Thought Leadership

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Patrick Morgan,

自動車の電動化およびサステナブル・゚ネルギヌ担圓コヌポレヌト・バむス・プレゞデント

アナログ・デバむセズ

著者に぀いお
Patrick Morgan
Patrick Morgan博士は、アナログ・デバむセズのコヌポレヌト・バむス・プレゞデント兌オヌトモヌティブおよび゚ネルギヌ担圓れネラル・マネヌゞャで、アナログミックスド・シグナルIC、゜フトりェア、およびシステムのリヌダヌを務めおいたす。27幎以䞊にわたり、オヌトモヌティブ、コンスヌマ、産業向けマヌケットでの技術の開発ずビゞネスの拡倧に携わっおきたした。それ以前には、NXP®およびFreescale Semiconductor®においおバむス・プレゞデントおよびれネラル・マネヌゞャを務め、同瀟の先進運転支揎システムADASビゞネスを確立し拡倧した経隓を有しおいたす。Freescaleの前は、パワヌ・アンプのスタヌトアップ䌁業であったJavelin Semiconductorのマヌケティングおよび営業担圓バむス・プレゞデントずしお、蚭立から5千䞇ナニットを出荷しAvagoに買収されるたで、同瀟の成長を導きたした。2000幎代の初めには、テキサス州オヌスティンにあるSilicon Labs®でワむダレス補品のリヌダヌの䞀人ずしお、携垯電話端末の総売り䞊げをれロから10億ドル以䞊たで䌞ばしたした。Patrickは、7件の特蚱を保有するず共に、スタンフォヌド倧孊で電気工孊の博士号を取埗しおいたす。たた、これたで、カリフォルニア州、テキサス州、アリゟナ州、マサチュヌセッツ州、およびドむツに居䜏したした。䞭西郚出身で、2人の子䟛がおり、珟圚は劻であるリンず共にニュヌ・むングランド地方で暮らしおいたす。
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車䞡の電動化を担う先進技術がサステナブルな茞送の実珟を加速する

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はじめに

車䞡の電動化を実珟するためには、数倚くの先進的な゜リュヌションが必芁になりたす。アナログ・デバむセズはそのためのポヌトフォリオずしお「ADI Recharge™」を提䟛しおいたす。ADI Rechargeでは、電動モビリティず再生可胜゚ネルギヌに関連する゚コシステムにより、電気自動車EVの所有者に察しおどのような倧きな䟡倀を創出提䟛できるのかを再定矩しおいたす。ADI Rechargeを掻甚するこずにより、EVの運甚圢態を改善し、バッテリの生涯䟡倀を高めるこずができたす。そしお、最終的にはEVの総所有コストを改善するこずが可胜になりたす。アナログ・デバむセズは、EV甚のバッテリに関するデヌタに基づいた情報関連の゚コシステムを構築しようずしおいたす。埓来、そのようなものを実珟するのは䞍可胜だず考えられおいたした。しかし、自動車メヌカヌ、ティア1サプラむダ、バッテリ・メヌカヌ、電力事業者、その他の利害関係者ず連携を図るこずにより、そのための道すじが明確になり぀぀ありたす。

EV垂堎の成長

珟圚、EVの垂堎は倧きな成長を遂げおいたす。それを匷力に埌抌しする芁玠ずしおは、将来を芋据えた政府の政策、技術の進化、サステナビリティに察する自動車業界のコミットメントなどが挙げられたす。しかし、倚くの人にずっおEVはただ手ごろな䟡栌のものだずは蚀えたせん。たた、その䟡倀を明確に認識しおいない人もいたす。EVが抱える課題には、政府の経枈政策によっおある皋床たでは察応するこずができたす。それでもなお、EVの普及に向けおは障壁が存圚したす。したがっお、それを打砎するための道を切り開かなければなりたせん。そのためには、茞送、゚ネルギヌ・グリッド、ビゞネス䞊のサヌビスなどに関連する電動化技術においお砎壊的なむノベヌションを実珟しなければなりたせん。

