- 1. はじめに
- 2. EV産業のトレンド
- 3. 電気自動車関連規格
- 4. EV充電システム
- 5. UL2202（EV充電システム機器）
- 6. 電源回路
- 7. 非電源回路
- 8. IEC 61851 (充電システムでの電気自動車の伝導に関する要件) 及び GB/T 18487 (電気自動車を AC/DC 電源に接続するための要件)
- 9. 充電スタンドのアクセサリ
- 10. 当社はお客様に完全なソリューションを提供します
- 10.1. 8200シリーズ：安全規格適合アナライザ
- 10.2. 7800シリーズ：多機能安全試験器
- 10.3. 3800シリーズ：耐電圧試験器
- 10.4. 3240：AC/DCアース導通試験器
- 10.5. 620L：リーケージカレントテスター
- 10.6. 8500シリーズ：プログラマブル交流電源
- 10.7. 6300Pシリーズ：大容量プログラマブル三相交流電源
はじめに
EV（電気自動車）産業は、幅広い分野をカバーしています。 このようなEV の電気的試験を詳細に紹介するために、このアプリケーションは、Vol.1とVol.2に分割しました。EVアプリケーションVol.1では、EV充電システムと充電スタンドアクセサリを中心に取り上げます。
EV産業のトレンド
世界の持続可能な開発のために、各国の政府は省エネルギーや炭素削減に関連する政策を実施する努力をしています。同様に燃料使用量と大気汚染物質の排出量を削減するために、ゼロエミッションのEV を推進しています。これらがグリーンエネルギー開発の鍵となります。
EV出荷台数は過去10年間で大幅に拡大しました。いくつかの国は、化石燃料車を禁止する計画を発表しました。ドイツなどは2030年から化石燃料車の新規販売を禁止すると発表しました。このようなことから、電気自動車に対する大きな需要が生まれています。 Allied Market Researchによると、世界のEV市場は2020年から2027年の間に8,028億1000万ドルに達すると予想されており、これは22.6%のCAGR（年平均成長率）に相当します。一方、充電スタンド、バッテリー、及びその他の関連コンポーネントの需要が急増しています。活況を呈している電気自動車産業に対応して、メーカーは十分に準備を整え、高品質で安全な製品を顧客に提供する必要があります。
電気自動車関連規格
多くの国ではEVの安全性を確保し、ドライバーと乗客を保護するために関連する規制を策定しています。 特にEV化が進む中、ハイパワー化、高電圧化が進み、電気安全への配慮が求められています。 我々は、EV関連の電気安全規格と試験方法を一覧表示し、EV 試験の課題を解決するための完全なソリューションを提供しています。
EV充電システム
EV市場の成長とともに、充電システムは自動車オーナーの新たな選択肢となりました。ただし、高度な性能と斬新な外観を除けば、充電時間は依然として自動車所有者の大きな関心事です。例えば、家庭用の充電スタンドは交流電源を使用しますが、完全に充電するには一晩かかります。これに対して公共の充電スタンドは専用のDC電源を使用するため、EVは数時間で完全に充電できます。
また、走行距離の不安を避けるために、居住エリア内または長距離旅行の途中に充電スタンドが十分にあることを確認する必要があります。政府やメーカーがEVを普及させている一方で、EV充電の高い需要をサポートするために充電スタンドの建設も加速しています。Markets and Markets によると、EV充電スタンドは2020年から2027年の間に2,115,000から 30,758,000 に増加すると予想しています。
前述のように、出力電流に応じて充電スタンドはAC低速充電とDC高速充電に分けることができます。 充電スタンドの種類に関係なく、全て国際コンプライアンスの要件を満たす必要があります。 EV充電スタンドの関連規格は、UL 2202 (EV充電システム機器の規格)、IEC 61851 (EV導電性充電システムの一般要件)、及び GB/T18487 (EV導電性充電システムの一般要件)です。
UL2202（EV充電システム機器）
