ホンダCR-VのPCUを分解し、前世代フィットとの設計の違いを見る

この動画はイリソ電子工業の提供でお送りします。

こんにちは。今日はこちら、ホンダCR-Vのパワーコントロールユニット、PCUを分解します。これは北米版6代目CR-Vから取り外したPCUです。

CR-Vは日本でもいよいよ2026年2月から販売が開始されるという情報があります。パワートレインの仕様が大幅に変わっていなければ、日本版にもこれと同じPCUが搭載される可能性が高いです。

PCUの世代としても、以前分解したフィットのものより新しい世代となっています。今日はこれを分解して、どのような技術が使われているのか、そして前の世代のPCUから何が変わったのかをじっくりと見ていきます。

その前に今日のスポンサーの紹介です。どうぞ。

皆さんイリソ電子工業を知っていますでしょうか。コネクタを作っている会社ですが、その中でも車載コネクタが非常に強い会社です。実は今日分解するインバータの重要な部分にも、イリソ電子工業のコネクタが使われています。

イリソ電子工業のコネクタの強みとして、まずロボットの生産工程で使いやすいです。フローティングコネクタといって、嵌め合い（はめあい）時の位置ズレを吸収出来る機構があります。またフレキ基板用コネクタでは、自動ロック構造によって自動組み立てで楽が出来ます。

そして次に信頼性という意味では、車載特有の振動･共振を吸収出来るイリソ電子工業独自のZ-Moveという技術で、接点の長期的な信頼性が上がっています。接触を確保するという意味では、2点接点構造のコネクタを使うと異物除去･接触不良防止が出来ます。

それ以外に、今後自動運転などによる信号の高速伝送が必要になるので、25Gbpsに対応したコネクタなど着々と準備を進めています。

車載コネクタを使う設計者の方は、このような強みを持ったイリソ電子工業のコネクタを検討してみてください。

分解を始める前に、自動車各社が出しているハイブリッドの方式について簡単に見ていきます。詳しい解説については以前の動画で取り上げていますので、そちらを参照してください。概要欄にリンクがあります。

まずトヨタはTHSⅡ、トヨタ･ハイブリッド･システムⅡを採用しています。これはシリーズ･パラレル方式のハイブリッド方式です。こちらにある動力分割機構を通して、エンジン、発電機、モータの動力を適切に分配して駆動輪を回すという事をしています。

次は日産のe-POWERです。これはシリーズ方式のハイブリッドです。エンジンで発電機を回して発電し、その電力でモータを回して駆動輪を回すというものです。これは基本モータでしか駆動輪を回しません。この中では一番電気自動車っぽい方式です。

そしてこちらがホンダのe:HEVです。こちらもトヨタと同様、シリーズ･パラレル方式のハイブリッドとなっています。ですが動作としてはシリーズ方式に近いです。

e:HEVは面白いモードがありまして、速度域が高いときはエンジンと駆動輪を直結して、こちらの駆動輪を回します。実体としては、シリーズ･パラレル切り替え方式と呼んだ方が良いかもしれません。

では実際にパワーコントロールユニットを見ていきます。こちらが北米版CR-Vから取り外したPCUです。見た目的にはよくある普通のインバータです。ケーヒン製です。

北米版のCR-Vの電動機出力は133kW、発電機の出力は約120kWなので、その電力の変換が出来るくらいの大きさとなっています。

まずは出ている端子類などを見ていきます。まずこちらは駆動用バッテリーの入力端子です。バッテリー電圧はハイブリッドの場合は262.8V、プラグインハイブリッドの場合は347.5Vです。

次はこちらです。こちらは車内用の電装で使うための12V出力端子です。こちらのPCUの中で、駆動用バッテリーの260Vから12Vまで降圧する回路が入っています。これも後で分解して確認します。

