2 アーキテクチャとトレンド

トラクション・インバータのアーキテクチャは、車両の種類によって異なります。プラグイン・ハイブリッド電気自動車 (PHEV) とバッテリ式電気自動車 (BEV) は、3 相電圧源インバータ・トポロジを採用しており、電力レベルの範囲は100～500kW です。バッテリ・パックは、インバータの DC 入力に直接接続することも、DC/DC 昇圧コンバータを使用してバッテリ電圧を昇圧し、DC 電圧を制御してインバータに電力を供給することもできます。

2 レベル・インバータは、電動自動車や業界で最も一般的に使用されているパワー・コンバータであり、数十キロワット～数百キロワットの電力範囲に対応しています。通常、スイッチング周波数は 5kHz～30kHz の範囲ですが 3 レベルのインバータが一般的になりつつあります。インバータはより高い電力供給能力 (300kWを超える)、より高効率でより低い高調波歪みを実現し、より小さい電磁干渉 (EMI) フィルタを使用できるからです。多くのトポロジの中で、ニュートラル・ポイント・クランプと T タイプのニュートラル・ポイント・クランプ (TNPC) が最も競争力の高い設計です。図 2-1 に、3 レベルの TNPC インバータの例を示します。

2 つ目のトレンドは、デュアル・モータ・アーキテクチャです。2012 年の初めに、Tesla は 85kWh のバッテリ・パックを使用して最大 426 kmの走行を実現した、後輪駆動のフルサイズ・高級セダン、モデル S を発表しました。2014 年、Tesla は、フロント軸とリア軸の両方に電動モータを搭載したモデル S の全輪駆動バージョンを発表しました。それ以来、デュアル・インバータは、Chevy Volt PHEV、Toyota Prius HEV、Cadillac CT6 PHEV などのさまざまな OEM で実装されています。

システム統合を改善する 3 番目のトレンドは、パワー・エレクトロニクス、電気モータ、トランスミッションをコンパクトなシステム・ハウジングに組み合わせた e アクスルの実装です。この設計では 20kRPM のようなより高いトルクと最高速度を達成できるため、e アクスルを使用するとモータの性能が向上します。冷却能力とコイル巻線構造の改善により、電力密度とモータ効率が向上します。

トラクション・インバータの他のトレンドの特長：

• 電力レベルと ASIL の向上 (100kW～500kW、ASIL C から
  ASIL D へ)
• 800V テクノロジーへの移行と、スイッチング過渡電圧の増加
• ゲート・ドライブの強度を簡単に調整でき、オーバーシュートの低減、効率の最適化、EMI の低減を実現
• リゾルバの代わりに誘導型位置センシング・テクノロジーを採用することでコストを削減
• ゲート・ドライバ IC にアクティブ放電機能を統合することで、コスト削減と省スペースを実現