EVの充電システムは、車載充電器と充電スタンドに大別されます。米国市場では、これらの充電器はUL2202に準拠する必要があります。この規格は、600V以下のEV充電システムに焦点を当てており、試験基準は定期試験の種類によって異なります。型式試験には、耐電圧試験、アース導通試験、及び漏れ電流試験が必要です。充電システムには、電力回路と非電力回路の両方が含まれています。耐電圧試験には、これらのタイプの回路に対して様々な試験方法があります。
電源回路
電源回路には、様々な試験ポイントで多種多様な試験電圧要件があり、試験時間は60秒となっています。
| 試験ポイント | 試験電圧 |
| 一次回路 (主回路) とシャーシ等の金属部分、一次回路と二次回路、及び全ての二次巻線の間 | 1000Vac＋定格電圧×２(最大2200Vac) |
| 活電金属部品と活電金属部品の間 ※電源回路にモータが接続されている場合 | 1000Vac |
| 回路とシャーシ等の金属部品の間 | 50Vac未満の二次回路：500Vac その他：1000Vac |
| コンデンサの端子間 | 1000Vac＋コンデンサの定格電圧×２ (最大 2400Vdc) |
DC電圧を使用して上記の試験を実行する場合、試験電圧は1.414倍になります。 試験中に故障が発生しないことを合格判定とし、30V未満のDC回路は試験する必要はありません。
非電源回路
非電源二次回路は60秒間の耐電圧試験を実施する必要があります。試験電圧は、一次回路と二次回路、二次回路とアース接続が切断された接地金属、及び変圧器の絶縁された二次巻線の間に適用されます。
| 条件 | 試験電圧 |
| 30Vac (60Vdc) 未満 | 試験不要 |
| 30～333.3 Vac (または60Vdc 以上) | 動作電圧の10倍 (最大1000Vac) を使用 |
| 333.3 Vacと1000 Vacの間 | 動作電圧の3倍を使用 |
| 1000Vacを超える場合 | 1750Vac + 動作電圧×1.25 |
※試験が完了時に絶縁破壊が発生しないこと。
| UL2202 | ||||||
| 試験の種類 | 耐電圧試験 | アース導通試験 | 漏洩電流試験 | |||
| 型式認定 | 日常試験 | 型式認定 | 日常試験 | 型式認定 | 日常試験 | |
| 要求 | 2200Vacまで | 1200Vac 1700Vdc + 定格電圧×3.4 | 25A | 導通試験 | 定格電圧 | ― |
| 時間 | 60秒 | 1秒 | ― | ― | ― | ― |
| 良品の基準 | 絶縁破壊しないこと | 0.1Ω以下 | ― | 5mA以下 | ― | |
| 備考 | ||||||
| 表1：UL 2202 電気安全性試験要件の概要 | ||||||
IEC 61851 (充電システムでの電気自動車の伝導に関する要件) 及び GB/T 18487 (電気自動車を AC/DC 電源に接続するための要件)
IEC61851は、国際電気標準会議によって策定されたオフボード充電システム (充電スタンド) の国際規格です。ヨーロッパは、1000Vac (1500Vdc) 未満のEV充電スタンドの試験要件としてこの規格を採用しています。中国GB/T18487は、この規格から策定されたものです。
従って、両方の規格には、AC/DC耐電圧試験、絶縁抵抗試験、アース導通試験、及び漏れ電流試験という同じ電気安全試験要件があります。
耐電圧試験を実施するときは、DUTのL端子とN端子を短絡してからテスターのHVリードに接続し、DUTの接地端子をテスターのリターンリードに接続します。試験電圧は絶縁レベルに依存するため、基本絶縁は定格電圧に1200 Vacを加えたもの (通常は1500 Vacから2200 Vac) に耐える必要があり、強化絶縁は定格電圧に2400 Vac を加えた電圧に耐える必要があります。
60秒間の耐電圧試験中に絶縁破壊が発生してはなりません。絶縁抵抗試験及び耐電圧試験の構成は同じですが、試験電圧は500 Vdcです。合格の決定は、絶縁抵抗の値が1MΩより大きくなければならないことです。