そのすぐ横には冷却水の出入口があります。

底面部分も見てみます。こちらは駆動用と発電用につながる三相モータへの端子が2つ出ています。

こちらの底面部分をよく見てみると、実はここにコネクタがあります。これはパワーコントロールユニット自体を制御するための信号をやり取りするためのコネクタです。

以前分解したフィットのインバータとサイズ感を比較してみます。フィットのインバータの方が世代的には古いものとなっています。

こうして見ると、幅の部分についてはCR-Vの方が広いですが、一方で高さ方向についてはCR-Vの方が薄く、フィットの方が高くなっています。特にフィットについては、この上の部分からコネクタを生やすような構造となっており、どうしても高さ方向の寸法が出てしまうようになっています。

CR-Vは下からコネクタを出すような構造となっているためか、その分薄くなっています。両者とも底面部分からはモータに接続する端子も出していますので、コネクタ類は底面にまとめる方がスマートなやり方で、かつPCUの上部スペースを有効活用出来ます。

実際、北米版や国内で販売予定のCR-Vでは、PCUの上部スペースにインテークが通るような配置となっています。上部からコネクタが出ていないからこそ出来る配置です。

ここからは内部構造を確認していきます。まずは天板を取り外してしまいましょう。そうしますと、まずはプリント基板が見えます。2階建て構造となっています。

この基板を取り外すと、このようにパワーモジュールがあります。その横にはフィルムキャパシタです。こちらのパワーモジュールは、以前分解した世代のものと比べるとかなり小さくなっています。

フィルムキャパシタを取り外して、さらにパワーモジュールを取り外すと、このように流水経路があります。これについては後で詳しく見ていきます。

次は底面部分からアクセスします。

蓋を取り外すと、このようになっています。駆動用バッテリーの端子から入ってきて、ラミネートバスバーがあると。そのラミネートバスバーは回路の各コンポーネントにつながっていきます。もちろん先ほど見てきたこちらのフィルムキャパシタやパワーモジュールにもつながっていきます。

またインダクタとDC/DCコンバータの回路はこちらに見えます。こちらのインダクタは、バッテリー電圧を昇圧するための昇圧コンバータ、今回の場合は双方向コンバータの回路の一部です。これを見てみると、入力が1個に対して巻線が2つあります。そのため昇圧コンバータはインターリーブ制御をしているかもしれません。

DC/DCコンバータは、バッテリー電圧から車内の電装品などで使う12Vを出力するための回路です。前の世代のDC/DCコンバータは結構ごちゃついていた印象があったのですが、こちらは割とすっきりしている印象があります。後で分解して確認します。

インダクタの下側を見てみると、このように流水経路があります。そしてさらにDC/DCの下側も見てみると、このように水が通る経路があります。

CR-Vに使われているPCUを見てきたところ、ざっとこのような構造になっています。3層構造です。フィルムキャパシタがあって、パワーモジュール、パワーモジュールの上にはゲートドライブ回路と制御基板が載っています。冷却水が通るアルミブロックが真ん中にあり、その下にはDC/DCコンバータとインダクタがあるという構造です。

この動画を作成するにあたって、6代目CR-Vが採用しているe:HEVについて調べました。このような構成を採用しています。左側が主に電気系の部分、右側が主に機械系の部分です。

電気系部分の構成は、これまでから大きく変わっていません。バッテリーがあって、DC/DCがあって、双方向コンバータがあって、三相インバータでモータ、発電機をそれぞれ回すというものです。

基本これまでエンジンは直結だったのですが、北米版CR-Vではエンジン直結を2段階に変速できるようになっています。そこが大きな違いです。

皆さんご存知の通り、e:HEVは基本的にはバッテリーの電力を使ってモータを回して走行するという事をしています。バッテリーの電力で足りないときは、エンジンで発電機を回して、その発電した電気を使ってモータを回すという事をしています。

e:HEVの一番の特徴として、速度が高い領域ではエンジンを駆動輪に直結して燃費よく走行するモードがあります。

これまでエンジン直結モードは速度が高い領域に限定していたのですが、CR-Vではハイギアとローギアの直結の切り替えが出来るようになっています。

この部分がエンジン直結のハイギアとローギアの切り替えの部分です。このクラッチの開閉で、ギア比を2段階で選べるようになっています。例えば速度が低いときにエンジンを直結するのであれば、この部分のクラッチを閉じて直結します。速度が高いときにエンジンを直結するのであれば、こちらのクラッチを閉じるといった選び方です。

