EVのAC充電アプリケーションにおける残留電流モニタリングの課題

電気自動車（EV）のインフラは進化しており、ACウォールボックスの市場は急速に拡大している。

同時に、双方向充電やV2X（Vehicle to Everything）アプリケーションの台頭により、特にEVにおいて新たな課題が浮上しています。これらの傾向は、AC充電アプリケーションにおいて残留電流モニタリング（RCM）が中心的な役割を果たすことを意味する。

この記事では、現在の市場、新たなトレンド、そしてウォールボックスとEVの両方における残留電流モニタリングの重要性について掘り下げている。

ACウォールボックスとACケーブルの市場は、世界的な電気自動車の普及拡大に牽引され、大幅な成長を遂げている。これらの市場は急速に成熟しており、電気自動車のAC充電の安全性と効率を確保するために、明確に定義された仕様と厳しい規格によって特徴付けられている。

しかし、EV自体にも新たな課題が生まれつつある。

第一に、トランスレス車載充電器（OBC）は、次の大きなAC充電のトレンドである。自動車メーカーは、重量と体積を減らし、EVのあらゆるシステムの効率を向上させながら、大量生産時のコストを抑制する必要があるからだ。このような性能要件と、高電圧・高電流による安全性の課題から、RCMの重要性はますます高まっています。

第二の課題は、Vehicle to Everything（V2X）技術の導入による新たな複雑性の層である。V2Xによって、EVバッテリーに蓄えられたエネルギーは、単に車両に電力を供給するだけでなく、他の車両、家庭、家電製品、さらには送電網にまで供給されるようになる。このパラダイムシフトは、車載充電回路／システムだけでなく、EV充電インフラの設計と運用にも大きな影響を与える。双方向OBCシステムは、V2X機能を実現するために不可欠であり、これらのシステムには、EVエンドユーザーを感電から保護する高度な安全ソリューションが必要です。双方向OBCには、ISO5474のような最新の規制に準拠しながら、AC電流とDC電流の両方を扱うことができる、非常に信頼性が高く正確なRCMソリューションが必要です。

EV充電における最大の関心事は、感電に対する利用者の安全を確保することである。従来のAC充電インフラには、強固な標準と明確な仕様があります。しかしEVでは、トランスレスで双方向のOBCシステムへの移行により、より高い残留電流検出基準を要求する複雑さが生じています。具体的には、RCMセンサは環境磁界や電界に強く、過負荷を効率的に管理し、充電プロセスを中断させる誤作動を回避する必要があります。

RCMセンサは、漏れ電流を検出して保護メカニズムを作動させることで、ユーザーを感電から守る重要な役割を担っています。EV充電アプリケーションでは、その要件は特に厳しい。AC漏れ電流とDC漏れ電流の両方を検出する必要があり、充電プロセスを中断させる可能性のある誤警告を避けるため、非常に堅牢でなければなりません。

図1：OBC市場の双方向への進化

双方向OBCシステム（図1）の出現により、さらに複雑さが増している。これらのシステムは、電気自動車における交流電力伝達の機能安全要件を規定した新しいISO5474規格に準拠しなければなりません。双方向OBCシステムで使用されるRCMセンサは、この規格に準拠していなければなりません。この規格は、V2X動作中の安全性を確保するために、ACおよびDC漏れ電流を高精度で検出することを義務付けています。

IEC62752、UL2231、IEC62955、新ISO5474では、交流と平滑直流の漏れ電流の検出が要求されています。図2に示すように、AC、A、Fタイプの漏れ電流検出コンポーネントでは適切な安全レベルを確保できないため、どのRCMソリューションも使用できません。

図2：RCMタイプBは交流と平滑直流を検出します。

フラックスゲート技術は、ACとDC両方の漏れ電流を検出する際に優れた性能を発揮するため、EV充電アプリケーションの残留電流モニタリングに最適です。LEMのRCMセンサ、CDSRおよびCDTシリーズは、当社独自のフラックスゲート技術の恩恵を受けており、卓越した精度と帯域幅を実現しています。

