安藤昇 著
アドバンスト マイクロプロダクツ担当ディレクター
電気自動車と自動運転機能の進化により、自動車業界は、自動車の製造方法のパラダイムシフトを示す技術的変化を急速に追求しています。
第三者調査会社であるディメンショナル リサーチ社が、自動車製造の意思決定者230人を対象に実施したモレックスの最新調査の結果、回答者の91%が、2030年までに新たに購入される自動車は、すべて完全な電気自動車かハイブリッド車になると考えていることが明らかになりました。さらに94%が、新車がすべて同じ期間内に、ある程度の自律機能を持つことを想定していると回答しています。
つまり、10年かそこらのうちに、ほとんどすべての自動車とトラックが、以前のものと比べて技術的に認識できなくなるということです。設計の観点から最も大きな課題の2つは、直流電力と高速データの分野です。では、電気自動車や自律走行車の設計者が、その複雑さを考慮した上で、適切な機能性・性能・競争力を確保するために考慮しなければならない重要な点は何でしょうか?
設計上の考慮事項 その1: 高電圧パワートレイン
さまざまな形態の電気自動車が、機械式や油圧式システムに取って代わるにつれ、一般的なDC12Vシステムでは供給できない直流電力に対する需要が高まっています。内燃エンジン車や「マイルドハイブリッド」車でさえ、基本的な電気システムの進化が見られ、電圧は一般的に4倍のDC48Vに上昇し、全電気自動車の電力要件はDC400Vから始まります。
さらに、高電圧化により効率が向上し、より細い直径のワイヤーが必要となり、コストと重量が削減され、充電時間が短縮されます。
電気パワートレインの高電圧環境で適切な安全性を確保するため、相互接続にはより高度な絶縁が必要です。さらに、自動車のパワートレインの過酷な使用環境では、さまざまな熱・湿気・振動の条件に耐える強力な接続が必要です。また、車両の故障やそれに伴う修理費用を防ぐためにも、運用の信頼性は非常に重要です。
設計上の考慮事項 その2: 電力をコントロール下に置く
バッテリーマネジメントシステム（BMS）は、バッテリーセルの健全性と充電状態をモニタリングするため、電気自動車のバッテリーの安全性と信頼性を確保する上で重要な役割を果たします。BMSは、電流出力や温度などをモニタリングするバッテリー全体に配置されたセンサーに依存しています。その結果、相互接続は、この関係を乱すようなことが起こらないようにするために重要な役割を果たします。
パワー用接続ソリューション
ティア1サプライヤーは、ハイブリッド車やEVの市場需要に応えようとしのぎを削る自動車メーカーに、増え続けるBMSやパワートレイン用モーター制御モジュールを提供するという困難な機会に直面しています。そこでモレックスは、自動車業界の専門知識とコンスーマ向けデバイスの経験を活用し、最新のEVテクノロジーに必要な設計機能を備えながら、過酷な条件下でも確実に動作する堅牢性を備えたマイクロ相互接続ソリューションを開発しました。
たとえば、モレックスは、BMSアプリケーションで使用するFPC対基板コネクターを設計しています。このコネクターは、嵌合時に相手シェルが「すくい込まれる」場合でも破損しないように、薄型で接点がわずかにくぼんでいます。さらに、デュアルビームコンタクトは、高レベルの振動や熱衝撃の下でも接続の完全性を実現します。その結果、お客様は、これらの高水準のマイクロインターコネクト製品が、バッテリー管理用の信頼性の高いロバストな電力を提供することを確信できます。
高電圧パワートレイン用に、モレックスは、絶縁抵抗<100mA (when voltages under 500V are applied), plus >100メガオーム（AC 1,000V/DC1,600V未満）絶縁耐圧のコンパクトな1.00mmピッチハイパワー用基板対基板用コネクターを設計しました。さらに、これらのコネクターには、±1.75mmの深いワイプ長と防塵端子カバーがあり、短絡のリスクを軽減し、車載デバイスおよびコンスーマ向けデバイス双方のお客様が、モレックスに期待する信頼性と安全性を提供します。
設計上の考慮事項 その3: データ要件への対応
高速データに目を向けると、自動車は何十年もの間、コントローラー エリアネットワーク（CAN）やローカル インターコネクトネットワーク（LIN）テクノロジーに依存してきました。しかし、これらのプロトコルはデータ・レートの制限により、電子制御ユニット（ECU）、カメラ、レーダー、ライダーなど、今日の自動車内でデータを生成するデバイスが生成するデータ量に対応できません。
そのため、イーサネットベースの接続性とゾーンアーキテクチャーが広く採用されれば、車両全体でより効率的なデータ伝送が可能になり、ケーブルの重量とコストが削減されます。ゾーンアーキテクチャーでは、ECUは、ドメインコントローラーユニット（DCU）に置き換えられ、その普及が予想されます。
設計上の考慮事項 その4: 高性能カメラ
自動車がより高いレベルの自律性を目指すにつれて、車内外のADASカメラの数は増えており、すでに10～12台搭載している車種もあります。これらのカメラはまた、潜在的な危険をドライバーの安全システムに迅速に知らせるために、高速データ転送と低レイテンシーを必要とします。さらに、現在一般的に導入されている130万画素の解像度のカメラと比較して、800万画素の解像度を提供する必要があります。
カメラモジュールが小型化するにつれて、単一のPCB配置が必要となり、部品がより密集するため、電磁干渉（EMI）がさらに発生します。最後に、カメラとケーブルの両方が、高度の衝撃・振動力・極端な温度などの過酷な条件下で確実に動作する必要があります。
高速データソリューション
このような高速データ・レートの要件に対応するため、モレックスのカメラケーブルアセンブリーは、3～6GHzの帯域幅を持ち、110Nに耐える保持力など、堅牢な接続を実現する機能を備えています。また、（重いアルミニウム製ではなく）一体型プラスチック製バックシェルは、EMIがシグナルインテグリティ パフォーマンスに影響を与えるのを防ぎます。ボードレベルでは、PCIe Gen 4用のモレックスコネクターは最大200接点で、最大20Gbpsのデータ・レートをサポートします。車載ネットワーク要件に対応するには十分すぎる帯域幅です。
設計の初期段階でこれら4つの重要な検討事項を認識し、解決することは、EVおよびADAS/ADアプリケーションのパフォーマンスと機能を最適化し、期待される可能性を達成するのに役立ちます。
モレックスの車載用マイクロ相互接続ソリューションについては、当社の技術概要、「電気自動車の需要に対応するマイクロインターコネクト ソリューション」および「自動車の自律性を高めるマイクロインターコネクト ソリューション」をご覧ください。