전기 자동차(EV)는 기존 내연 기관과 경쟁하기 위해 더 빠른 DC 충전 시간이 필요하므로 EV 충전 시스템은 충전 시간을 350분 미만으로 줄이기 위해 최대 20kW 출력 전력 솔루션으로 빠르게 이동하고 있습니다. 그러한 권한으로, 전압 현재 수준은 설계자를 새로운 엔지니어링 과제로 이끌고 있습니다.
Power Electronics News와의 인터뷰에서 Sensata Technologies의 전기화에 중점을 둔 수석 글로벌 마케팅 관리자인 Jinsong Dai는 DC 고속 충전의 주요 과제는 더 높은 전압 및 전력 수준과 관련이 있다고 지적했습니다. 더 높은 전압과 더 높은 전력 수준으로 마이그레이션하면 일부 전기 보호 문제가 발생합니다.
Dai는 "고속 충전 표준에서 충전 인프라 문제, 열 효율 관리, 오류로부터 전기 시스템 보호에 이르기까지 DC 고속 충전 애플리케이션에 대한 많은 과제"라고 말했습니다. “Sensata에서는 DC 급속 충전 시스템의 전기 보호에 중점을 둡니다. 충전 시간을 단축하기 위해 많은 고전력 충전기가 400V에서 1,000V로, 50kW에서 350kW 이상으로 마이그레이션하고 있습니다. 이는 충전 시스템의 전기 보호 구성 요소에 많은 문제를 야기합니다. 전압 수준이 증가하고 충전 전원이 접촉기 및 퓨즈와 같은 고전압 구성 요소의 기능을 향상시킵니다.”
Dai는 여기서 가장 분명한 우려는 더 높은 전압이 아크를 생성할 가능성이 더 높다는 점이라고 지적했습니다. "이를 위해서는 접촉기와 퓨즈가 아크를 신속하게 소멸시키기 위해 분리 거리를 늘리는 기술을 사용해야 합니다."라고 그는 말했습니다. "그렇지 않으면 중단되지 않은 아크로 인해 접촉기 또는 퓨즈가 격렬하게 폭발할 수 있습니다. 또 다른 문제는 과전류 상태에서 접촉기와 퓨즈 페어링입니다. 접촉기가 파손되기 시작하면 회로, 자체 내에서 과전류의 일부를 소산시키기 시작하여 해당 전류가 퓨즈를 적절하게 차단하는 데 사용할 수 없도록 합니다. 잠재적인 영향은 전체 시스템의 치명적인 오류가 될 수 있습니다. 접촉기와 퓨즈가 함께 작동하도록 쌍을 이루는 Sensata의 차단 솔루션은 이러한 위험을 방지하는 데 도움이 됩니다.”
더 높은 전압으로 마이그레이션
전압 및 전류 수준이 높으면 충전 시간이 줄어들지만 안전 위험과 시스템 설계 문제가 증가합니다. 고전압 접촉기는 안전한 회로 연속성을 제공하는 반면 퓨즈는 위험한 단락 이벤트 발생 시 회로를 보호하기 위해 함께 필요합니다.
Sensata의 회로 보호 솔루션(출처: Sensata Technologies)
기존 DC 온도 퓨즈 technology 이는 단락 상황을 위해 설계되었습니다. 즉, 전류가 짧고 높은 경우 퓨즈가 연결을 녹여 회로를 차단하는 것을 의미합니다. Dai는 기존 DC 온도 퓨즈의 문제점은 전류가 충분히 높지 않고 온도 퓨즈가 녹는 데 더 오랜 시간이 걸리는 과전류 상황에 있다고 지적했습니다.
"이것은 전류 레벨이 퓨즈가 트리거할 열 지점에 도달하지 않고 부하를 차단하는 컨택터의 능력을 압도할 수 있는 회색 영역을 생성합니다."라고 그는 말했습니다. “GigaFuse를 사용하면 접촉기의 차단 기능을 초과하면서 온도 퓨즈가 활성화되기까지 걸리는 시간이 제거됩니다. GigaFuse는 컨택터가 할 수 있는 [정상 작동]과 퓨즈가 트립될 때 사이의 간격을 연결하여 과전류 및 단락 보호 기능을 모두 제공하는 데 도움이 됩니다.
