コンチネンタルがEVバッテリーを保護する新型センサーを発表

2022年に新高電圧電流センサーモジュール (CSM)　の製造を開始する予定

コンチネンタルは、電気自動車向けの新たなセンサー「電流センサーモジュール(CSM) 」と「バッテリー衝撃検知 (BID) システム」の2種類を投入し、幅広くセンサー製品群を拡大する方針。どちらの新ソリューションも、バッテリー保護とバッテリーパラメータ保持に重点を置いている。

コンチネンタルは2022年に新高電圧電流センサーモジュール (CSM)　の製造を開始する予定となっている。 コンパクトなモジュラーセンサー設計となっており、電流を測定すると同時に温度を検出。

これらの値は、ともにバッテリー管理にとって非常に重要となる。バッテリー保護のためのもう1つの革新的な要素がバッテリー衝撃検知 (BID) ソリューションで、損傷に対するフロア下保護カバーに代わる軽量ソリューションとなる。

コンチネンタルのパッシブセーフティー&センソリックスセグメントを統括するローラン・ファーブル (Laurant Fabre) 氏は、以下のように述べている。

「車両の電動化は新たなユースケースをもたらし、私たちのセンサービジネスの機会が広がります。なぜなら、電気自動車には従来の自動車に必要なすべてのセンサー以上のセンサーが必要だからです。たとえば、バッテリー保護と性能維持は、電気自動車の2つの追加課題です。この電流センサーモジュールとバッテリー衝撃検知ソリューションは、両方の目的に役立ちます」

バッテリーが電気自動車の中で最も高価なコンポーネントであることを考えると、CSMはバッテリーを過電流から保護するために開発されただけでなく、経年変化の影響を制限することによってバッテリーのパラメーターを維持するのにも役立つ。

このCSMは、バッテリー遮断ユニットまたはバッテリー自体のいずれかに統合され、バッテリー保護と確実に走行距離をモニタリングするために2つの情報を提供する。大変厳しい機能安全要件をサポートするため、CSMは2チャンネルセンサーとして利用可能であり、シャントテクノロジーとホールテクノロジーをコンパクトな1つのユニットに統合し、独立して電流を測定する。

そして、軽量構造のBIDは、フロア下の衝撃を検出し、修理工場への入庫が必要な場合にドライバーに警告。高速であろうと低速であっても接地接触による衝撃により、バッテリーが損傷した可能性があるかどうかを判断するのは難しい状況でドライバーをサポートする。なお、金属製のフロア下プロテクションと比較し、BIDソリューションは最大50％の車重低減が可能になる。

信頼性の高い充電モニタリングしてバッテリーを安全かつ「正常」に保持

クルマに使用されるリチウムイオン電池は、長い走行距離を提供するため、大量のエネルギーを蓄えている。特に充電中は、バッテリーに高電圧電流が流れている。不可避の物理的影響により、バッテリー充電　(および放電)、特に、ハイパワーでの高速充電やスポーティー運転ではバッテリーが熱くなってしまう。

そんなクルマのバッテリーに過度のストレスがかかるのを防ぐには、温度勾配を制限するように電流を制御する必要がある。

パッシブセーフティー＆センソリックスのプログラムマネジャー、ホルスト・ゲリング (Horst Gering) 氏は、以下のように説明した。

「リチウムイオン電池は、安全で劣化が進みにくい適温範囲がありますが、バッテリーの急速充電は、バッテリーを安全で健康に保つことと充電時間の短縮とトレードオフ関係にあります。正確なデータに基づいて行われなくてはなりません。また、CSMは、消費電流をモニタリングすることにより、正確に残量範囲の計算にも役立ちます」

このCSMの測定電流は、シャントチャネルで精度±1%、ホールチャネルで精度±3%、温度範囲は-40°Cから125°Cまで、最大2,000Aまで測定できる。両測定技術はガルバニック絶縁を提供、CANインターフェースを介してバッテリー管理システムに送られる。

さらにCSMは、バッテリーを保護しながら充電効率を最適化するだけでなく、火災につながる可能性のある機械的故障の検出にも役立つ。 CSMは、システムレベルでASIL Dを完全対応。このCSMは、グローバル自動車メーカーの最新電気自動車向けに2022年内の量産開始を予定している。

最初の製品は、電圧測定や測定チャネル数といった追加機能に対応できるスケーラブルなモジュラーセンシングプラットフォームの一部となる。

バッテリーの衝撃検知してフロア下保護

通常、電気自動車のリチウムイオン電池は、重量の重さから低重心化が図られるように、車両構造により十分に保護できるフロア下に配置される。ただし、ラッシングストラップ（荷締めストラップ）などが高速で渦を巻いてフロア下に損傷を与える可能性があり、低速では駐車操作中に地面と接触し損傷を引き起こすこともある

。そのため、電気自動車には大きく重いカバーが取り付けられ、バッテリーコンパートメントを下側から保護している。しかし、衝撃を受けた際に、自動車が修理工場で点検が必要かどうかを判断するのはドライバーになる。

ドイツ・アルツェナウのコンチネンタル・セーフティー・エンジニアリング・インターナショナルのマネジングダイレクター、ヨハネス・クレム (Johannes Clemm)　氏は、以下のように解説。

「これは、クルマの下は見えにくく、真のダメージを見極めるには専門家の目が必要であるため、満足のいく状況ではありません」

この状況を改善し、軽量のフロア下保護を実現するため、コンチネンタルは圧力センサーをベースにしたバッテリー衝撃検知ソリューションを開発した。

このシステムは、フロア下の衝撃を検出して分類し、バッテリーに損傷の可能性がある場合にドライバーに警告する。このようにして、クルマの所有者は、バッテリーに穴が開き、後に発火する前に予防策を講じることができる。

「さらに、BIDは損傷のエリアを特定するため、バッテリー管理で損傷エリアのセルを空にして、火災リスクを防ぐことができます」とクレム氏は付け加える。

BIDは、2つの典型的な衝撃リスクをカバーする。1つは低速の地面接触で、たとえば、駐車操作中に、車両が縁石をゆっくりと乗り越え地面と接触する場合。このような場合において、BID信号を使用して、高速でアクティブサスペンションシステムを始動して、フロア下のクリアランスを一時的に増やし、ダメージが軽減ができる可能性がある。

また、もう1つのユースケースは、道路上の石やラッシングストラップなどの物体が舞い上がり、高速で衝突してくる場合です。速度と衝撃を考えると、これらの物体タイプはフロア下にダメージを与え、バッテリー構造の中にまで入ってくる可能性さえある。

現在のソリューションと比較し、センサーベースのフロア下保護は、バッテリーシールドソリューションの重量の最大50%低減が可能となっている。BIDに使用している圧力センサーは、10年以上にわたり、数百万台の車両向けに量産実績をもつ歩行者保護システム (PPS pSAT)　から派生したもので、バッテリーコンパートメントの下部に取り付けられたシリコンチューブに生じる圧力信号を介して衝撃が検出される。

そのシリコンチューブの両端に接続された2つの圧力センサーに信号が到着するまでの時間差により、衝撃エリアを計算することができる。衝撃の重度は、ドライバーへの警告を発する信号のしきい値で分類が可能となっている。

関連情報：https://www.continental.com

構成／土屋嘉久（ADVOX株式会社 代表）