Automotive Application Corner: On-Board Charging (OBC) for Electric Vehicles

バッテリ電気自動車（BEV）およびプラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）は、車両を動かすために使用される高電圧バッテリシステムを有します。これらのバッテリシステムでは、動作していないときにそのバッテリ自身を充電する手段が必要です。最も一般的なシステムは、300V～400Vのバッテリを使用しますが、一部の自動車メーカーは、車両効率を改善する手段として800Vのバッテリシステムを指定し始めています。バッテリの電圧や種類に関わらず、日常的に充電する方法が必要です。

1つの方法は、ガレージまたは公共サイトに設置できる固定充電器を使用することです。しかし、専用の充電源を持たない遠隔地で車両を充電する必要が生じることがあります。この場合、充電器は、通常のAC主電源と接続を使用できる充電器が車両に搭載されていなければなりません。この要件が、車載充電器（オンボード・チャージャ、OBC）を必要とするそもそもの理由です。

今日のOBCは、常に電力レベル、コスト、重量のバランスをとりながら、多くの異なる設計を採用しています。自動車メーカーは、車両全体の要件に基づいて適切なオンボード・チャージの電力レベルを定義しなければなりません。充電器（チャージャ）にはさまざまな電力レベルがあり、電力レベルが高いほど、充電時間は短くなります。これらのチャージャは、AC主電源からかなりの電力を必要とし、オンボード・チャージャの設計に応じて、単相電源または三相電源のいずれかから電力供給されます。

4つの一般的な電力レベルが進化してきました。これは、世界中の一般的なAC主電源の可用性により決まります。3.3kWと6.6kWのチャージャは、すべての電力レベルのチャージャの基本的な構成要素になっています。11kWと22kWの両方のチャージャは、3つの単相ユニットを組み合わせることによって実現され、各単相ユニットは、3つのフェーズのうちの1つから実行されます。利用可能な最も一般的な電力レベルを表1に示します。

表1　OBCの共通電力レベル

オンボード・チャージャの大部分は、図1に示すように、単相充電器の構築のための標準的なビルディングブロックのセットを使用して設計されています。

図1　OBCブロック図

AC入力源は、フィルタリングされ、整流されて、多相PFC回路に供給されます。PFC回路は、入力正弦波に関して導通時間を制御し、引き込まれる入力電流を入力電圧と整合させる役割を果たすスイッチング回路です。この電圧−電流調整は、AC主電源に高い力率を生じさせ、ほとんどの公益事業会社による規制を通じて必要とされます。このプロセスは、いくつかの段階に分けられ、伝導損失をより広い部品のグループにわたって分散させます。次のブロックは、Hブリッジコンバータを使用してDC電圧を切り出し（チョップし）、変圧器の入力に送ります。このブロックは、一般的に共振LLC回路を用いて設計され、変圧器に印加される電圧の大きさを制御することで、バッテリに印加される電力を調整します。最後に、変圧器の出力は整流され、フィルタ処理されて高電圧バッテリに接続されます。

市場におけるBEVおよびPHEVの急速な増加に伴い、OBCの設計および構築は、今後数年間で一般的な要件となる可能性があります。今日の当社の車両の電動化ソリューションと、当社の設計資産により、いかにより効率的で信頼性の高い設計の達成を支援できるかについて、詳細をご覧ください。