豊田自動織機は2022年4月13日、電気自動車(EV)に向けた車載充電器とDC-DCコンバーターの一体型ユニットを開発したと発表した。従来品よりも小型・軽量化したのが特長で、トヨタ自動車が同年5月12日に日本で発売する新型EV「bZ4X」に採用された。小型・軽量化によって車両への搭載性が高まり、車内空間を広くできるほか、EV専用プラットフォームの低重心化に寄与できたという(図1)。

新開発の一体型ユニット
図1 新開発の一体型ユニット
(出所:豊田自動織機)
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 豊田織機は今回の開発品を、安城工場(愛知県安城市)で生産する。月間生産台数は6000台を計画する。トヨタのbZ4X以外のEVにも採用を目指す。

 車載充電器は、家庭用普通充電器などの交流電圧を直流電圧に変換し、EV の電池を充電するための機器。DC-DC コンバーターは、EV 電池の電圧(355V)を12V に変換し、補機用電池や制御ECU(電子制御ユニット)、カー・ナビゲーション・システム、ヘッドランプなどに電力を供給する。

 トヨタのbZ4Xには、充電機能と電力変換機能、電力分配機能を持つESU(Electricity Supply Unit)が搭載されている。デンソーが供給する同機器のうち、充電機能と電力変換機能を担う部分が、豊田織機の一体型ユニットになる(図2)。

「bZ4X」のシステム構成
図2 「bZ4X」のシステム構成
(出所:豊田自動織機)
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小型・軽量化のポイントは2つ

 豊田織機によると小型・軽量化できたポイントは、(1)次世代素子の採用と内部水路形成による立体配置、(2)専用の制御ICとパワーモジュールの開発──の2点である。

 第1のポイントを見ると、従来の車載充電器は、出力3.3kWの電力変換回路を2つ搭載していたが、今回の開発品では1つの6.6kWの回路に集約して部品点数を減らした。ただ、回路を1つにすると回路を通る電力が2倍になるため、サージ電圧注1)が大きくなる。構成部品からの発熱が増える課題もある。

注1)サージ電圧とは、電力変換用半導体のオン・オフ時に発生する瞬間的な大電圧のこと。

 そこで開発品では、SiC(炭化ケイ素)ダイオードを採用してサージ電圧を抑えた。充電器のアルミニウム合金製のケース内に水路を造り、水路の両面に部品を配置することで放熱性能を向上させた。

 開発品の第2のポイントを見ると、面実装部品で構成していた制御回路の一部を、内製した制御 IC に集約し、部品点数を減らして基板を小型化した。またパワーモジュール注2)を採用し、充電機能の電力変換回路を小型化した。

注2)パワーモジュールとは、電力変換用の複数のICを放熱基板上に集積した部品。局所的で効果的な冷却が可能になる。

 こうした改良によって開発品は、一体化していない従来の車載充電器とDC-DCコンバーターに比べて、23%の小型化と17%の軽量化を実現した。「コストも30%削減できた」(同社)と明かす。

 実は、豊田織機の従来の一体型ユニットは、日産自動車のEV「リーフ」に採用されている。「リーフの一体型ユニットに比べても、小型・軽量化できている」(同社)とする。