RCMセンサが正しく機能していることを確認することも重要であるため、CDSRとCDTファミリーは自己テストと診断（温度、過電流検出、過/不足電圧保護など）を内蔵しています。LEMの品質と技術革新への献身、および国際規格への準拠へのコミットメントは、業界のベンチマークを設定し、そのソリューションをEV充電やその他の用途の自動車エンジニアにとって魅力的なものにしています。

ACウォールボックス設計に最適な電流センサは、国際トリップ規格（IEC 62752/62955/UL 2231）に準拠し、幅広い出力電力レベルに適している必要があります。また、3.3 kW～22 kWのAC充電システム全体で設計を再利用できるよう、単相および三相アーキテクチャをサポートしている必要があります。

LEMが開発したフラックスゲート技術は、現在入手可能な最も正確な非接触測定技術であり、CDSRセンサがACとDCの両方をモニターする際に卓越した精度を提供することを可能にし、わずか5 mAの漏れを検出する能力を可能にします。このセンサは単相と三相のバージョンがあり、様々な充電システムに適しています。コンパクトな設計と容易な統合、縦型形状により、システムエンジニアの設計プロセスを合理化し、ACウォールボックス・ソリューションの安全性と性能の向上を目指すOEMやティアワン・サプライヤーにとって理想的な選択肢となります。

最近発売されたCDTセンサもLEMの特許取得済みフラックスゲート技術をベースにしており、±0.5 mA @ 5 mAという前例のない精度とクラス最高の車載グレードにより、充電ケーブルの漏れを検出するソリューションとして際立っている。CDTは、すべての関連規格を満たしながら、ダイナミック・フォールト・トリップと高度な診断機能を提供し、システム・エンジニアの設計プロセスを容易にします。

CDTセンサは単相と三相のバージョンがあり、様々な充電ケーブル構成に適しています。その高度な診断機能とダイナミックなフォールトトリッピング機能は、システムエンジニアに充電ソリューションの性能と安全性を最適化するための貴重なツールを提供します。
 

様々なアプリケーション（V2X）の電源としてEVバッテリーの使用を可能にする双方向OBCシステムへのシフトは、ISO 26262 ASIL B準拠で新しいISO5474規範に準拠した自動車グレードのタイプB RCMセンサの必要性を強調しています。LEMのCDT-SFセンサはこれらの要件をすべて満たし、独立した2つの測定チャンネル、自己診断機能、上記の画期的なレベルの精度、SPIを介した詳細なエラー報告を提供します。独立した2つの測定チャンネルは冗長性と信頼性を高め、自己診断機能と詳細なエラーレポートは最適な性能と安全性を保証します。また、このセンサは、安全テストなどのための完全な外部テスト巻線も可能です。

動的トリップ機能により、システムエンジニアは特定の地域や規範要件に従ってトリップしきい値を設定することができます。この柔軟性により、センサは様々な市場やアプリケーションで使用することができ、また、車両対負荷（V2L）充電から車両対系統（V2G）充電に切り替える際にシステムを適応させ、効率を向上させるために使用することができます。

図3：EV ACアプリケーション用LEMソリューション

急速に進化するEV AC充電の世界で、LEMはその革新的なRCMソリューションでリードし続けています（図3）。双方向およびV2Xアプリケーションの微妙な課題に対処し、最新の規範へのコンプライアンスを確保することで、LEMはシステムエンジニアに、設計プロセスを簡素化し安全性を高める信頼性の高い高品質のセンサを提供しています。市場の進歩に伴い、LEMは電気測定技術の進歩を推進し、ベンチマークを設定する極めて重要なプレーヤーであり続けています。

電気自動車の普及とAC充電アプリケーションの複雑化に伴い、高度な残留電流監視ソリューションの必要性はかつてないほど高まっています。LEMのCDSRおよびCDTセンサは、充電ソリューションの安全性と性能を保証するために必要なツールをシステムエンジニアに提供し、CDT-SFセンサは双方向OBCシステムおよびV2Xアプリケーション特有の課題に対応します。業界が進化し続ける中、LEMの革新と卓越性へのコミットメントは、電気測定技術の最前線に留まり続けることを保証し、EV充電の未来に信頼できる正確なソリューションを提供します。