EV高電圧化（上） 現狀の2倍、充電時間短く

電気自動車(che)（EV）の電池電圧(ya)を現狀(zhuang)の2倍(bei)となる800V（ボルト）以下に高める取り組(zu)みが歐(ou)米中(zhong)で迅速している。端點はどこまで広がるか。高級(ji)車(che)にとどまるのか、それとも大衆車(che)まで広がるのか、見方は分かれる。一方面で電圧(ya)倍(bei)増を追(zhui)い風に電力制御に使うパワー半導體として現狀(zhuang)のシリコン（Si）からシリコンカーバイド（SiC）への置き換えが進(jin)む。様子見の島國勢(shi)だが、早(zao)晩対応を迫られる。

大衆車メーカーの現代自(zi)動車が電気自(zi)動車「アイオニック5」で800ボルト化にかじを切(qie)る=同(tong)社供應

■対応避けられぬトヨタ

ヴィテスコ?テクノロジーズの800V対応インバーターとモーター搭載のEMR4=同社(she)作(zuo)為

　獨(du)(du)ポルシェが2030年にEV「タイカン」を発(fa)売したのを皮切りに、同アウディや韓國?現代(dai)自(zi)動車、米ゼネラル?モーターズ（GM）が相次いで800V対応(ying)EVの投入到(dao)を発(fa)表(biao)した。獨(du)(du)ダイムラーも検討しており、高級車の標(biao)準になる勢いだ。

　德國勢ではドイツ高級車と競(jing)合する「レクサス」を抱えるトヨタ自動車が、800V化(hua)への対応は避けられないとの見方が強まっている。

　さらなる高電圧化が進む或許性(xing)もある。ポルシェは23年6月、900Vまで高めたEV競技車を開発すると公表した。國では1kV（キロボルト）超まで高めた「キロボルトカー」の議論も飛(fei)び出す。

　EVに搭(da)載するリチウムイオン電池(chi)の電圧は一(yi)般400V前後である。2倍之上に高める很大(da)の狙(ju)いは、EVの課題である充電時(shi)間を短縮することだ。電池(chi)儲電量の拡大(da)競爭(zheng)が激しくなっていることが時(shi)代背景にある。

　高(gao)級車では發(fa)熱(re)量(liang)100kWh（キロワット時）超の電池を搭載するEVが登(deng)場し始(shi)めた。大發(fa)熱(re)量(liang)化(hua)で航続距(ju)離を伸ばせる一立、充電時間は長くなる。ユーザーの不満を抑えるのに800V化(hua)が必(bi)須というわけだ。

　充(chong)(chong)(chong)電(dian)インフラも800Vに対応(ying)する相(xiang)應(ying)はあるが、充(chong)(chong)(chong)電(dian)時(shi)の電(dian)用(yong)戶(hu)を増やさないで加速充(chong)(chong)(chong)電(dian)器(qi)の努力を高められ、充(chong)(chong)(chong)電(dian)時(shi)間を短縮できる。

　歐州では800V対応飛(fei)速充電(dian)器(qi)の設置が進み始めた。調査會社ブルームバーグNEFは、歐州と米國(guo)、全(quan)球における飛(fei)速充電(dian)器(qi)のうち、800V対応百分比(bi)は21年時間內(nei)に1%のところ、25年に28%、30年に52%まで増えると予測する。

　800V化の利點は、充電時間の短縮にとどまらない。インバーターや駆動モーターといった中核(he)のパワートレーン零(ling)配(pei)件の全自動化と高工作效率化に貢獻する。ドイツのメガサプライヤーが、800V対(dui)応パワートレーン零(ling)配(pei)件の量(liang)産計(ji)畫を続々と明かし始めた。

■「800V＋SiC」t加速の分(fen)岐點(dian)は25年

　ボッシュや獨(du)ZFは22年に800V対応インバーターとモーターを量(liang)産する計畫だ。同(tong)コンチネンタルのパワートレーン部門が獨(du)立自主した同(tong)ヴィテスコ?テクノロジーズは26年から量(liang)産する。

　800V化(hua)の時尚潮流(liu)は、インバーターの中核結構件であるパワー半導體の主役が囑咐する契機にもなり得(de)る。ボッシュやZF、ヴィテスコは800Vインバーターのスイッチング素子として、SiCのMOSFET（金屬材料硝化(hua)作用膜(mo)半導體電界効(xiao)果トランジスタ）を採用する考えだ。25年(nian)ごろには、現(xian)在主流(liu)產品のSiのIGBT（絶縁ゲート型(xing)バイポーラトランジスタ）を搭載したインバーターに比べて、高効(xiao)率化(hua)と低コスト化(hua)を両立できると見込(込)む。

　SiC　MOSFETは高電圧になるほど、Si　IGBTに比べてスイッチング損失などを抑えられる。「800VインバーターではSiCに優位性がある」（ヴィテスコ?テクノロジーズ?ジャパンのエレクトロニックコントロールズ事業部エンジニアリング?マネジャーの斎藤崇氏）と考える。

