積層セラミックチップコンデンサ

テックノート

ソリューションガイド

電解コンデンサからMLCCへの置き換えガイド

Vol.3 EVのプラグイン充電システムへの応用 概要

MLCC(積層セラミックチップコンデンサ)の大容量化や高耐圧化などにより、従来、主にフィルムコンデンサが使われていた分野においても、MLCCへの置き換えが可能になっています。とりわけ温度特性にすぐれる温度補償用(種類1)C0G特性のMLCCは、高精度・高信頼性が求められる用途において、大幅な省スペースとともに、さまざまな置き換えメリットをもたらします。
C0G特性は、-55~+125°Cの温度範囲において、温度係数は0ppm/°C、許容差は±30ppm/°Cというきわめて厳格な規格です。TDKのC0G特性・高耐圧MLCCは、C0G特性で1000Vの耐電圧を業界最高クラスの広い静電容量範囲(1nF~33nF)で実現した製品です。ソリューションガイド「フィルムコンデンサからMLCCへの置き換えガイド Vol.2」では、EVのワイヤレス給電システムについて解説しましたが、当面、EVの普及の牽引役になるのは、家庭用AC電源からEV(BEV/PHV)の駆動用バッテリを充電するプラグイン方式であることはまちがいありません。
そこで、プラグイン充電システムの車載充電器(OBC:オンボードチャージャー)におけるフィルムコンデンサからMLCCへの置き換えと、そのメリットなどを中心に解説いたします。

プラグイン充電には車載充電器が必要

HEVとEV(BEV)の違いを図1にまとめてみました。

図1 HEVとEV(BEV)の比較

図1 HEVとEV(BEV)の比較

最も大きな違いはHEVが燃料式エンジンと電気モータを併用して走行するのに対して、EVは電気モータのみで走行するところです。したがって、EVは外部電源から駆動用バッテリを充電するシステムが不可欠です。
バッテリは容量が大きいほど航続距離は延長します。このため、EVのバッテリサイズは大きくなる傾向があります。また、充電時間を短縮するため、バッテリ電圧は高まる傾向にあります。

《EV(BEV)の特徴》

  • バッテリサイズはHEVよりも大きく、航続距離延長のために、さらに大きくなる傾向があります。
  • バッテリ電圧はHEVでは約150~300Vであるのに対して、EVでは約400~600V超の高電圧です。
  • 商用交流からの充電用に、車載充電器が必要です。
  • 数kWの大電力を処理するBMS(バッテリマネジメントシステム)も必要です。
車載充電器の基本構成と役割

EVのプラグイン充電システムには、急速充電と普通充電の2種類があります。高速道路のSA/PAや大型商業施設などに設置されている充電スタンドは急速充電です。高圧受電設備から送られる三相交流を利用しているので、充電時間が短いのがメリットですが、専用の充電インフラが必要になり、コストがかかります。
普通充電は商用交流を利用する方式で、家庭の屋外コンセントなどを利用してEVをケーブルでつないで充電します。急速充電とくらべて時間はかかるものの、充電スタンドに行く手間もなく、いつでも家庭で安く充電できるというメリットがあります。ただし、プラグイン充電においては、交流のままではバッテリを充電できないため、車載充電器によって直流に変換する必要があります。車載充電器の基本構成を図2に示します。

図2 車載充電器(OBC:オンボードチャージャー)の基本構成

図2 車載充電器(OBC:オンボードチャージャー)の基本構成

車載充電器において、商用交流はまずACブロックで整流・平滑されてから、PFC(力率改善・高調波抑制回路)ブロックを経て、DC-DCコンバータに送られます。DC-DCコンバータは入力電圧を適切な出力電圧に変換して、駆動用バッテリを充電する役割を担います。
一般的な電子機器に搭載されているDC-DCコンバータとくらべて、車載充電器のDC-DCコンバータは高電圧で使用され、また航続距離を延長するためにも高い変換効率が求められます。このため、LLC共振型DC-DCコンバータ(以下、LLCコンバータ)を採用するメーカーが増えています。

MLCCへの置き換え事例 LLCコンバータの共振コンデンサ
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