延長は、OEM が把握している継続的なドライバーのニーズであると同時に、技術的な課題でもあります。航続距離は、パワー トレインがエネルギーをいかに効率よく管理できるかに大きく左右されます。パワー エレクトロニクスの進展と制御の最適化により、蓄えたエネルギーをより効率的に走行エネルギーへ変換できるようになっています。TI では、最適パルス配置アルゴリズムなどのモーション制御技術の高度化に取り組み、エネルギー損失を最小化することでトラクション インバータの効率向上を実現しています。結果として、EV は 1 回の充電でより長い距離を走行できるようになり、ドライバーは加速性能の向上と、より滑らかで静かな乗り心地を体感できます。

EV 運転の次なる時代

数年前の家族での自動車旅行までは、私たちは EV を、航続距離に余裕がある日常的な用事、例えば食料品の買い物などにしか使っていませんでした。

しかし、私はチームや OEM と共に、EV 体験を積極的に再定義する技術に取り組んでいたため、この自動車旅行がこれから何度も続く最初の一回になると感じました。

当社が開発している各種技術により、航続距離が延長し、長距離走行時の利便性や快適性が向上しています。大電力充電により、充電の待ち時間はガソリンの給油に匹敵するレベルまで短縮されています。さらに、予測型バッテリ管理により、安全性が重視される機能にインテリジェンスが付加されています。

半導体技術の進化と OEM との連携の深化に伴い、当社は、現在ドライバーが直面している課題に対応するとともに、将来の機会を見据えながら、EV の走行体験をより高度で信頼性が高く、利便性に優れたものにしています。