電気自動車（EV）は、従来の内燃機関と競合するためにより速いDC充電時間を必要とするため、EV充電システムは、充電時間を350分未満に短縮するために、最大20kWの出力電力ソリューションに急速に移行しています。 そのような力で、 電圧 現在のレベルでは、設計者は新しいエンジニアリングの課題に直面しています。
パワーエレクトロニクスニュースとのインタビューで、センサタテクノロジーズの電化に焦点を当てたシニアグローバルマーケティングマネージャーのジンソンダイは、DC急速充電の主な課題はより高い電圧と電力レベルに関連していると指摘しました。 より高い電圧およびより高い電力レベルへの移行は、いくつかの電気的保護の問題を引き起こします。
「急速充電規格から充電インフラストラクチャの問題、熱効率管理、電気システムの障害からの保護に至るまで、DC急速充電アプリケーションには多くの課題があります」とDai氏は述べています。 「Sensataでは、DC急速充電システムの電気的保護に重点を置いています。 充電時間を短縮するために、多くの高出力充電器が400Vから1,000Vに、50kWから350kW以上に移行しています。 これにより、充電システムの電気的保護コンポーネントに多くの課題がもたらされます。電圧レベルの上昇と充電電力により、コンタクタやヒューズなどの高電圧コンポーネントの機能が向上します。」
ダイは、ここで最も明白な懸念は、より高い電圧がアークを生成する可能性が高く、それが消滅する前に、より大きな分離距離を必要とすることであると指摘しました。 「これには、コンタクタとヒューズが分離距離を長くしてアークをすばやくクエンチする技術を採用する必要があります」と彼は言いました。 「そうしないと、アークが途切れることなく、コンタクタまたはヒューズが激しく爆発する可能性があります。 もうXNUMXつの問題は、過電流状態でのコンタクタとヒューズのペアリングです。 コンタクタが壊れ始めると 回路、それはそれ自体の中で過電流のいくらかを放散し始め、その電流がヒューズを適切に破壊するために利用可能になるのを妨げる可能性があります。 潜在的な影響は、システム全体の壊滅的な障害である可能性があります。 コンタクタとヒューズの両方がペアになって連携するSensataの切断ソリューションは、そのリスクを防ぐのに役立ちます。」
より高い電圧への移行
電圧と電流のレベルが高くなると充電時間が短縮されますが、安全上のリスクとシステム設計の課題が増加します。 高電圧コンタクタは安全な回路導通を提供しますが、危険な短絡イベントが発生した場合に回路を保護するためにヒューズがタンデムに必要です。
Sensataの回路保護ソリューション（出典：Sensata Technologies）
従来の DC 温度ヒューズ テクノロジー は短絡状況向けに設計されており、短絡大電流が発生した場合、ヒューズは接続の溶解を利用して回路を遮断します。 Dai 氏は、従来の DC 温度ヒューズの課題は、電流が十分に高くなく、温度ヒューズが溶断するまでに時間がかかる過電流状況にあると指摘しました。
「これにより、電流レベルが、ヒューズがトリガーする熱点に到達せずに負荷を遮断するコンタクタの能力を圧倒する可能性があるグレーゾーンが作成されます」と彼は言いました。 「コンタクタの破壊能力を超えながらサーマルヒューズを作動させることができるまでのこの時間の長さは、GigaFuseによって排除されます。 GigaFuseは、コンタクタが実行できること[通常の動作]とヒューズがトリップしたときのギャップを埋めるのに役立ち、過電流と短絡の両方の保護を提供します。
「コンタクタとヒューズは、DC急速充電器のミッションクリティカルなコンポーネントです」とDai氏は付け加えました。 「コンタクタは通常の充電中に安全な回路導通を提供するか、過電流を分離しますが、ヒューズは危険な短絡および過電流状態の間に充電システムを保護します。 重要なのは、通常の動作および過電流状態で充電器をシームレスに保護するために、連携して動作できるコンタクタとヒューズを用意することです。」
コンタクタとヒューズ
コンタクタの電圧レベルが高く、充電電力が高いということは、製品の破壊能力を高める必要があることを意味し、顧客は定格1,000Vおよび500Aのコンタクタを求めているとDai氏は述べています。 さらに、もう2つの必要な機能は、グリッドからのEVバッテリーの充電と、エネルギー交換市場でのグリッドインテリジェンスの活用を可能にするVXNUMXG（Vehicle-to-Grid）システムの両方を可能にするコンタクターの双方向性です。
「V2Gに加えて、動的な電力割り当ては、複数の充電ポートからの電力を組み合わせたり共有したりすることで、実際の需要に合わせて充電を調整する技術トレンドです」とDai氏は述べています。 「コンタクタの双方向機能により、充電器は電流が順方向または逆方向に流れるようにすることで、電力を動的に割り当てることができます。」
Sensata Technologiesが使用するコンタクタ技術は、密閉されてガスで満たされているため、屋外のコンタクタと比較して、比較的小さなサイズで必要な堅牢性を備えたスイッチに必要な電力を提供します。 Sensataは、高電圧ヒューズ製品の導入により、密閉型スイッチング技術の戦略を継続しています。 GigaFuseは、高電圧および高電力のヒューズアプリケーション要件向けに設計された密閉型電気機械式ヒューズです。 「GiagFuseシリーズには、パッシブとパッシブ/アクティブの両方の組み合わせのヒューズ製品が含まれています。 システム効率を大幅に向上させ、熱劣化を排除し、電気的保護のための設計の柔軟性を提供します」とDai氏は述べています。
SensataのGigaFuseの電気機械的トリガーメカニズムは、システム効率を高め、熱老化を排除し、電気的保護のための設計の柔軟性を提供します。 （出典：Sensata Technologies）
高出力アプリケーションの新たな技術的課題に対処するために、Sensataは電気的保護のための新しい統合技術を提供します。 「完全な発売に先立って顧客向けにサンプリングする新しいソリューションは、パイロヒューズが統合された世界初のコンタクタであるPyroTactorです」とDai氏は述べています。 「GFCPyroTactorは、HVヒューズとコンタクタの機能を単一のデバイスに組み合わせているため、各コンポーネントのサイズを個別に設定する必要がありません。 GFCシリーズは双方向であり、最大1,500 Vのシステム電圧を処理でき、機能にはパッシブおよびアクティブトリガーが含まれます。 この新しい設計により、コンタクタとヒューズのペアリングの設計の複雑さが大幅に軽減され、熱劣化が排除され、設置時間、複雑さ、およびコストが大幅に削減されます。」
姉妹誌のPowerElectronicsNewsに最初に掲載された記事。