現在のセンサICはeモビリティ分野の電動化をどう推進するか
交通セクターにおける電動化の影響拡大： 電気自動車を超えて
温室効果ガス排出の主な要因のひとつである輸送部門において、電化は大きな要素となっている。2035年までに世界全体でCO2をゼロにするという目標に向けて各国が努力する中、自動車、バス、タクシーは変化の最前線にいる。電気自動車（EV）は一般的になり、タクシーは大通りを静かに走り、「100％電気」のバンやバスは小包や人々を目的地まで運んでいる。
しかし、EVに注目が集まるあまり、軽自動車のeモビリティ分野、特に二輪車や三輪車の電動化の需要が高まっていることを見落としがちだ。EVが輸送分野で注目され脚光を浴びているのは確かだが、世界ではもっと大きなトレンドが生まれつつある。
小型モビリティ電動化の急成長と将来動向
特に、マレーシアやインドネシアなどの東南アジア諸国や、インド、中国（そして間もなくアフリカ）においては、二輪車による移動が圧倒的に多い。道路上には約7,000万台の二輪車が走っていると推定されており、その数は急ピッチで増加している。今後10年間で、二輪車の電動化が北方経済圏でより一般的になると広く予想されており、米国や欧州の多くの企業がすでにこの市場への製品投入を検討している。
成長という点では、この分野は四輪車市場よりも急速に拡大しているが、その理由は特に、認証や設計の問題がはるかに複雑ではないからである。同様に、バッテリー管理システム（BMS）も、二輪車用バッテリーの方が小型で電力も電圧も低いため、この分野での設計が容易である。これらのことは、新興企業がゼロからEVシステムを設計するよりも、二輪車市場の方が電動モビリティの問題に対処しやすいことを意味する。
2021年には、小型モビリティの約6％が電動化され、残りは内燃機関（ICE）に頼っている。2030年までには、eスクーターとバイクが二輪車市場の68％を占めるようになると推定されている。より詳細には、eスクーターの販売台数は今後6年以内に3,000万台、eモーターサイクルは2,300万台、eバイクは4,000万台に達すると予想されている。現在、電動二輪車市場は48Vのeスクーターが中心だが、今後は主に100V～200Vのeバイクが成長し、36Vシステムの電動バイクがそれに続くと予想される。インドでは、パワフルな二輪車が最大の二輪車市場を占めており、その成長はすでに、軽量・コンパクトで耐久性のあるコンポーネントが必須要件である電動設計の新たな波を刺激している。
Eモビリティと電動二輪車の強化における統合電流センサ（ICS）の役割
LEMは、電流検出機能を単一の半導体ユニットに集積した集積型電流センサ（ICS）が、e-モビリティ市場の中心になると考えている。ICSは高精度、高信頼性、高電力密度を兼ね備え、この分野の特徴である電圧と電流の多様性に対応する汎用的でコスト効率の高い手段だからである。このような競争的で価格に敏感な環境において、電流センサICは、PCBスペースを最大限に活用しながらコストを抑える即効性のあるソリューションを提供することができる。
さらに、安全性を最大限に高める上で重要な役割を果たし、特に、通常の運転条件下でバッテリーの寿命を少なくとも10年にすることができるBMSを制御する上で重要な役割を果たす。
電流検出機能の小型化
LEMはこの重要な戦略的市場に長年注目しており、EVで使用されているものと同様に先進的な製品で、小型モビリティ分野（特に三相ACモーターを搭載した電気二輪車）の要件を満たすポートフォリオを開発している。LEMのICS製品群は、e-モビリティ・サブシステムのあらゆる部分をカバーしており、通常、車両1台当たり最大8個のセンサが含まれる。
電流センサICが電気二輪車に最も適している主な分野は3つある。1つ目は電力変換で、充電器は送電網からの交流電力を車両のリチウムイオン（Li-Ion）バッテリー用の直流に変換する。
