48 Vの低圧システム

01、低圧システムの発展

1918年、最初の大量生産車は6Vを採用しました。1950年代になると、アメリカの大排気量エンジンでは6Vシステムでは電力需要を賄うことができなくなり、自動車メーカーは6Vバッテリー2個を直列につないで12V低電圧システムを構築し始めました。

1960年代末までには、ほとんどの自動車が12Vシステムを採用し、パワーウインドウ、室内照明、シガーライター、ブレーキランプ、点火スパーク、バッテリーなどの電気系統やコンポーネントが、12Vの標準を中心に統一されました。この状況はここ60年であまり変わっていません。

従来の12Vシステムでは、自動車のエアコン、運転支援システム、インフォテインメントシステムなどの制御ユニットの各コンポーネントに、電気を供給するための別個の電線が必要でした。自働車はますます多くの電気コンポーネントを統合し、車両配線はますます復雑で非効率になり、ますます電化とインテリジェント化の発展に適応していない。

また、運転検知システムやコンピューティングシステムの自動支援、運転実行ユニットの自動支援、ワイヤー制御ステアリングやワイヤー制御動、4G/5G情報の高速伝送など、強力な自動運転機能を備えたスマート電気自動車では、より高い電力供給が求められるようになります。

2011年、アウディ、bmw、ダイムラー、ポルシェ、フォルクスワーゲンは、48Vシステムを発表しました。

ドイツの車メーカーを主とする48Vシステムの推進者は、一方でDC/DCコンバータを通じて、48Vシステムを既存の12Vシステムに統合します。働力電池からの高電圧を12Vと48Vの2種類の電圧に変換して、それぞれの素子を駆働するDC/DC変換装置も登場しています。これらは12Vシステムの改善ですが、より高い電圧の電気システムを採用し、12Vアーキテクチャで直面する大きな課題を緩和することは、自働車メーカーの努力の方向です。車両全体に48Vシステムを採用したテスラ初の電気自動車はCybertruckです。

02、48 Vシステムのメリットは何ですか

車載用電気機器の出力が大きくなると、電圧を上げなければ電流を大きくするしかありませんが、電流が大きくなると回路の発熱量が急増し、ケーブルの断面が太くなり、車体重量と消費電力が大きくなり、航続距離が減少します。電圧を48V以上に上げることで、車両用電化製品に必要な高出力を確保しつつ、回路上のエネルギーロスや発熱を抑えることができ、12Vシステムに比べて圧倒的に優れています。

まず、48Vシステムはより高い電力負荷を提供し、自動車がより多くの電力を消費することを可能にします。同じ電流の条件の下で、48Vシステムは12Vシステムより高い電力を出力することができます;同じ出力の場合、48Vシステムはより低電流を実現し、電力損失を低減することができます。

テスラはCyberTruckで12Vバッテリーを廃止し、48Vバッテリーのみにして動作電圧を上げて電流を抑えました。さらにテスラは、ECUに変電モジュールを設計し、12Vまたは5Vの電圧を自由に選択できるようにしています。

第二に、伝統的なシステムと比べて、48 Vシステムの仕事の効率はもっと高くて、電力の損失を下げて、耐久性と安全性は更に良いです。CyberTruckの48 Vシステムは、電圧を4倍にし、必要な電流を4分の1に抑えることができるため、エネルギー損失が少なくなり、ワイヤーハーネスから発生する熱も少なくなるため、ワイヤーハーネスの寿命と安全性が高まり、電気部品の高速応答が可能になります。

第三に、より低い電流はより軽いケーブルを意味します。ケーブルのサイズと重量を減らし、コストを節約できます。

電流は銅材料のコストと関連しているので、電流を減らすことは銅材料の大幅な節約を意味します。CyberTruckは48 Vアーキテクチャを採用し、テスラは配線を77%削減し、銅の需要を50%削減しました。全体の重量を減らし効率を上げテスラのコストを年間100億ドル削減できます

第四に、48 Vシステムは自動車の構造をより簡潔にすることができます。tesla CyberTruckはCANバスの代わりに高速データバス(ethernet)を採用しており、レガシーシステムでポイント・ツー・ポイント配線が必要なほとんどのコンポーネントを、菊リンク方式で接続することができます。

48ボルトへの移行は、自動車業界のゲームのルールが変わったことを意味しているといえます。

03 . 48Vアーキテクチャの課題

48 Vシステムには多くの利点がありますが、新たな挑戦もあります。

まず、複雑性とセキュリティの問題が重要な課題です。システムに不具合やセキュリティホールがあると、大変なことになりかねません。

また、従来のメーカーが新しいシステムを採用することへの懸念も制約要因となっています。テスラの48 V低圧システムは、すぐに他の自動車メーカーの製品に採用されることはなく、業界全体が48 Vアーキテクチャの更新を実現するには長い時間がかかる可能性があります。