これによってCR-Vでは、幅広い速度域でエンジンを直結して燃費よく走行できるようになっています。

エンジン直結時にモータや発電機は何もしていないかというと、そんな事はなくて、実はしっかりと制御しています。どのようにしているかというと、エンジンを一番効率良い動作点で動かす協調制御をしています。例えばエンジンの負荷が重すぎたら、モータを力行動作にしてエンジンをアシストします。逆にエンジンの負荷が軽すぎる場合は、モータを回生動作にして、エンジンからのエネルギーと車体が動いているときの運動エネルギーをバッテリーに回収する。そしてエンジンに適切な負荷をかけるという事をします。

この動作をモータ側でやるのか、それとも発電機側でやるのかは、調べたのですが分かりませんでした。ですが一番効率が高い方法でするかと思います。多分モータ側でやっているのではないかと思います。

ここからはそれぞれの部品について詳しく見ていきます。まずはパワーモジュールの上に乗っている制御基板からです。

こちらの制御基板ですが、2枚構成となっています。上の基板が制御基板、下の基板はパワー半導体を駆動するためのゲートドライブ基板、そしてセンサが載っている基板となっています。

上下の基板の接続は、この部分のコネクタで接続されています。

このコネクタが結構面白くて、このようにコネクタが動きます。わかりますか。このようにかなりダイナミックに動くコネクタって珍しいですよね。

コネクタ部分をさらによく観察してみます。基板を取り外しましょうか。こちらの制御基板側のコネクタが可動するという事ではなくて、ゲートドライブ側の基板ですね。このように可動します。なかなかすごい量が動きますね、これは。

調べてみると、実はこちらのコネクタ、イリソ電子工業の製品です。Z-Moveという独自技術を使っているようです。

まずこのコネクタを動かしてみると、このようにX方向と、そしてY方向に動きます。これはコネクタを接続するときに、嵌め合いのズレを吸収するためのものかと思います。これがあると、基板同士を接続するときにこじったりする力やはんだ付け部分へのストレス、端子接触部分へのストレスも軽減出来ます。

XY方向以外にも、Z方向にも可動します。これについては、嵌め合いのズレを吸収するというよりは、どちらかというと基板の振動や共振の影響を少なくする目的のものかと推測しています。

この基板に車体から振動が伝わってきて、基板全体がこのように動きます。この基板自体はもともとしっかりと固定されているので、振動による影響は少ないのですが、振動の状況によってはコネクタ部分の接点が摺動します。接点が摺動し続けると摩耗して、信号の伝達がうまくいかなくなる事もあります。

このZ-Moveを使ったコネクタでは、コネクタ自体はこのように動くのですが、接点は固定されたままなので、長期的な信頼性が保たれるようです。

あとは機械的な共振ですね。これについては、基板の一部だけがものすごく振動してしまうみたいな現象です。板の振動のクラドニ図形を思い浮かべるとわかりやすいです。突如現れた共振モードが原因で接点が摺動して、すぐに摩耗してしまうみたいな状況も回避出来るわけです。

搭載されている他の部品についても見ていきます。搭載されているマイコンは、ルネサスのR7F701275でした。これはデュアルコアのハイエンド車載マイコンです。モータの回転角を検出するレゾルバ用の変換回路も、この中に内蔵されています。

そしてこちらはゲートドライブ基板です。1枚の基板にまとまっています。基板を見てみると、結構大きめの部品が並んでいます。これはゲートドライブ回路への電源供給用の変圧器です。絶縁距離もしっかりと確保されています。

パワー半導体を駆動するときに、上側アームのパワー半導体はエミッタ電圧の基準がスイッチングの状態によってバラバラなので、個別の絶縁電源が必要です。そのためパワー半導体の個数分の変圧器が必要となっています。