充電器には、電力変換だけでなく、効率や制御にも焦点を当てた電流センシングのための測定ポイントが通常3つある：
- 1つの統合電流センサは、充電器がシステムに流れる電流をチェックする必要があるAC入力測定を行う。
- もう1つのICSは、信号をACからDCに変換するパワー・トランジスタとスイッチをモニターする。この電流センサは、変換が効率的に行われるようにトランジスタを同期させる。
- 最後に、DC出力電流センサがシステムから出力される電流を測定し、予想される出力電流と比較します。違いがあれば、変換段階で問題があることを示し、マイクロコントローラーは望ましい出力電流が得られるように調整する必要があります。
この領域で使用される典型的なLEM ICSにはGOセンサが含まれますが、これは入力センサがグリッド電圧のために絶縁されている必要があるためです。ACグリッドが約200V～220Vの場合、入力段ではGO SME ICSが低電流に、またはGO SMSが高電流に最適です。GO SMEセンサは、48Vバッテリーを使用する場合、絶縁の必要性が少ないため、出力段階にも適しています。
電動二輪車における統合型電流センサの主な応用例： BMSとモーター制御
電動二輪車における統合電流センサの2つ目の重要な分野はBMSであり、バッテリーの損傷や、火災や爆発などの致命的な故障を回避することを目的としています。保護装置および安全装置として動作するBMSの単一センサは、バッテリーに突入電流またはサージ電流が流れているかどうかをチェックします。もし電流があれば、電流センサICはマイクロコントローラーにリレーを開くよう指示し、それ以上のエネルギーがバッテリーを通過するのを防ぎます。
多くの場合、ICSは、マイクロコントローラーが信号を比較することで、同じ測定を実行するために異なる技術を使用するシャントと一緒に動作します。この二重の冗長性は、何らかの理由で一方のセンサが故障しても、もう一方のセンサが測定を継続することを意味する。
典型的なe-モビリティ・アプリケーションと現在の測定ポイント。
電流センサICが電動二輪車に最適な3つ目の分野はモーター制御で、バッテリーからの直流電流を三相交流電流に変え、車両を動かす電動モーターを作動させる。通常、ここでは入力段に1つ、出力段に3つの合計4つのセンサーが動作し、すべてPCBの表面に自動で直接はんだ付けできるため、最小限のスペースしか必要としません。
ここでもマイクロコントローラーは、入力と出力のレベルが期待通りであることのチェックに関与している。入力と出力のすべてのセンサが調和して動作し、レートを比較し、動作がその通りに実行されていることを確認することで、安全性が高まります。マイクロコントローラーが電流センサから送られる信号を使用してトランジスタゲートドライバーを管理することで、これはモーターを正確に制御する非常に効率的な制御ループとなります。その結果、エンドユーザーはスムーズな加速と車両の最大運転効率を得ることができます。
この分野で使用される代表的なLEM絶縁電流センサICは、特に電気抵抗が非常に低い大型の一次導体と、必要に応じて大電流に対応できる専用パッドを備えたHMSR SMSファミリーでしょう。超小型磁気コアを特徴とするHMSRセンサは外界からの影響を受けないため、高レベルの外乱を伴うパワーエレクトロニクス・アプリケーションに最適です。
小型モビリティにおける統合電流センサの利点
つまり、電気2輪車や3輪車の統合型電流センサは、小型の低コスト・パッケージで優れた性能を提供することが可能であり、軽快なモビリティ・アプリケーションで印象的なレベルの電力密度を実現します。このセンサは、高レベルの絶縁と精度と、大電流を扱う能力を兼ね備えていますが、PCB上の問題に直接対処できる、より統合されたパッケージになっています。
二輪・三輪自動車の世界的な電動化が本格化し、精度、信頼性、統合性、電力密度を提供することで、LEMの拡大する統合電流センサのポートフォリオは、この分野の成長を促進する上で重要な役割を果たすだろう。