シャーシの金属を通る障害電流が適切に地面に流れるかどうかを確認するには、16Aを注入します。DUT のグランド端子に電流を流して、アース導通試験を実行します。接地端子とDUTシャーシ間の接地抵抗の測定値は、0.1Ω未満である必要があります。
作業者が誤って感電しないように保護するため、充電スタンドにはプラグソケットがあり、漏れ電流試験を実施する必要があります。DUTは、定格電圧の110%で交流電源に接続します。漏れ電流テスターリードをソケットの極とDUTの金属シャーシに接続し、これら2点間の漏れ電流を測定します。漏れ電流は3.5mA未満である必要があります。
| IEC 61851 / GB/T 18487 | ||||
| 試験の種類 | 耐電圧試験 | アース導通試験 | 漏洩電流試験 | 絶縁抵抗試験 |
| 要求 | 1.5kV～4.4kVac | 16A | 定格の110% | 500Vdc |
| 時間 | 60秒 | － | － | － |
| 良品の基準 | 絶縁破壊しないこと | 0.1Ω以下 | 3.5mA以下 | 1MΩ以上 |
| 表 2: IEC 61851 及び GB/T 18487 電気安全試験要件のまとめ | ||||
多くのEV充電システムメーカーは、オンライン試験の生産に 7850を選択しています。我々は完全な安全性試験ソリューションを提供し、顧客が製品で直面する課題をオンラインで解決するのに役立ちます。さらに、型式試験には通常の試験よりも多くの試験基準が必要でした。当社のお客様のR&D チームではSC6540シリーズマトリクススキャナを備えた8200シリーズ電気安全規格適合アナライザを選択しました (図1を参照)。完全なソリューションは、メーカーが研究開発からオンライン生産まで一貫した基準と高い製品品質を維持するのに役立ちます。
上記の試験に加えて、多くのメーカーは、回路基板の負荷容量試験も実施しています (例: 電流制御ボードの充電スタンド)。このような試験では、安定した電源と、電圧周波数を任意に変更できるリモコンが必要になるため、電源の品質と性能が求められます。主要な充電スタンド メーカーは、充電スタンド 試験の要件を満たすために、広い周波数出力範囲と様々な通信インターフェースを備えた高電力供給を備えた6300シリーズハイパワープログラマブル三相交流電源を選択しています。
充電スタンドのアクセサリ
IEC 61851 (電気自動車の導電性充電システムの規格) 及び GB/T 18487 (電気自動車の導電性充電システム AC / DC電気自動車充電スタンドの規格) によると、充電スタンドとEVの接続は次の3つのタイプに分類できます。 図2に示します。
充電システム自体が一連の厳格な試験に合格する必要があるだけでなく、プラグ、ソケット アウトレット、車両コネクタ、車両インレット (図3を参照) などのアクセサリも、安全性を確保するための規格に準拠する必要があります。関連する規格は、IEC 62196 (プラグ、ソケット アウトレット、車両コネクタ及び車両インレットの規格)、G/Tです。20234.2 (電気自動車の導電性充電の規格)、及び UL 2551 (電気自動車のプラグ、レセプタクル、及びカプラーの規格)。
耐電圧試験及び 絶縁抵抗試験を実施するには、3つの標準すべてが必要です。 IEC 62196 及び G/T 20234.2 には、ACアース導通試験が必要です。電気システムと規制に応じて、車両と充電スタンドのソケットとプラグは2極から4極になります。
耐電圧試験と絶縁抵抗試験要件と合格判定は異なりますが、DUTとテスターの構成は同じです。
耐電圧試験の試験電圧はDUTが耐えられる絶縁電圧に基づいています。表3と4にDUT の絶縁電圧に対応する IEC 62196、G/T 20234.2、及び UL 2551 耐電圧試験電圧 (最大3000Vac) を示します。 60 秒間の試験期間、DUTはこの高電圧に絶縁破壊することなく耐える必要があります。
絶縁抵抗試験に使用される試験電圧は、通常500Vdcです。
DUTの定格電圧が500Vac を超える場合、試験電圧は1000Vdc にする必要があります。 試験時間は60秒で、絶縁抵抗値が5MΩ以上であれば合格となります。
| 接続用ソケットの耐電圧(Vac) ※ | 耐電圧試験電圧 (Vac) |
|---|---|