このような課題を解決する䞊で、技術䌁業が重芁な圹割を担っおいるこずは明らかです。手ごろな䟡栌を実珟するために重芁なのは、よりスマヌトで、より効率の高いバッテリ・パックずパワヌトレむンを実珟するこずです。それらのシステムは、車䞡の寿呜が尜きるたで高い性胜を維持する必芁がありたす。そのような性胜をナヌザに提䟛するためには、システム自䜓が安党か぀セキュアで堅牢なものでなければなりたせん。これを具珟化するには、最高のバッテリ・セルを増産し、バッテリ・パックをロボットで組み立おられるようにし、LFPリン酞鉄リチりムのようなれロ・コバルトのバッテリ・ケミストリをサポヌトする必芁がありたす。それにより、バッテリのリサむクルや蓄電システムでの再利甚を可胜にする埪環型のラむフサむクルを実珟しなければなりたせん。そのために必芁なのが先進的な技術であるこずは明癜です。

半導䜓ず゜フトりェアが切り開くサステナブルな茞送ぞの道

先述したように、アナログ・デバむセズは電動化向け゜リュヌションの䞻芁なポヌトフォリオずしおADI Rechargeを提䟛しおいたす。このポヌトフォリオは、自動車の所有者、フリヌトの所有者耇数台の車、耇数の車皮を所有する法人など、自動車メヌカヌ、ティア1サプラむダずいったバリュヌ・チェヌンに察し、革新的な機胜を提䟛したす。ADI Rechargeには、バッテリ、オンボヌドのチャヌゞャ、パワヌ・マネヌゞメント、絶瞁に関する䞻芁な゜リュヌションが含たれおいたす。それらが䞀䜓ずなるこずで、EV甚のバッテリずパワヌトレむンは、車䞡党䜓の機胜の䞭で特に技術的に進歩した郚分に倉貌したす。その䞭心ずなるのが、アナログ・デバむセズのバッテリ管理バッテリ・マネヌゞメントシステムBMSBattery Management Systemです。圓瀟のBMSは、ハヌドりェアだけでなく、゜フトりェア・ドラむバやツヌルも含むシステム・レベルの完党な゜リュヌションです。無線による゜フトりェアのアップデヌトをサポヌトしおおり、自動車のサむバヌセキュリティに関する最高レベルの認蚌ISO 21434 CAL-4を取埗しおいたす。たた、有線、無線での操䜜は圓瀟のネットワヌク・プロトコルによっお完党にサポヌトされおいたす。この゜リュヌションを採甚すれば、自動車メヌカヌはEVの蚭蚈を耇数の車皮向けに展開するこずができたす。それだけでなく、゚ッゞにおいお、バッテリ・セルに察するセキュアなむンテリゞェンスをもたらすこずが可胜になりたす。加えお、バッテリ・パックは゜フトりェア定矩型のプラットフォヌムに倉貌したす。曎に、車䞡は、ネットワヌクに接続されたセキュアな゚ッゞ・ノヌドだず芋なせるようになりたす。

図1
図1. BMSのネットワヌク。巊は、耇数のコンポヌネントを有線で接続した䞀般的なネットワヌクです。wBMS技術を採甚すれば、右のように簡玠化を図れたす。

堅牢なバッテリ・むンサむト・プラットフォヌム

アナログ・デバむセズは、革新的な゜リュヌションの展開を可胜にする新たな゚コシステムの構築を支揎しおいたす。具䜓的には、バッテリから埗られるリアルタむムのデヌタを基にしお生成したむンサむトを、バリュヌ・チェヌンが掻甚できるようにすべく取り組みを進めおいたす。これを実珟できれば、EVの運甚圢態を改善し、バッテリの生涯䟡倀EVでの利甚、セカンド・ラむフを経お寿呜を迎えるたでの䟡倀を高めるこずができたす。結果ずしお、EVやフリヌトの所有者に察しおより良い効果がもたらされたす。

アナログ・デバむセズの゜リュヌションは、セルの監芖各皮パラメヌタの倀の枬定を高粟床で行うための機胜をベヌスずしお構築されおいたす。それらの機胜は業界をリヌドするものであり、既に倚くの実瞟を積み重ねおいたす。その基盀になっおいるのは、゚ッゞにおけるセキュアなむンテリゞェンス、組み蟌み゜フトりェア、ワむダレス通信リンクです。それらを利甚するこずで、バッテリのラむフサむクル党䜓を察象ずし、新たなシステムやサヌビスの開発に䞍可欠なむンサむトを提䟛するこずが可胜になりたす。それらのむンサむトは、バッテリに関するリアルタむムのデヌタを基にしお生成されたす。このような機胜により、車䞡フリヌトの所有者は、䟡倀をベヌスずする䟡栌䜓系に芋合った恩恵を享受する機䌚を埗るこずができたす。たた、メヌカヌやサプラむダは、間接費の削枛によっお倉動費を改善するこずが可胜になりたす。それだけでなく、補品を垂堎に投入するたでの時間を短瞮したり、補造ラむンの効率化を実珟したりする機䌚も埗られたす。曎に、これらのむノベヌションは、電動モビリティず、クリヌン・゚ネルギヌを利甚するグリッドを高い信頌性で融合する機䌚を生み出すこずにも貢献したす。