下側アームについては、エミッタの基準電圧が共通なので、例えばインバータであれば、下側アーム3つ分のIGBTの絶縁電源は1つだけで済みます。ただこの場合では、3つ分のIGBTの電力を供給するので、変圧器自体のサイズは大きめです。

裏面も見てみます。ゲートドライブICは、ロームのBM60059です。ロームのゲートドライバーICは結構よく使われています。

絶縁方式はデータシートによると、磁気結合による絶縁となっています。このICの中に、実は変圧器をドライブするための回路が入っています。外付けのFETは必要となりますが、これ一つでゲートドライブ用の電源も作れてしまう便利なICです。

あとはホールセンサ用のICなどが付いています。これはパワーモジュールの中に挟み込んで使うような構造となっています。

このホールセンサは、パワーモジュールのバスバーのすぐ近くに配置されるような構造となっていて、バスバーに流れる電流が作る磁束を読み取って、それを電流値に変換しています。外からは見えにくいのですが、バスバーを一周覆うように鉄系のコア材がパワーモジュールの中に入っています。

一応前の世代といいますか、フィットの制御基板と比べてみます。全体的にかなり最適化されたような印象があります。

フィットの方は基板は1枚構成です。モータ制御用のマイコンは、ルネサスのものが2つ使われていました。

新しい世代というか、CR-Vの基板は2枚構成となっています。それぞれが低電圧の制御回路、そして高電圧のゲートドライブ基板という使い分けです。

低電圧と高電圧で基板が分かれたので、フィットのときと比べると絶縁距離などをものすごく気にする必要はなくなったので、CR-Vの方が全体的にすっきりとしたレイアウトになっています。

さらにマイコンの個数も2つから1個に半減、さらにパッケージはQFPからBGAになりました。いろいろ最適化された結果、プリント基板の面積は20%程度低減できています。

あとは外部通信用のコネクタですね。前の世代はコネクタが基板に直接実装されていましたが、新しい世代では小型のコネクタを基板の横から出して、PCU内をケーブルで引き回して、底面部分からコネクタで出すという事をしています。このコネクタの高さ分、PCUの高さを低くできているという事でしょうか。

次はパワーモジュールとその隣にあるフィルムキャパシタを見ていきます。こちらのパワーモジュールは、フィルムキャパシタとかなり近い距離に設置されています。こちらのフィルムキャパシタからはバスバーが生えていて、最短距離でパワーモジュールへ接続できるようになっています。フィルムキャパシタのバスバーからパワー半導体までの距離は短くなっているので、ループインダクタンスもそこそこ小さくできているでしょうね。

パワー半導体部分については、2in1構成のものが各部屋に仕切られて配置するという構造です。こちらの中央の2つが双方向コンバータに使われているもの、そしてその両隣にある3つずつのものがインバータに使われているものです。

パワー半導体とバスバーの接続ははんだ付けです。そしてよく見てみると、使われる場所によってパワー半導体チップの大きさが違っています。

例えばインバータのチップの大きさを見てみます。一方のインバータのチップの大きさはこちら。そしてもう片方のインバータのチップの大きさは1.8倍近く大きいです。

どちらのインバータがモータで、どちらが発電機側かは、車体から取り外したわけではないのでわかりませんが、モータの方が出力やトルクが大きいので、その分大電流に対応出来るように大きめのチップを使っている可能性があります。

パワーモジュールの裏側を見てみると、このように冷却フィンが立っています。フィンのピッチはかなり密です。

冷却フィンは均等に配置されているわけではなくて、ところどころ大きな冷却フィンもあります。なぜこのような配置になっているのかはわかりません。ただ基本的にはチップの直下に冷却フィンが配置されています。そのため、この広い部分のスペースも有効活用して、少し大きめの冷却フィンを置いておこうという事かもしれません。ここの広いスペースにも冷却フィンを広げて、冷却水にもっと熱を逃がそうという設計かと思います。