다이는 "접촉기와 퓨즈는 DC 고속 충전기 내의 미션 크리티컬한 구성 요소입니다."라고 덧붙였습니다. “접촉기는 정상 충전 중에 안전한 회로 연속성을 제공하거나 과전류를 분리하는 반면 퓨즈는 위험한 단락 및 과전류 조건에서 충전 시스템을 보호합니다. 핵심은 정상 작동 및 과전류 조건에서 충전기를 완벽하게 보호하기 위해 함께 작동할 수 있는 접촉기와 퓨즈를 갖는 것입니다.”
접촉기 및 퓨즈
접촉기의 더 높은 전압 레벨과 더 높은 전력 충전은 제품에 향상된 차단 기능이 필요함을 의미하며 고객은 1,000V 및 500A 정격 접촉기를 요구하고 있습니다. 또한, 또 다른 필수 기능은 에너지 교환 시장에서 그리드 인텔리전스를 활용할 수 있는 그리드와 차량 간(V2G) 시스템에서 EV 배터리를 충전할 수 있는 접촉기의 양방향성입니다.
다이는 "V2G 외에도 동적 전력 할당은 여러 충전 포트의 전력을 결합하거나 공유하여 실제 수요에 맞게 충전을 맞춤화하는 기술 추세"라고 말했다. "접촉기의 양방향 기능을 통해 충전기는 전류가 순방향 또는 역방향으로 흐르도록 하여 전력을 동적으로 할당할 수 있습니다."
Sensata Technologies에서 사용하는 접촉기 기술은 기밀하게 밀봉되고 가스로 채워져 있어 개방형 접촉기에 비해 상대적으로 작은 크기로 필요한 견고성과 스위칭에 필요한 전력을 제공합니다. Sensata는 고전압 퓨즈 제품을 출시하면서 밀폐형 스위칭 기술에 대한 전략을 계속하고 있습니다. GigaFuse는 고전압 및 고전력 퓨즈 애플리케이션 요구 사항을 위해 설계된 밀폐형 전기 기계 퓨즈입니다. “GiagFuse 시리즈에는 수동 및 수동/능동 조합이 모두 있는 퓨즈 제품이 포함됩니다. 시스템 효율성을 크게 높이고 열 노화를 제거하며 전기 보호를 위한 설계 유연성을 제공합니다.”라고 Dai가 말했습니다.
Sensata GigaFuse의 전자기계식 트리거 메커니즘은 시스템 효율성을 높이고 열 노화를 제거하며 전기 보호를 위한 설계 유연성을 제공합니다. (출처: 센사타 테크놀로지스)
고전력 애플리케이션의 새로운 기술적 과제를 해결하기 위해 Sensata는 전기 보호를 위한 새로운 통합 기술을 제공합니다. “완전히 출시되기 전에 고객을 위해 샘플링할 새로운 솔루션은 파이로 퓨즈가 통합된 세계 최초의 접촉기인 PyroTactor입니다.”라고 Dai가 말했습니다. “GFC PyroTactor는 HV 퓨즈와 접촉기의 기능을 단일 장치에 결합하므로 각 구성 요소의 크기를 별도로 지정할 필요가 없습니다. GFC 시리즈는 양방향이며 최대 1,500V의 시스템 전압을 처리할 수 있으며 기능에는 수동 및 능동 트리거링이 포함됩니다. 이 새로운 설계는 접촉기 및 퓨즈 쌍의 설계 복잡성을 크게 줄이고 열 노화를 제거하며 설치 시간, 복잡성 및 비용을 크게 줄입니다.”
이 기사는 원래 자매 간행물 인 Power Electronics News에 게시되었습니다.