アナログ・デバむセズのバッテリ・むンサむト・プラットフォヌムの抂芁をたずめるず、以䞋のようになりたす。

  • 出発点はデヌタ・゜ヌスこのプラットフォヌムでは、バッテリ・セルの盎近にあるむンテリゞェントなセンサヌによっおデヌタを収集したす。それらのデヌタは、䞭倮の管理プラットフォヌムにワむダレスで送信されたす。管理プラットフォヌムではそれらのデヌタに察する凊理が行われ、むンサむトが生成されたす。埗られたむンサむトは BMS 甚の ECUElectronics Control Unitに匕き枡されたす。アナログ・デバむセズは、むンサむトにアクセスするための補品グレヌドの゜フトりェア・ブロックを提䟛しおいたす。たたプラットフォヌムは、シンプルな APIApplication Programming Interfaceを介しお再構成するこずが可胜です。
  • むンサむト・プラットフォヌムの゚ッゞの詳现セルに接続される最も重芁な IC は、セルを監芖するために䜿甚するセンサヌです。このプラットフォヌムでは、アナログ・デバむセズが提䟛する第7䞖代のセンサヌを採甚しおいたす。そのセンサヌは、圓瀟の先進的な枬定機胜をベヌスずしお構築されおいたす。たた、デヌタを基に画期的なむンサむトを生成するための新機胜も远加されおいたす。その機胜を䜿甚すれば、バッテリが寿呜を迎えるたで、業界最高の粟床を掻かしお充電状態SOCState of Chargeず健党性SOHState of Healthを正確に分析するこずができたす。加えお、それらのセンサヌの消費電力は旧来のセンサヌず比べお 1/20 に削枛されおいたす。そのため、貎重なむンサむトに関連しお゚ッゞで行う凊理に電力を振り分けるこずが可胜です。曎に、わずか 1 個の IC によっお、最倧 100V のスタックたたは 24 個の盎列セルのセンシングを実行できたす。たずめるず、バッテリの監芖に向けお、高床に統合され、電力効率に優れるセンサヌが実珟されおいるずいうこずです。
  • RF に察応するセキュアなマむクロコントロヌラ・ナニットRF MCUセンサヌの動䜜は、IC の組み蟌み゜フトりェアによっお制埡されたす。それによりデヌタが凊理され、アナログ・デバむセズが提䟛するむンサむトの生成甚のアルゎリズムに䟛絊されたす。それらのアルゎリズムにより、SOC の掚定がより正確に行われ、急速充電や航続距離の延長などに圹立぀むンサむトが生成されたす。それらのむンサむトは、RF MCUの極めお堅牢な無線機胜ず組み蟌みネットワヌク・゜フトりェアにより、BMS 甚の ECU に䌝送されたす。各 RF MCU には、セキュリティを確保するための包括的なサブシステムが実装されおいたす。このサブシステムは、ISO 21434 CAL-4 に準拠しおいたす。重芁な特城ずしお、各 IC には固有のセキュアID が付䞎されおいたす。これを掻甚するこずにより、各バッテリのむンサむトの履歎を䜜成するこずができたす。
  • 䞭倮の凊理BMS 甚の ECUアナログ・デバむセズのアルゎリズムは、耇数の゚ッゞ・ノヌドから埗られた凊理枈みのデヌタを融合したす。それにより、バッテリ・パックや車䞡のレベルに察応するむンサむトを生成したす。
図2
図2. 監芖甚のwBMSシステム2021幎にリリヌス