ここからは前の世代のパワーモジュールとフィルムキャパシタと比べてみます。下にあるのが今回分解したもの、上にあるのが以前分解したものです。

まず全体的な配置から見ていくと、新しいものはパワーモジュールとフィルムキャパシタは横並びになっているのに対して、前の世代のものはパワーモジュールが上にあって、その下にフィルムキャパシタがあるといった構造をしています。このような構造の違いが薄型化に貢献しています。

パワーモジュールについては、今回大幅に小型化しています。前のものでは各部屋にパワー半導体が1チップだったのですが、新しいものでは各部屋に2チップの構成となっています。

またフィルムキャパシタから半導体チップまでを結ぶ銅のバスバーの配置も大幅に変わっています。前の世代では、フィルムキャパシタからバスバーが伸びてきて、この両端のところに接続されます。そこからさらにパワーモジュールの中にもバスバーが通っていて、パワー半導体チップにつながっていくという構造です。これでは距離が長くて、ループインダクタンスが多くなってしまいます。配線1cmの自己インダクタンスが10nHと言われています。やはり長くなる分不利です。

新しいものでは、フィルムキャパシタからバスバーが伸びてきて、モジュール内でもバスバーは通りますが、古いものと比べるとその距離は圧倒的に短いです。この部分については、新しいパワーモジュールはかなり良くなっています。

冷却部分についても見ていきます。前の世代ではパワーモジュールにウォータージャケットが付いていましたが、新しい世代ではアルミブロックに冷却水路を設けて、それをパワーモジュールで蓋をするといった設計になっています。どちらが良いかは置いておいて、新しい世代のものの方が使う部品は少なくなっているので、コストは安く上がりそうです。

またパワーモジュールからモータへ接続するための端子も変わっています。以前は銅線に端子を圧着していて、そこへモータから生えているコネクタをねじ込むような構成でした。

新しい世代では、モータへの接続は端子ねじ込みではなくて、圧力による接続となっています。バラしてみると、このようにバネが入っていて、押し付けられるような構造となっています。この部分にモータ側の線が何かしらの形で当たるわけですが、この部分については可動ですので、全てをバスバーでつくるという事はしていません。逃げの動きが出来るように、編み込みの線材が使われています。この部分は超音波接合が使われているのでしょうか。

次はPCUの下側からアクセスしたときの部品です。まずはインダクタから見ていきます。一応電気の流れ的には、こちらがバッテリーから入ってきたラミネートバスバーです。そのバスバーは、こちらのDC/DCコンバータとインダクタにつながるようになっています。

こちらのインダクタはよく見てみると、1つのコア材に2つの巻線が巻いてあります。こちらが巻線1、こちらが巻線2です。こちらの端子がバッテリーから入ってくる方、そして出口に2つ端子がありますが、これはパワー半導体側につながっています。それぞれの巻線は、バッテリー側については共通、パワー半導体側については分かれています。巻線は密に巻いて体積を減らすために平角線が使われています。

巻線1と2の巻き方を見ると、互いの磁束を打ち消すような方向に巻かれています。

先ほども少し話しましたが、このインダクタの構成とパワー半導体への接続を見る限りでは、昇圧コンバータは走行状況に応じてはインターリーブ制御をしていそうです。

裏側を見てみると、このように冷却水が通る水路になっています。冷却フィンは、このように円柱形状を採用しています。

フィットとCR-Vでインダクタの大きさを比べてみると、CR-Vの方が2倍くらい大きいです。当然CR-VのPCUの電力容量の方が大きくなりますので、インダクタ自体は大型化するようです。このあたりについては、コンパクトカーとSUVのPCUの容量の大きさが明確に出てくるところです。

少し余談になりますが、フィットのDC/DCとインダクタの載せ方は結構変なんですよね。DC/DCとインダクタがなぜか一体になっていて、しかもこのインダクタもさらに別で取れる構造。これを見てみると分かるのですが、ゴムパッキン4つ使っています。ものすごい変な載せ方をしてると分解したときに思いました。何か部品の乗せる効率とか組み立てとか、あまり良くなさそうな感じですよね。

