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豊田自動織機、新型バッテリEV「bZ4X」に搭載する車載充電器とDC-DCコンバーターの一体ユニットを新開発
2022年4月14日 05:05
- 2022年4月13日 実施
豊田自動織機は4月13日、バッテリEV（電気自動車）向けに車載充電器とDC-DCコンバーターを一体化させた小型・軽量の新ユニットを開発したと発表した。新ユニットは、従来の別体ユニットに比べて小型化と軽量化を実現し、発表されたばかりのトヨタ自動車のバッテリEV「bZ4X」に搭載される。
バッテリの充電と補機類の電源供給をつかさどる「ESU」の基幹ユニット
新開発した一体ユニットは、家庭での充電に用いる普通充電のソケットから入ってきた交流の電気を直流に変換して走行用リチウムイオンバッテリに充電する「車載充電器」と、リチウムイオンバッテリの出力を変換して各ECUや灯火類、カーナビなど補機類に12Vを供給するDC-DCコンバーターを一体化したもの。
充電器部分のスペックは、AC100～240Vの電源を入力し6.6kWの充電出力を得る。DC-DCコンバーター部分では12Vの電源を出力、最大電力は2.1kWとなる。一体ユニットの重量は10.7kgで体格は16.9L。
従来、車載充電器とDC-DCコンバーターは別々のユニットになっていたものを一体化したことで小型化と軽量化を実現した。別体ユニットはトヨタでは「RAV4 PHEV」に搭載しているが、RAV4 PHEVの別体ユニットに比べ、新たに開発した一体ユニットでは23％の小型化と17％の軽量化を実現した。さらにコスト面では30％ほど低減させた。
小型化と軽量化を実現した理由は、車載充電器部分では従来3.3kWの回路を2重に備えて普通充電で高速な6.6kWの充電を実現していたが、新型では6.6kWの回路1つの構成にした。そうするとサージと発熱の問題があるが、新たに高い電圧に耐えるSiC（シリコン・カーバイド）ダイオードを採用し、発熱の問題はユニット内に冷却水の水路を配置し、部品を立体的に配置することで効果的に冷却し、小型化を実現した。
内部基板では、従来は単体の電子部品で構成していたものを、内製の制御ICとパワーモジュールに機能を取り組み、基板の小型化を行なった。トータルで1000点を超える充電器の部品のうち、110点の削減を行なった。
開発したユニットはデンソーに納入し、デンソーで他のユニットと組み合わせて「ESU（Electricity Supply Unit）」としてトヨタに納入される。
一体化は業界の流れ、高い電圧の走行用バッテリにも対応
4月13日の発表では、オンラインで説明会を開催、豊田自動織機から担当者が新開発した一体ユニットの説明を行なった。
まず、豊田自動織機の位置付けとして、車載のDC-DCコンバーターでは月間11.4万台（2020年度）、累計では1511万台を出荷、世界シェア29％を獲得し、世界ナンバーワンであること、そして、車載充電器は月産0.8万台、累計で40万台を生産、トヨタ向けのシェアは100％。トヨタのほか、日産自動車の「リーフ」にも車載充電器を供給している。
トヨタでは車載充電器としては初代の「プリウス PHV」から搭載、「RAV4 PHV」やレクサス「UX300e」の充電器に世代を進め、DC-DCコンバーターは初代プリウスから代を重ねながら進化、最新のDC-DCコンバーターは新型「ノア」「ヴォクシー」のハイブリットモデルにも搭載している。
これまで、車載充電器とDC-DCコンバーターは別体で提供してきたが、BEVの世界では、車載充電器とDC-DCコンバーターは一体化する流れがあり、今回もそれに沿ったものとなる。
また、内部の回路は、走行用バッテリの高電圧化に備え、DC-DCコンバーターの入力電圧の範囲は、従来の2倍の電圧に対応するようにした。さらに、部品点数削減に貢献した内製の充電制御ICについては、BEVだけでなくPHEVやHEVにも利用できる汎用的なものになり、今後も電動車において汎用的に使い続けられるとした。
小型化や軽量化は車載時の搭載性を高め、車内空間の確保や、bZシリーズに初採用された専用プラットフォームの低重心化に貢献しているとした。
一体ユニットは豊田自動織機の安城工場で生産され、月産で6000台程度を生産可能。今後、他の車種への搭載を進めていきたいとの希望も語られた。