クルマの電動化や知能化を支える車載機器では小型・軽量化が進むにつれて熱設計が難しくなっている。だからこそ、「車載機器の熱設計は面白い」と言うのが、「技術者塾」で「車載電子機器の高耐熱・放熱設計を事例解説」の講座を持つ、デンソー電子基盤技術統括部担当部長の神谷有弘氏だ。同氏に車載機器の熱設計のトレンドを聞いた。 (聞き手は近岡 裕=日経 xTECH)

車載機器は自動車の進化を支えており、その重要性は日増しに大きくなっています。車載機器の開発設計における、最前線のトレンドを教えてください。

神谷氏:最も注目度が高く、これから開発が進んでいくのはシリコンカーバイド(SiC)製パワー半導体(以下、SiCパワー半導体)でしょう。インバーターやコンバーターなど電力変換器の心臓部のデバイスです。

 なぜ期待が膨らむかというと、現行のシリコン(Si)製パワー半導体(以下、Siパワー半導体)に比べて、大幅に効率が向上し、小型化が実現するからです。クルマに「低燃費」という価値をもたらすのに加えて、車体への搭載性を高める利点もあります。

 既に電車のインバーターなど、一部で実用化され始めています。しかし、車載機器として本格的に実用化するのは、これからと言えるでしょう。

 その課題の1つが熱設計です。SiCパワー半導体は耐熱性が高く250~300℃の高温でも動作できます。高温環境で使える特性を利用すると、インバーターやコンバーターを使う車載部品の放熱設計を簡素化できます。

 例えば、エンジンとモーターの両駆動源を持つトヨタ自動車のハイブリッド車(HEV)「プリウス」などの場合、現行では2つの冷却系を備えています。冷却温度が110℃のエンジン向け冷却系と、冷却温度が65℃のPCU(パワーコントロールユニット、インバーター+昇圧コンバーター)向け冷却系です。

 現行のPCUにはSiパワー半導体を使っています。これをSiCパワー半導体に置き換えられれば、エンジンとPCUの冷却系を共通化し、65℃の冷却系を省略できます。もっと言えば、PCUを水冷から空冷にして更に簡素化できる可能性もあります。

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