電装回路の高電圧化、TeslaがCybertruckで48Vを採用、Ethernetで新たなE/Eアーキテクチャ構築［FOURIN通信］

Tesla、電気系統を48Vに変更

Teslaは2023年末に発売したCybertruckで、電気系統の電圧を12Vから48Vに切り替えた。オイルポンプ（前後eAxle）、ステアリングアクチュエーター、ワイパーモーター、ウィンドウレギュレーターモーターなどが48V電源で作動する。フロントトランクとルーフにはアクセサリー用コンセント（出力400W）があり、これらも48V電源で作動する。なお、駆動用電池の電圧は816Vで、容量は123kWh。

Teslaは今後計画している次世代車（Model 2等）の電気系統もすべて48Vにする方針である。

Tesla Cybertruckにおける48V化のメリットと付随効果

Cybertruckは全長5,682mm、全幅2,032mm、重量2,995kgと巨大で重い。そのため補機類も大きい。例えばワイパーブレードは全長1.2mである。また、Teslaのステアリング機構はステアバイワイヤとなっており、高出力のステアリングアクチュエーターを搭載している。これらの部品の作動には大電流が必要であるが、48V化によりワイヤーハーネスを細くできる。これにより、銅の使用量を75%削減できる。

また、既存の鉛電池をリチウムイオン電池に置き換え、電池の 重量を87%削減した。従来の鉛電池は4年に一度交換する必要があったが、リチウムイオン電池は車両寿命まで交換する必要がない。

48VシステムはPower over Ethernet（POE）規格に適合している。Ethernetケーブルを通して特定の機器に電力を供給でき、信号伝送と電力供給を1本のケーブルに統合できる。これによりTeslaは既存のCAN-Busを排除する。Ethernetであれば、デイジーチェーン（複数機器を数珠繋ぎにして一つの環で接続）も可能であり、配線を簡素化できる。

加えて、Teslaは48V化と新E/Eアーキテクチャの構築にあたり、車載コントローラーを自社で独自設計した。コントローラー全体に占める独自設計比率はCybertruckですでに85%に達しており、次世代車では100%にする方針である。

さらにTeslaは従来のヒューズ＋リレーから電子ヒューズ（eFuse）に切り替える。eFuseにより、可動部品（リレー）を排除できるのはもちろんのこと、過電流時の反応速度を秒単位からミリ秒単位に短縮できる、制御や診断の精度を緻密化できる、ファームウェアーのリセットが可能になる、などのメリットがある。

48V化の良し悪しと今後についての考察

12Vのワイヤーハーネスは車1台で50～80kgと言われる。48Vに変更すると3分の1程度に減らせる可能性がある。小型化により、有効なスペースも増える。ただし、Model 3の電池パックが450kgであることを考えると、ワイヤーハーネスを25kg軽量化することによるメリットは相対的に小さい。

BEVの場合、消費電力の大きい部品のほとんどは、すでに高電圧の駆動用電池で作動している。12Vで作動する部品の消費電力はたいてい小さく、48Vの恩恵は少ない。むしろ、48V化の恩恵はエンジン車のほうが大きい。スターターモーターや電動スーパーチャージャー、電気加熱式触媒など、消費電力が大きい部品を低電流で動かせる。

一般に12Vで作動する部品は、照明（消費電力の少ないLED）、ワイパー、インフォテインメント、パワーウィンドウ、ドアアクチュエーター、シートアジャスターなどである。48Vに対応していない部品も依然として多い。Teslaは市場にない48V部品を自社で内製する方針を示している。また、他のOEMにも48V化への協力を呼びかけている。

POEは信号伝送と電力供給の統合とデイジーチェーン接続を可能とし、設計や生産の自由度を上げる。ECUの中央化など、新しいE/Eアーキテクチャに移行しやすい。

欧州勢はMHEVで48Vを採用した際、鉛電池の排除を今後の目標の一つに挙げていた。Teslaの影響で、鉛電池を排除する機運が世界的に再び高まる可能性がある。

車載電装部品の高電圧化の歴史

車の電装回路の電源電圧は、黎明期には6Vであったが、1950年代に12Vが登場し、それが現在も続いている。車の多機能化により、電装部品が増え、大電流を必要とする部品も増えると、接続するワイヤーハーネスも増えるため、1980年代には重量が課題として意識されるようになった。