　ZFは開発中の800Vインバーターとモーターを組(zu)み合わせた「イーアクスル」の効率がSiC　MOSFETの採用により、400VのSi　IGBT搭(da)載車(che)に比(bi)べて3～9%向下すると見込む。車(che)両預備會議では400VのSi　IGBT搭(da)載車(che)に比(bi)べてWLTCモードの電(dian)費(fei)が5～8%向下できると試算(suan)する。

　コストが高いというSiC　MOSFET搭(da)載(zai)機(ji)(ji)の更大の課題は、徐々に解消(xiao)に向かう方法だ。例えばボッシュはSiC　MOSFETを搭(da)載(zai)した800Vインバーター預備會議(yi)のコストが、25年ごろにSi　IGBT搭(da)載(zai)機(ji)(ji)の水準まで下がると予測する。

　量産(chan)規(gui)模(mo)が増えるなどして、低コスト化が進むからだ。加えてSiC　MOSFETの採用でスイッチング周波數を高め、周辺零(ling)配(pei)件を小規(gui)模(mo)化できることなども寄與する。

　なお400Vインバーターでは、SiC　MOSFET搭載機(ji)とSi　IGBT搭載機(ji)のコスト差が一致になるのは25年ごろから「もう少し先」（ボッシュのパワートレインソリューション事業部ゼネラル?マネージャーの清田茂之氏）になるとみる。

　メガメガサプライヤー3社(she)が「800V＋SiC」に力を注ぐのは「Si　IGBTを搭(da)載した400Vインバーターとモーターの低(di)価格(ge)化競爭(zheng)が極めて激しい」（メガサプライヤー技術者(zhe)）ことも歷(li)史背景にある。とりわけ意識(shi)するのが、我們零(ling)部件メーカーや當(dang)地(di)電(dian)産などだ。メガ3社(she)は「800V＋SiC」に移行して付(fu)加価値を高めることで、低(di)価格(ge)化競爭(zheng)とは一線(xian)を畫したい。

■「800V＋SiC」のコスト上昇幅は？

　800V化がどこまで広がるのかは、メガサプライヤーの間で見方が分かれる。例えば30年ごろまでは高級車(che)にとどまると見通すのがボッシュである。

　ボッシュは800V対応車(che)の比重(zhong)が25年にEV列席の8%、25年に18%になると予測した。2割弱という比重(zhong)は、高級(ji)車(che)や大型的車(che)などを席巻するものの、大衆車(che)に広(guang)がるまでには至らない水準である。

　ボッシュが400Vと800Vの分(fen)岐點として重視するのが、モーター推(tui)(tui)進力(li)である。是最高的推(tui)(tui)進力(li)が200kW（キロワット）を超える車(che)両であれば、800V化による零配件長安智能化の恩恵が大(da)きいと考える。

　「電圧400Vで一定出力300kWのインバーターを試作(zuo)したことがあるが、かなり大きくなった」（ボッシュの清田氏(shi)）と明かす。200kWを超える車両は、高級車や新型車、スポーツカーなどに限られる。

　これに対して200kW下例の大(da)衆車は敷(fu)衍は400Vで非常的とみる。大(da)衆車は電池功率も50kWh系數であり、充(chong)電時間短(duan)縮(suo)に対する可(ke)以も比較的小さい。

　每方(fang)、ZFは高級車にとどまらず「大衆車まで採用が広がる」（ゼット?エフ?ジャパンのカー?パワートレイン?テクノロジー課長(chang)の宮関哲也氏(shi)）と見通す。26年には800V対応(ying)車がEV全體師生の30%超に達すると予(yu)測した。

　ZFが重視するのが、インバーターやモーターの効率(lv)向(xiang)左に伴い、電池コストを削減できることだ。電池電容量が40kWh往(wang)上あれば、800V対応(ying)車(che)のコストは400V対応(ying)車(che)に比べて安くなると分(fen)享する。今(jin)や大衆車(che)でも40kWh往(wang)上を搭載するのは通(tong)常だ。

　例えば40kWhの電池(chi)(chi)を搭(da)載したEVの電費が「800V＋SiC」化で5%緩解したとすると、航(hang)続距離が同じでよければ電池(chi)(chi)搭(da)載量を5%減らせる。電池(chi)(chi)コストとして1kWh當たり90ドル（約十萬円(yuan)）と安めに仮定(ding)したとしても、180ドル（約2萬円(yuan)）分のコスト削減効果(guo)がある。

　これなら「800V＋SiC」の採用に伴(ban)うコスト増(zeng)分を相殺(sha)できる會性(xing)がある。日(ri)経クロステックの調べによると、SiC搭載(zai)800VインバーターのコストはSi搭載(zai)400Vインバーターに比(bi)べて、扭矩是什么(me)にもよるが150～250ドル（約(yue)兩萬7000～約(yue)2萬8000円）高くなる。

（日経クロステック202一年7月5日付、池(chi)水直茂(mao)）