イノベーションの推進: 現代の車載アプリケーションにおける電流センサICの重要な役割
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先進運転支援システム (ADAS) と電動化は、自動車分野に劇的な革命をもたらしています。これらの向上の中核となるのは、電流センサが重要な役割を果たす、正確で信頼性の高い電子部品です。本稿では、車載システムにおける電流センサのアプリケーション、電流センサを選択する際に考慮すべき要素、および製品品質の要件について説明します。
車載システムにおける電流センサのアプリケーションの詳細
数多くの自動車システムは電流センサICに依存しており、それぞれに特定のニーズと機能があります。
- バッテリーマネジメントシステム (BMS): BMSの目と耳は電流センサであり、バッテリーに出入りする電流を監視します。バッテリーの充電状態と全体的な健全性に関するリアルタイム情報を提供するため、BMSは充電と放電のサイクルを最適化し、過充電や過放電を避けて、バッテリーの寿命を保証できます。バッテリーの性能は車両の走行距離と寿命に直接影響するため、これは電気自動車にとって特に重要です。
- 電動パワーステアリング (EPS): EPSシステムの電流センサは、ドライバーを支援するモータに流れる電流を追跡します。EPS制御ユニットは、ステアリング入力と車速に基づいて、センサの読み取り値を利用して支援のレベルを変更できます。その結果、ステアリングの応答性が向上し、スムーズになり、さまざまな運転状況に適応できるようになります。
図1は、代表的なEPS実装のハイレベルブロック図を示し、その基本部品にハイライトを当てています。
図1: 代表的なEPSシステム
ハイサイド過電流保護 (OCP)、ローサイドOCP、ローサイド位相電流、およびインライン位相電流は、EPSシステムにおける電流検知の4つの選択肢です (図2参照)。システム設計者が4つの電流測定方法のどれを選択するかは、システムの要件によって異なります。車の安全性を確保するには、ステアリングコラムに伝達されるトルクを正確に追跡し、それを車の反応に変換することが重要です。このトルク検出の精度は、正確な電流測定によって保証されます。
図2: 3相モータ実装における4つの潜在的な電流測定オプションを示す回路図
- 電気自動車 (EV) およびハイブリッド電気自動車 (HEV) のインバータ: EVとHEVの中心となるインバータは、バッテリーからの直流電力を電動モータ用の交流電力に変換します。インバータシステムの電流センサは、モータ駆動回路を流れる電流を監視し、モータの速度とトルクの調整に役立つフィードバックを提供します。この精密な制御により、加速がスムーズになり、エネルギー利用率が向上し、車両の効率と性能が向上します。
- スタート・ストップシステム: 電流センサは、スタート・ストップ技術を搭載した車両の始動モータ電流を追跡するために使用されます。このデータは、始動モータの動作を制御するスタート・ストップ制御ユニットを支援し、スムーズで信頼性の高いスタート・ストップ動作を実現します。特に頻繁に停止する市街地走行では、この技術により燃費が向上し、汚染物質を低減します。
図3は、車両のスタート・ストップシステムとその部品を示しています。
図3: 車両のスタート・ストップシステム
- DC/DCコンバータ: 車両はDC/DCコンバータを使用して、バッテリーの電圧をさまざまな電子システムに必要な電圧に変更します。これらのコンバータの電流センサは、電流を監視して、効果的な電力変換を保証し、過電流状況による損害からコンバータを保護します。これにより、電気システムの最適なパフォーマンスが維持され、バッテリーの寿命が延びます。
- 回生ブレーキシステム: EVおよびHEVの回生ブレーキシステムは、ブレーキ時に発生する運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、バッテリーに蓄えます。電流センサは、この手順中に生成される電流を追跡し、エネルギー回収を最大化し、車両全体の効率を向上させるのに役立つ入力を提供します。
図4は電気自動車の回生ブレーキシステムの各部を示しています。
図4: 電気自動車の回生ブレーキシステム
- オンボードチャージャ (OBC): EVおよびプラグインHEVのOBCは、充電ステーションからのAC電力をDC電力に変換し、バッテリーを充電できるようにします。OBCの電流センサは充電電流を監視し、充電プロセスを管理し、バッテリーを過充電から保護し、バッテリーの寿命を延ばすために使用できる情報を提供します。
電流センサICは、これらの各アプリケーションにおいて車両の有効性、機能性、安全性を向上させます。また、これは自動運転技術や電動自動車など最先端の自動車技術の開発にも欠かせません。
適切な電流センサICの選択
車載アプリケーション向けに電流センサICを選択する場合、次の特性を備えている必要があります。
- 精度: あらゆる動作状況において、センサは正確な測定値を提供する必要があります。
- 帯域幅: センサの帯域幅はアプリケーションに適したものである必要があります。たとえば、モータ制御用のアプリケーションでは、バッテリーモニタリング用のアプリケーションよりも多くの帯域幅が必要になります。
- 温度幅: センサは、車載環境で予想される温度幅全体にわたって信頼できる必要があります。
- パッケージサイズ: センサはアプリケーションの物理的な制限内に収まる必要があります。
- 絶縁: アプリケーションによっては、測定電流とセンサ出力間のガルバニック絶縁がセンサによって必要になる場合があります。
- 消費電力: 特にバッテリーを使用するアプリケーションでは、消費電力が低いことが望まれます。
車載品質仕様の遵守
車載アプリケーション用のICを選択する際には、車載用品質要件を考慮する必要があります。
- ISO 26262 - 道路車両の機能安全: この規格は、量産車の電気および電子システムの機能性を保証します。
- 車載電子部品評議会 (AEC) Q100およびQ200: 車載アプリケーションで使用される集積回路および電子部品は、これらの認証要件を満たす必要があります。
- IEC 61508 - 電気 / 電子 / プログラム可能な電子安全関連システムの機能安全性: 電気、電子、またはプログラム可能な電子部品を使用する安全関連システムはすべて、この規格に準拠する必要があります。
- ISO 7637 - 道路車両の伝導および結合による電気的障害: これは電気的な障害が発生した場合でも部品が正しく動作することを保証します。
- ISO 11452 - 狭帯域放射電磁エネルギーによる電気的妨害に対する道路車両部品の試験方法: この規格は、推進技術に関係なく、乗用車および商用車の部品の試験手順を規定しています。
- ISO 16750 - 道路車両の環境条件および電気電子機器の試験: この規格では、道路車両上の特定の取り付け位置、および考えられる環境ストレス要因に関する試験と推奨を概説しています。
さまざまな車載アプリケーションにおける最新のセンサICのパフォーマンス、安全性、信頼性はすべて、これらの基準を遵守することで保証されます。
結論
全体として、自動車の効率、性能、安全性はすべて、自動車市場にとって非常に重要な電流センサICの影響を受けます。電流センサICを選択する際には、アプリケーション固有の要件、センサの機能、関連する車載用品質基準を考慮することが重要です。メーカーは、これを実行することで、自社の自動車が最高の品質と安全性の要件を満たしていることを保証できます。
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