バッテリのラむフサむクル党䜓にわたるシステムの䟡倀

自動車メヌカヌにずっお、車䞡フリヌトの電動化は急務です。以䞋では、持続的な䟡倀の提䟛を匷化するためのいく぀かの重芁な機䌚に぀いお考えおみたしょう。

EVの補造の自動化

図1に瀺したように、ADI Rechargeを採甚すれば、BMSのネットワヌクにおいおワむダ・ハヌネスを䜿甚する必芁がなくなりたす。それにより、自動車メヌカヌに察しおは、ロボットによる生産胜力が向䞊するずいうメリットがもたらされたす。぀たり、補造ラむンの効率ず信頌性を高め぀぀、バッテリ・パックの組み立お方法を改善し、補造コストを削枛するこずが可胜になりたす。そのシステムは、䜎コストのケミストリを含む既知のあらゆるバッテリ・ケミストリに察応するこずができたす。たた、バッテリ・パックのモゞュヌル性が向䞊するので、EVの補造を゚ントリ・レベルからプレミアム・レベルたでスケヌリングできるだけの柔軟性が埗られたす。ワむダレスのアヌキテクチャは非垞に堅牢なものであり、゜フトりェアずネットワヌクをアップグレヌドするこずで、バッテリの材料に察する芁件を緩和するこずができたす。ワむダレス・ネットワヌクは、有線のネットワヌクず比べお迅速か぀容易に実装できたす。そのため、開発期間が倧幅に短瞮されたす。たた、セルの監芖甚に圓瀟第7䞖代のセンサヌを採甚するこずにより、アヌキテクチャのレベルで簡玠化を図るこずも可胜になりたす。䟋えば、1぀のICによっお最倧24チャンネルのセンシングを実斜できるこずから、カップリングの芁件が緩和されたす。たた、電磁環境適合性EMCが優れおいるので、コンデンサなどの倖付け郚品が䞍芁になりたす。

バッテリ・パックのデゞタル・ツむン

珟圚は「゜フトりェア車䞡」の時代だず衚珟するこずができるでしょう。アナログ・デバむセズのシステムを利甚すれば、バッテリ・パックのデゞタル・ツむン・サヌビスを高い粟床で実珟できたす。その目的は、プロトタむプの䜿甚が可胜になるはるか前の段階で、極めお堅牢性の高いRF性胜を実蚌し、最初から適切な蚭蚈を行えるようにするこずです。このこずは、バッテリ・パックの蚭蚈や蚈画の改善に圹立ちたす。そのため、開発段階で掻甚すれば投資収益率が倧幅に向䞊したす。

車䞡の信頌性の向䞊

先述したようにワむダレス化を実珟すれば、ワむダ・ハヌネスが䞍芁になり、コストを削枛できたす。それだけでなく、車䞡の朜圚的な故障の原因を排陀できるこずにもなりたす。ワむダずコネクタは、時間の経過に䌎っお劣化したり、故障したりする可胜性がありたす。たた、アナログ・デバむセズのプラットフォヌムを䜿甚すれば、車䞡の補造時や運甚時にバッテリに関する自埋的か぀詳现なテストを実行できたす。それにより、車䞡の所有者にずっお安党䞊の重倧な問題に぀ながる可胜性のある欠陥故障の初期の兆候を怜出するこずが可胜になりたす。

サむバヌセキュリティに関する最高レベルの認蚌、バッテリ・パスポヌトの実珟

゚コシステムにずっお、バッテリに関するデヌタを䞭心ずした新たなシステムや付加䟡倀サヌビスを構築するためには䜕が必芁でしょうか。それは、透明性が高いこず、セキュリティの面で優れおいるこず、配備が容易であるこずです。アナログ・デバむセズは、あらゆるレベルのセキュリティを蚭蚈に盛り蟌み、倧量生産が可胜なタヌンキヌ・゜リュヌションずなる技術を構築したした。アナログ・デバむセズのwBMSWireless BMSは、自動車のサむバヌセキュリティに関する最高レベルの認蚌ISO 21434 CAL-4を取埗しおいたす。たた、各wBMS甚のICにはセキュアIDが付䞎されおいたす。これは、業界の目暙であるバッテリ・パスポヌトの実珟に欠かせないビルディング・ブロックです。

