48V Technology for Mild Hybrid Construction and Mining Machineries

建設・鉱山業界では、さまざまな種類の重機が使用されています。このブログでは、ダンプカー、ショベルカー、ブルドーザーなどの土木車両に焦点を当てます。これらの車両は、2025 年までに世界で110 万台が販売されると推定されています。2020/21 年には、世界各地でロックダウンや外出禁止令などの規制が実施され、建設・鉱山業界はほぼ停止状態に陥り、この市場セグメントに大きな経済的影響を与えました。しかし、このような状況下でも、以下のようなトレンドを背景に、再び勢いを取り戻すことが期待されています。

• 中国およびインドにおける州・連邦政府の建設プロジェクトの増加
• 北米および欧州における機器レンタル需要の増加と都市化の進展
• ロシアではインフラ整備や産業プロジェクトが増加
• 日本での保守・改修活動
• BRIC 諸国における建設産業の急速な発展
• ラテンアメリカにおける建設産業の回復

 建設車両市場では、以下の3つのメガトレンドが観測されています。

1. 動化：厳しい排気ガス規制が追い風
2. 運転者の快適性：政府の安全規制や生産性向上の要求による推進
3. 自動化／遠隔操作：生産性、効率性、安全性の要求による

図1. 建設車両市場のメガトレンド

なぜハイブリッド電動化なのか？

大型車両は、都市部で建設や土木作業に使用されています。通常、作業を行う場所は、低排出ガスまたはゼロ排出ガスの地域内です。厳しい排気ガス規制や騒音規制への対応と、燃料消費量削減の必要性から、建設車両メーカーやティア1 サプライヤは電動化を採用しています。しかし、これらの大型車両はエネルギーを大量に消費するため、バッテリーコストに多額の投資が必要となり、現時点では完全な電動化アプローチは経済的に実現できません。そのため、各メーカーは、差し迫った排気ガス規制や騒音規制に対応するために、マイルドなハイブリッド化のアプローチを採用しています。

このセグメントにとっての電動化とは？

1. 燃料費を最大で10〜12％節約可能
2. CO2排出量を最大で12％削減
3. 最大17％の燃料効率化
4. 騒音公害の減少
5. オペレーターの安全性と快適性の向上

図2に示すように、典型的なハイブリッド建設機械では、油圧装置や補助電気負荷などの高電力機能は、ハイブリッド自動車と同様に、強力な48V発電機で充電された48Vバッテリーによって効率的に駆動されます。この方法により、負荷の減少時にエネルギーを回収することができ、内燃機関の動力をより効率的に利用することができます。

図2. 建設・建築機械における12V/48V ハイブリッドアーキテクチャ

図2 のブロック図は、典型的な三相モータドライブのアーキテクチャを示しており、コンポーネントの選択は、効率と電力密度の要件によって行われます。48V のアプリケーションでは、パワーステージは80V/100V のMOSFET デバイスをベースに、モータに必要な電流を供給するように適切に設計されています。オン・セミコンダクターは、NVMTS1D2N08H （80V、337A、1.1mΩ、TOLLパッケージ）のような、極めて低いR_DS(ON)、優れたスイッチング動作、およびコンパクトなパワーパッケージを備えた最先端のMOSFET ソリューションの幅広いポートフォリオを提供しています。

 オン・セミコンダクターは、ディスクリート実装の代わりに、柔軟で高性能なトランスファーモールドパッケージ技術で、APM モジュールプラットフォームを提供しています。特にAPM19 は、クラス最高の80V/100V MOSFET 技術を使用した、完全な3 相ドライブステージを40 x 25 mm のパッケージに統合しています。これは、48V 領域の最も重要なパワーアプリケーションで要求される、優れた熱的・電気的性能を達成するための完璧なソリューションです。トランスファーモールド型のAPM19 モジュールプラットフォームを採用したパワーモジュールは、AQG 324 認証済みです。

以下に、自動車メーカーやティア1 サプライヤが多額の投資をすることなく、48Vソリューションで対応可能なアプリケーションを示します。

• 補助システムや油圧システム用の48V 発電および電力ストレージ（例：電動ファン、電動ターボモード、電動作業油圧、電動ACコンプレッサ、電動スイングドライブ（ショベル）、48-12 DC-DC 変換など
• ウォーターポンプ
• 電動パワーステアリングシステム
• パワートレインのマイルド化、ハイブリッド化

建設車両のあらゆるレベルの電動化に対応するために、電流センスアンプやゲートドライバ製品ファミリなどの、さまざまな補助機能を提供しています。このような機械のミッションプロファイルには、拡張性やコンパクトな構造設計を犠牲にすることなく、高い信頼性、堅牢性、長寿命が求められます。オン・セミコンダクターが提供する、革新的で車載グレード認証済みのソリューションは、この市場セグメントの課題に対応できます。

オン・セミコンダクターの48V 技術の詳細を以下でご参照ください。

• Web ページ：48V パワーアーキテクチャ
• ビデオ：半導体ソリューションで実現する自動車用48V システムの詳細
• ビデオ：48V マイルドハイブリッド・メインインバータの紹介
• ブログ：農業用車両の電動化

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