電気自動車や自律走行機能の進化に伴い、自動車業界では、自動車の作り方のパラダイムシフトともいうべき技術革新が急速に進んでいます。

第三者調査会社Dimensional Research社が自動車製造の意思決定者230人を対象に行った最近のモレックスの調査結果では、回答者の91％が、2030年までに新しく購入される車はすべて完全な電気自動車かハイブリッド車になると考えていることが明らかになりました。さらに94%が、同じ期間内に新車がすべてある程度の自律走行機能を持つようになると考えていると回答しています。

つまり10年ほどで、ほぼすべての自動車やトラックは、技術的に以前のものと比べて違ったものになっていくわけですが、設計上、最も大きな課題となるのが直流電力と高速データの2つの分野なのです。では、電気自動車や自律走行車の設計者が、その複雑さを考慮した上で、適切な機能、性能、競争力を確保するために考慮すべき重要な点は何でしょうか？

設計思想その1：高電圧パワートレイン

様々な形態の電気自動車が、機械式や油圧式システムに取って代わるにつれ、一般的なDC12Vシステムでは供給できないDC電力への需要が高まっています。内燃機関車やマイルドハイブリッド車でも、基本的な電気系統の電圧は4倍の48V DCに増加し、全電気自動車の電力要件は400V DCからとなっています。  高電圧化により、電線の細径化、コストと重量の削減、充電時間の短縮など、より高い効率を実現することができます。

電気自動車の高電圧環境下で適切な安全性を確保するために、相互接続にはより高度な絶縁が必要です。さらに、パワートレインの過酷な動作環境では、さまざまな熱、湿気、振動の条件に耐える強力な接続が必要です。また、車両の故障やそれに伴う修理費用を防ぐためには、動作信頼性も重要です。

 設計思想その2：パワーの抑制

バッテリーマネジメントシステム（BMS）は、バッテリーセルの健康状態や充電状態を監視し、電気自動車のバッテリーの安全性と信頼性を確保するために重要な役割を担っています。BMSは、電流出力や温度などを監視するために、バッテリー全体に配置されたセンサーに依存しています。そのため、この関係を崩すようなことが起こらないようにするために、相互接続は重要な役割を担っています。

パワーコネクティビティのソリューション

Tier1サプライヤーは、ハイブリッド車や電気自動車の市場要求に応えるため、増え続けるBMSやパワートレイン・モーター制御モジュールを自動車メーカーに提供するという困難な機会に直面しています。これに対し、モレックスは、自動車業界の専門知識と民生機器の経験を活用し、最新のEVテクノロジーに必要な設計機能を備え、かつ過酷な条件下でも確実に動作する堅牢性を備えたマイクロインターコネクトソリューションを開発しました。

モレックスは、BMSアプリケーションで使用するFPC-to-boardコネクターを開発しました。このコネクターは低背で、嵌合時のコンタクトの損傷のリスクを回避する設計になっています。さらに、デュアルビームコンタクト(2点接点)は、高レベルの振動や熱衝撃の下でも接続の信頼性を実現します。これらの高性能マイクロインターコネクト製品は、バッテリーマネジメントに信頼性の高い堅牢な電力を供給することができると、お客様に確信していただくことができます。

高電圧パワートレイン向けにも、100mA未満の絶縁耐力（500V未満の電圧印加時）および100メガオーム以上の絶縁抵抗（1,000V AC/1,600V DC未満）を備えたコンパクトな1.00mmピッチ高出力基板対基板コネクターを開発しています。これらのコネクターは、±1.75mmの深いワイプ長の接点および防塵端子カバーを備えており、短絡のリスクを軽減し、自動車および民生機器で要求される信頼性と安全性を実現しています。

設計思想その3：データ要件への対応

自動車はこれまで、CAN（Controller Area Network）やLIN（Local Interconnect Network）といった高速データ通信技術に依存してきました。しかし、これらのプロトコルのデータレートの制限により、電子制御ユニット（ECU）、カメラ、レーダー、ライダーなど、今日の車内でデータを生成するデバイスが生み出すデータ量に対応することができません。そのため、イーサネットベースの接続とゾーンアーキテクチャを広く採用することで、車両全体でより効率的なデータ伝送が可能になり、ケーブルの重量とコストを削減することができます。ゾーンアーキテクチャでは、ECUはドメインコントローラーユニット（DCU）に置き換えられることになり、その普及が予想されます。

 設計思想その4：高性能なカメラ

自動車の自律走行の向上に伴い、車内外のADASカメラの数は増加し、すでに10～12個搭載している車種もあります。また、これらのカメラは、潜在的な危険性をドライバーの安全システムに迅速に知らせるために、高速データ転送と低遅延が要求されます。さらに、現在一般的に導入されている130万画素のカメラと比較して、800万画素の解像度が必要です。

カメラモジュールの小型化に伴い、シングルPCB配列が必要となり、部品の高密度実装による電磁波干渉（EMI）がさらに発生します。さらに、カメラとケーブルは、高い衝撃、振動、極端な温度などの過酷な条件下でも確実に動作することが要求されます。

高速データソリューション

これらの高速データレートの要件に対応するため、モレックスのカメラケーブルアセンブリーは、3～6 GHzの帯域幅を持ち、110 Nに耐える保持力など、堅牢な接続を実現する機能を備えています。また、（重いアルミニウムではなく）統合プラスチックバックシェルにより、EMIによるシグナルインテグリティ性能への影響も防止します。ボードレベルでは、PCIe Gen 4用モレックスコネクターは最大200接点を持ち、最大20 Gbpsのデータレートをサポートしています。

設計の早い段階で、これら4つの重要な検討事項を認識し解決することは、性能と機能を最適化しEVおよびADAS/ADアプリケーションの推進と、期待される潜在能力を達成するのに役立つことでしょう。

モレックスの自動車用マイクロインターコネクトソリューションについては、下記にアクセスしてTECH BRIF(英語)をダウンロードいただけます。

“Micro-Interconnect Solutions Addressing Electric Vehicle Demands”

“Micro-Interconnect Solutions for Increasing Vehicle Autonomy”.