1 システムの説明

市場での電気自動車の急速な普及とソーラー・エネルギー設計の一般化により、安全なエネルギー伝送システムの需要が高まっています。

現在、約 400V の高電圧 (HV) バッテリが電気自動車の保存素子として使用されており、高電圧バッテリへの移行が強くトレンドされており、充電時間の短縮が可能になっています。DC 高速チャージャは、オンボードのバッテリ・チャージャをバイパスして、電気自動車 (EV) のバッテリ管理システムに電力を供給します。これは、電気自動車の電源装置 (EVSE) から車両に直接流れる HV DC ラインに相当します。ソーラー・ストリング・インバータの場合、最大 1kV の太陽光発電 (PV) ストリング・パネルから HV DC ラインが生成されます。

この種の HV DC 配電システムでは、ユーザー保護が必要です。システムのすべての HV 部分は、高抵抗値のパスを経由して保護用のアースに絶縁されています。この絶縁により、最大リーク電流が制限されます。国際規格では、システムとの接触による人的負傷を防止するために、リーク電流を 10mA に制限する必要があります。絶縁監視デバイスは、この絶縁抵抗を監視し、絶縁抵抗が十分でない場合はシャットダウンを開始します。

設計者は、基本絶縁または強化絶縁の達成に適用される絶縁要件を考慮する必要があります (これらはライン電圧とピーク電圧に基づいて決定できます)。事故を防止するには、絶縁バリアの適切な動作を監視することが必須です。

図 1-1 DC 非接地配電システムの絶縁バリア。

ワイヤ・ハーネスの劣化、電力処理部品の一般的な経年劣化、半導体のピーク電気的ストレスなど、多くの要因が原因で、絶縁の劣化や損失が発生する可能性があります。絶縁に関して単一の障害点が発生した場合でも、システムの動作に大きな影響を及ぼすことはありませんが、HV 動作環境にオペレータが接触した場合には潜在的な危険が伴います。

図 1-2 非接地 DC 配電システムの絶縁バリアのリーク

DC 高速充電ステーションやソーラー・ストリング・インバータなど、非接地配電システムは、IEC 61557-8：『最大 AC 1000V、DC 1500V の低電圧配電システムにおける電気的安全性』などの安全規格に準拠している必要があります。これはさらに、DC 高速充電ステーション向けに IEC 61851-23 で規定されています。

これらの安全規格では、エネルギー転送中に一定の間隔で絶縁バリアを監視する必要があります。EVSE では、充電プロトコルは充電前に絶縁監視テストも確立します。この考え方は、致命的な短絡につながる可能性のある絶縁バリアのブレークダウンを防止することです。

前述の規格に従い、警告 (500Ω/DC V) - 2mA)、およびフォルト (100Ω/DC V - 10mA) スレッショルドが絶縁バリア抵抗に対して設定されています。絶縁バリアの抵抗がこれらの制限を下回ることはありませんが、適切な条件が実証されており、動作は期待されていません。

警告状態が検出されると、ヒューマン・マシン・インターフェイス (HMI) を経由して視覚的な表示がトリガされ、その後、中央制御ユニットによって制御動作が実行されます。 フォルト状態が検出されると、エネルギー分配は停止します。

図 1-3 DC 非接地配電システムの絶縁監視デバイス

このデザインはデフォルトで 400V システム用に設計されていますが、スイッチイン抵抗性分岐の抵抗ネットワークを変更することで、最大 1000V の電圧に調整できます。