風冷から液冷へ、800kW超急速充電で分単位充電時代が到来

800kWの超急速充電技術により、電気自動車の充電速度が「分単位」時代に突入しました。2023年9月、中国の工業と情報化部は、2つの電気自動車充電規格（GB/T20234.1-2023とGB/T20234.3-2023）を発表し、最大充電電流を250Aから800Aに引き上げ、充電出力を800kWにまで向上させるとともに、新旧の充電コネクタの互換性を確保しました。しかし、高出力充電には深刻な発熱問題も伴います。従来の風冷方式は、大出力時において、冷却の不均一さ、効果の低さ、騒音の大きさなどの問題により、高効率な冷却が困難でしたが、液冷システムはこの問題を解決しました。液冷技術は、より高い電流と電圧に対応でき、800kW超急速充電設備が高出力条件下でも安定して運転できるようにし、ケーブルやコネクタの重量を軽減し、過熱による機器の損傷を防ぐことで、電気自動車の充電設備の信頼性と寿命を向上させます。

充電ステーションの構造において、前段（電源変換の初期段階、整流とフィルタリング、力率補正、EMIフィルタリングを含む）および後段（電源変換の後続段階、DC-DC変換、共振変換、出力フィルタリングを含む）の両方で、高効率なエネルギー変換を実現するために、さまざまな磁気部品が使用されています。前段では、PFCインダクタ、共模インダクタ、差模インダクタなどの磁気部品が使用されており、PFCインダクタは力率を向上させ、ハーモニック歪みを低減し、共模インダクタは共模ノイズを抑制し、電磁干渉を減少させます。差模インダクタはフィルタリングと電流の平滑化を担当します。後段では、差模インダクタがDC-DCコンバータのフィルタリング作業を担当し、主変圧器が電圧変換と電気的隔離を行い、共振インダクタは共振コンバータで高効率のエネルギー伝達を提供します。

磁気部品は高出力充電技術において重要な役割を果たしており、磁芯材料、周波数の向上、巻線方式、冷却管理などの技術面から最適化と設計を行うことができます。

高出力充電性能に影響を与える磁気部品の重要ポイント｜磁気飽和電流と温度上昇電流

磁気飽和と過熱は、インダクタの寿命に悪影響を与えるため、磁気飽和電流（Isat）と温度上昇電流（Irms）の2つの指標パラメータを設定することにより、インダクタが正常な動作条件下で飽和や過熱による損傷を回避できるようにする必要があります。電動車の充電ステーションにおいて、高出力かつ高温の条件下で、磁気飽和電流（Isat）は、インダクタが大電流条件下でも飽和状態に達しないようにし、エネルギーの蓄積と電流の平滑化能力を維持します。一方、温度上昇電流（Irms）は、インダクタが許容温度上昇範囲内で動作し、過熱による性能低下や損傷を防ぐことで、充電ステーションの電源システム全体の性能を最適化します。

飽和電流は、インダクタンス値の低下程度を基準とした定格電流で、通常、インダクタンス値が20-30％低下した時の電流として定義されます。直流重畳法を使用して、異なる電流下でのインダクタンス値の減衰状況をテストし、インダクタの磁気飽和特性を分析することができます。

インダクタ自体には寄生直流抵抗が存在するため、動作状態では電流が増加するにつれてインダクタ内部の温度が上昇します。一般的に、インダクタの自己温度上昇が20℃または40℃を超えない時の電流が温度上昇電流とされ、インダクタ製品の使用定格電流として扱われます。この電流範囲内で動作することで、インダクタが過熱による損傷を防ぐことができます。

直流重畳方式を使用して、磁気飽和電流と温度上昇電流の検証とテストを行うことができます。MICROTEST DCバイアス電流テストシステムは、最大出力電流640A、周波数応答範囲100Hz-10MHzを持ち、電流スキャン分析機能を提供して、インダクタが電流の影響を受けてインダクタンス値がどの程度減少するかを確認し、磁気飽和と温度上昇特性を精密に検証します。