3つ目は、ベンダーのエコシステムの再編です。システム電圧が48 Vになるということは、より高い電圧で動作する新しいコンポーネントの開発と製造が必要になるということです。これは自動車のサプライチェーンの生態系が再編されることを意味し、自動車メーカーの配線、部品、電気工事の方式が徐々に変わることにつながります。

自動車メーカーが48 Vアーキテクチャへの移行を決定すれば、48 Vシステムに適合した部品を使用してすべての自動車を製造することになります。しかし、サプライヤーに必要なものがなければ、そのような部品を作る意欲はありません。なぜなら、生産量が相対的に小さければ、これらの48 V部品の単位コストは12 V製品を大きく上回る可能性があります。

そのため、サードパーティのサプライヤーに依存していた従来型の自動車メーカーでは、48ボルトシステムの導入がなかなか進まなかったのです。多くの自動車メーカーは、車両ラインナップ全体で48 Vシステムへの移行を余儀なくされます。

tesla CyberTruckは、48 Vシステムの先進性のベンチマークとなるでしょう。ますます多くの自働車メーカーが48ボルトシステムの利点を認識するにつれて、彼らはシステムの転換のために必要な技術とインフラに投資することを余儀なくされ、さもなくば市場シェアと収益力の減少につながる可能性があります。

04 .なぜ48Vアーキテクチャを共有するのですか

テスラが48 Vに移行する際、従来の自動車メーカーにはない明確なメリットが2つあります。

1つ目は、テスラが自動車製造に異例の垂直統合を行っていることです。テスラはほとんどの自動車システムを自社で設計しています。

2つ目は、テスラが移行電気アーキテクチャを決定する際に、従来の自動車デザインの多くをサポートしたり、参照したりすることができませんでした。テスラには独自の「秘密」の部品チームがあり、照明、ウインチ、空気圧縮機など48 Vアーキテクチャに特化した製品を開発しています。一方、テスラの垂直統合、製造能力、会社構成は、48Vシステムへの迅速な移行を可能にするために、内部で独自の高度統合コンポーネントを設計、生産する前代未聞の柔軟性を提供します。

しかし、テスラは48Vを採用した後、車両全体の電気システムを再設計する必要があります。その充電需要をサポートするために、対応する充電施設が必要です。車両の充電、走行と駐車などの各段階での安全性を確保する必要があります;他の車との互換性や相互運用性を確保するための基準や仕様も必要です。

率直に言って、テスラが48Vアーキテクチャを共有したのは、純粋な利他主義からではなく、戦略的なものでした。かつて電気自動車を普及させたときのように、テスラは技術を共有することで皿を大きくし、自動車技術の変革を共同で推進し、その変革の中で先発優位を勝ち取ろうとしています。

テスラは、従来の自動車メーカーにとって48 Vシステムへの移行が非常に難しいことを知っています。フォード3のような強力で十分な資源を持つ企業でも、一夜にして48 V部品のサプライチェーンを構築することはできません。このような変化は非常に多くの非日常的なエンジニアリング作業を生み出します。

テスラが技術文書を送ったのは、「我々がどのようにこれを行っているかをお見せします。これは本当に複雑で難しいことで、コピーするには何年もかかります。私たちの真似をしてもいいですよ」

その48Vアーキテクチャを公開することで、業界の幅広い企業が48V車のシステムに移行できるようになることは、テスラにとっても非常にメリットがあります。

まず、48 Vアーキテクチャを共有することで、テスラは、従来の電気自動車の特許や充電ポートの共有のように、技術を先導すると同時に、標準化の過程で主導的な役割を果たし、利益を得ることができるでしょう。

次に、サプライチェーンのコスト低減を促進します。世界の車両サプライチェーンで48 V車両システムのために設計されたコンポーネントが増えるほど、時間が経てば経つほど、数、競争的な工程、信頼性の向上により、これらのコンポーネントのコストは低くなります。

また、関連技術者の育成を促進します。この業界のエンジニアや他の熟練労働者は、48 Vシステムを中心に彼らの仕事と知識を結集し、発生する冗長な作業量を減らし、エンジニア間の共有知識ベースを拡張して、さらなる革新に貢献します。

業界の人や車両システムを設計するエンジニアにとっては、マイナスの影響はあまりありません。サプライヤーのエコシステムが48 Vへの移行を加速する必要があることは明らかで、その移行のメリットは非常に大きいです。

テスラにとって、ステアリング48Vシステムは、顧客に優れた製品を提供するだけでなく、新たな収入源を創出し、イノベーションとデザインリーダーとしてのブランドイメージを強化します。

tesla CyberTruckは、他の自動車メーカーに48Vアーキテクチャの優位性を見せましたが、テスラが48V設計を共有するという決定が、実際にどれだけ影響を与えるかはわかりませんが、自動車業界全体の48V低電圧システムへの移行を促すことは間違いありません。

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