CR-Vになってそれはだいぶ良くなって、DC/DCとインダクタは分かれています。このように、別のコンポーネントでそれぞれ出来るようになっています。当然ゴムパッキンの数も減って、それぞれ1個ずつ、合計2つになっています。

次はDC/DCコンバータを見ていきます。これは駆動用バッテリーの高電圧を、他の車載機器の12Vで使うための変換回路です。こちらの基板は取り外す事が出来ます。このプリント基板にほとんどの部品が載っています。

見てみると、背の高いスルーホール部品を多用しています。シリコンを充填して、振動による部品脱落やはんだクラックなどを防止しているのかと思います。

このあたりはトヨタ5代目プリウスのDC/DCコンバータと比べてみると、スルーホール部品は結構多めです。特にフィルムキャパシタを多用しているので、その分回路の体積は増えています。5代目プリウスのDC/DCコンバータは、実はほとんどMLCCに置き換えています。

こちらの基板の下の層を見ていきます。こちらにはプリント基板には実装出来ない大型の部品類があります。基本的には磁気関係の部品と半導体系の部品です。入力側から出力側に回路をたどっていくように見ていきます。

まずこちらのプリント基板、これは中継基板的な役割をしているものです。取り外します。そうしますと、その下にはパワー半導体が見えます。これは新電元のMG051Dです。これはMOSFETのモジュールでしょうか。

実はDC/DCコンバータ自体の構成は大きく変わっていません。前の世代のものでは、この部分にはディスクリートタイプのパワー半導体を使っていました。こちらではパワーモジュールにする事で、実装面積を大幅に減らしています。裏面には熱伝導グリスが塗られていて、アルミに熱を逃がすようになっています。

その後はこちらの変圧器につながっています。1次側巻線は平角線、2次側巻線はバスバーです。巻線とフェライトコアの熱を逃がすために、熱伝導シートが挟まっています。

その後は出力のチョークコイルと整流用パワーモジュールにつながっています。このチョークコイルとフィルムキャパシタのアレイを組み合わせて、フィルター回路を構成しています。こちらにあるパワーモジュールは、新電元のダイオードモジュールです。3並列のダイオードが2セット入っています。たぶんショットキーバリアダイオードですね。スナバ回路も一緒に入っているパッケージです。

前の世代のものは、サンケン電気のショットキーバリアダイオードをアルミ基板に実装する形でしたが、こちらのモジュール化によっていろいろ良くなっています。ここまで見てきた通り、主要なパワー半導体については新電元のパワーモジュールが多く使われています。

これは余談になりますが、新電元のDC/DCコンバータモジュールはTWシリーズというものがあります。こちらの基板にもTW109と書いてあります。また新電元の筆頭株主はホンダです。ここから話す事は予測の域を抜けてはいませんが、このDC/DCコンバータは新電元が設計している可能性はあります。

こちらの裏側にある冷却フィンについて、どのように設計したのかは不明ですが、パワー半導体が載っている部分だけ溝が深くなっていて、より熱を逃がせるような設計になっています。

というわけで、今日は北米版の6代目CR-Vに搭載されているパワーコントロールユニットを分解しました。前の世代のフィットなどと比べると、中身は全体的に最適化されていて、小型化･高パワー密度化に貢献出来ていると思います。

これよりさらに良くしようと思うと、そもそもこのようなタイプのパワーモジュールを使うのが良いのかというのも考える必要があります。この形のパワーモジュールを使うのが正解なのか、それともトヨタのように両面冷却出来るパワーカードをスタックしていくのが正解なのか。ただ今回のようなパワーモジュールを使うタイプでは、かなり行き着くところまで行き着いていて、ここからさらに良くしていくのは結構難しいのではないかと分解しながら思いました。

というわけで、もしこの動画が役に立ちましたら、高評価・チャンネル登録よろしくお願いします。何か気になる事がありましたら、ぜひコメントも残してみてください。それでは最後まで動画のご視聴ありがとうございました。