1994年にMassachusetts工科大学（MIT）の呼びかけで、日米欧の自動車メーカーと部品メーカーによるコンソーシアムが結成され、42Vの標準化に向けた議論が始まった。装置や配線に大電流を供給しやすくし、同時に50V未満で感電の危険性を回避することが42Vの狙いであった。2000年代に入っても42Vの議論は続いたが、高電圧化によるメリットの一部は認められたものの、追加投資と価格上昇に見合うだけの価値を見いだせないまま、折からの世界的不況も影響し、議論は2009年までにほぼ消滅した。その後、42Vの高電圧が必要と当初考えられていた部品（電動パワーステアリング等）は、12Vで実現された。

2011年にVW、BMW、Daimler（現Mercedes-Benz）、Audi、Porscheが48V電源で充電コネクターやCAN-Busインターフェースなどを共通化したアーキテクチャを確立すると発表した。欧州主要サプライヤーもこの動きに従った。一段と強化される燃費／排ガス規制に対応するため、48Vはエンジン車を比較的安価にマイルドハイブリッド（MHEV）化する手段として議論された。2017年にはRenaultがMPVのScenic（第4世代）に世界で初めて48V MHEVを設定した。他の欧米OEMも追随し、2024年1月までにRenaultのほか、VW、Mercedes-Benz、BMW、Stellantis、Ford、Volvo Carが48V MHEVを採用した。GMも中国向けモデルで採用している。

日系OEMではマツダとスズキ（欧州向け）が48V MHEVを採用している。日系はストロングハイブリッドに強みを持つOEMが多く、欧州ほどは採用に積極的ではない。そして2023年3月、Teslaは車載電装回路を将来的にすべて48V化する方針を発表した。

高電圧化のメリットとデメリット

電力を同値としながら高電圧化すると、オームの法則により、同じ電力を送電するための電流が少なくてすむ。理論的には、抵抗を変えずに電圧を4倍にすれば、必要な電流は4分の1になる。

　・ 同じ電力量を細いワイヤーハーネスで送電できる
　・ 同じ出力の部品（モーター等）を小型化、軽量化できる
　・ 電流値に比例する送電損失を低減できる
　・ エンジン車の場合、エンジン作動に依存していた部品（エアコン等）がエンジン停止中も動かせるようになる

一方で、高電圧化のデメリットとしては、高電圧化には追加投資が必要で、コスト増要因である。12Vでしか作動しない部品は、48V対応部品に取り替えるか、降圧して使用しなければならない。

高電圧化の現状と今後

車載電装部品の電源は、2024年に入ってもなお、12Vが主流である。より高電圧の駆動用電池を搭載するBEVでも状況はほとんど変わっていない。12Vの完全排除が難しいため、複数の電圧システムが混在している。例えば、Porsche Taycanには12V、48V、400V、800Vの電圧システムが混在している。

欧州OEMはエンジン車の48V MHEV化を進めたが、48V対応として実際に量産採用された部品は少ない。スタータージェネレーター、電動スーパーチャージャー、電動ウォーターポンプ、電動アクティブスタビライザー、エアコンコンプレッサー、電気加熱式触媒（EHC）などが48V対応としてこれまでに量産採用された。12Vの電源を使いDC/DCコンバーターで昇圧して、これらの48V部品を作動させているOEMが多い。部品メーカーレベルでは、12Vと48Vの両方に対応可能として開発された部品が増加傾向にある。

Teslaの全量48V化方針を受けて、48V対応部品は今後も増加することが予想される。鉛電池の排除、eFuseへの切替、POEなどの付随的価値が意識されるようになれば、48Vが急速に普及する可能性もある。

FOURIN世界自動車技術調査月報（https://www.fourin.jp/monthly/tech_repo.html）