EVの運甚圢態ず性胜の改善

wBMSをベヌスずするむンサむト・プラットフォヌムでは、セルの監芖に䜿甚する第7䞖代のセンサヌず゚ッゞ甚のアルゎリズムを掻甚したす。それにより、急速充電、航続距離の延長、バッテリ寿呜の延䌞を実珟するず共に最倧限の安党性を保蚌したす。たた、゜フトりェアをアップデヌトするこずによっお、䞀貫性を持った圢でバッテリずパワヌトレむンの性胜を高めるこずができたす。加えお、セキュアなワむダレス機胜により、バッテリ・パックの状態の分析を容易に実斜するこずが可胜です。曎に、故障が怜出された堎合でも、ワむダレスで構成コンフィギュレヌションを実斜できるこずから、取り倖しや亀換が容易になりたす。

バッテリのセカンド・ラむフぞのシヌムレスな移行

バッテリ・パックのコストは、EVの販売䟡栌の30%以䞊を占めおいたす2023幎の時点。そのため、経枈的な理由から、バリュヌ・チェヌンの党䜓にわたっお2次垂堎を䜜り出そうずいう動きがありたす。wBMSを利甚すれば、バッテリの寿呜党䜓にわたっおその状態を正確に远跡するこずができたす。その結果を再販䟡栌に反映させれば、買い手ず売り手の間で信頌を築くこずが可胜になりたす。たた、ある皋床䜿甚したバッテリを、初期投資の䞀郚を回収するために掻甚可胜な資産ずしお捉えられるようになりたす。それによっお節玄されたお金を、車䞡フリヌトの所有者に還元するこずも可胜になるかもしれたせん。ワむダ・ハヌネスが䞍芁になれば、バッテリ・パックの分解も迅速か぀コストを抑えた状態で実斜できたす。アナログ・デバむセズの゜リュヌションを掻甚すれば、バッテリのセカンド・ラむフずしお再利甚やリサむクルを実珟するためのシヌムレスな道筋が埗られたす。

図3
図3. wBMSがもたらす効果。バッテリ・パックの修理、再利甚、リサむクルが容易になりたす。

クリヌン・゚ネルギヌを利甚するグリッドず電動茞送の融合

EVの普及が進めば、充電ステヌションに察する需芁が高たりたす。その結果、時間的にも空間的にも独特か぀動的な倉化が生じ、グリッドにかかるストレスが増加したす。重芁なのは、゚ネルギヌの蓄電倉換技術を゚ネルギヌの管理技術ず組み合わせるこずです。それにより、EVはグリッドの安定化に圹立぀重芁か぀貎重なツヌルに倉貌したす。

アナログ・デバむセズのwBMSは、EVず蓄電システムESSEnergy Storage Systemに察し、バッテリに関するむンテリゞェントな゜フトりェアずワむダレス・リンクを提䟛したす。それらは、クリヌン・゚ネルギヌを利甚するグリッド党䜓の゚ネルギヌの流れを調敎するこずに貢献したす。぀たり、需芁ず䟛絊をより効果的か぀シヌムレスに管理するために圹立぀ずいうこずです。充電料金を倉動制にするための仕組みを導入すれば、充電のスケゞュヌルを最適化し、電気料金をより適切なものにするこずができたす。

よりサステナブルな未来の実珟を加速する

将来に目を向けるず、サステナブルな未来を実珟するには、地球芏暡の倧きな倉革が必芁になるこずがわかりたす。EVの普及は、その始たりにすぎたせん。充電ケヌブルの䞡偎には、高床な技術゜リュヌションが必芁です。バッテリに぀いおは、今埌も様々なケミストリを採甚したものが登堎し、垂堎は成長を続けるでしょう。䞀方で、バッテリのラむフサむクルを埪環型に移行させるためには新たなむンサむトが必芁になりたす。サステナブルな未来を実珟するためには、倫理的な行動を䞖界に浞透させなければなりたせん。れロ・コバルトのLFPなど、玛争の原因ずなる鉱物を䜿甚しないバッテリ・ケミストリは、今埌も垂堎で支持を埗るでしょう。アナログ・デバむセズは、高粟床の管理技術や制埡技術、リアルタむムの信号凊理技術ずいった領域でむノベヌションを生み出しおいきたす。それらを掻甚するこずにより、゚コシステムのあらゆる゚ッゞ・ノヌドにむンテリゞェンスを远加できるよう取り組みを進めたす。よりサステナブルな未来に向けお、電動茞送ず、クリヌン・゚ネルギヌを利甚するグリッドの融合をより高い信頌性でより確実に実珟できるよう尜力しおいきたす。