| 50V以上 | 500V |
| 50V～415V | 2000V |
| 415V～500V | 2500V |
| 500V以上 | 3000V |
| ※基礎絶縁電圧は定格電圧以上にするべきです。 出典: IEC 62196 プラグ、ソケットアウトレット、車両コネクタ、及び車両インレットの規格 | |
| 表 3: IEC 62196 及び G/T 20234.2 耐電圧試験電圧 | |
| UL2251 | |
|---|---|
| AC耐電圧 | |
| 定格電圧（V） | 試験電圧（V） |
| 50V以下 | 500V |
| 50Vを超え300V以下 | 2000V |
| 300Vを超え600V以下 | 3000V |
| 表４：UL 2551 耐電圧試験電圧 | |
試験要件に注意を払うことに加えて、耐電圧試験及び絶縁抵抗試験の試験方法も非常に重要です。 まず、DUTの全ての極 (充電スタンドアクセサリ) をテスターのHVリードに接続する必要があります。次に、シャーシをテスターのリターンリードに接続します。 (図5)。 さらに、全てのDUTの極を順番に試験する必要があります (図6)。
絶縁保護を強化するために、メーカーは極の内側に絶縁保護を追加します。この設計はユーザーの安全を守ることができるため、試験も必要です。絶縁体の内側に金属箔の層を巻き付け、テスターをこの点とシャーシに接続します (図7)。
誤って充電されたアクセス可能なシャーシ等の金属部分は、ユーザーが怪我をするのを防ぐために、障害電流が大地アースに流れる必要があります。したがって、AC アース導通試験を実施するには、IEC 62196及びG/T 20234.2が必要です。25A acを60秒間注入し、接触可能な金属部分と大地アースの間の抵抗が0.05Ω未満かどうかを測定します。
当社はお客様に完全なソリューションを提供します
生産ラインであろうと研究開発であろうと、我々はEV業界に最適な電気的安全性試験ソリューションを提供します。
8200シリーズ：安全規格適合アナライザ
8200 シリーズには、AC/DC 耐電圧、アース導通、漏れ電流などの試験基準が含まれており、1 人の試験担当者のみで充電スタンド関連で要求される試験規格（UL 2202、IEC 61851、及び GB/T 18487 など）を完了することができます。耐電圧試験は、最大 5kVac 及び 6kVdc を提供できます。試験電流は、アース導通及び連続試験を実施するため最大40Aです。内蔵の測定模擬回路 (MD) により、漏れ電流試験効率が向上します。8200 シリーズは、充電スタンドの研究開発チームにとって最良の選択と言うことができます。
7800シリーズ：多機能安全試験器
従来製品SE7400シリーズが次世代の7800シリーズに進化・グレードアップしました。 高品質と精度は、当社の必須要件です。さらに、高度なアーク放電検出精度とアース導通試験により、安全性試験機能が向上するだけでなく、バーコードスキャナーを使うことで総合的に生産効率が向上します。EV充電スタンド規格UL2202で要求される耐電圧、連続試験は7800シリーズで試験可能です。ビルトインスキャナーまたはSC6540シリーズマトリックススキャナーとのバンドルにより、7800シリーズは生産ライン試験に最適な選択肢となります。
3800シリーズ：耐電圧試験器
A4 サイズの安全テスターは、安全試験器市場で最軽量（※）の耐電圧テスターです。試験用ベンチの限られたスペースにすばやく容易にに収まります。AC/DC 耐電圧と絶縁抵抗を1つのテスターに統合し、最大 5kVac及び6kVdc の試験電圧を提供します。UL 2551などの充電スタンドアクセサリに特に適しています。さらに、機器相互接続技術により、EGB-300 と接続してIEC 62196 及びG/T 20234.2を実行することにより、完全なソリューションを構築できます。
※当社調べ
3240：AC/DCアース導通試験器
AC/DCアース導通試験器3240 は、AC及びDC 試験機能をコンパクトなサイズの設計に統合した、当社の次世代アース導通試験器です。3240は、最大40A の電流測定機能と高精度性能を提供し、高品質の製品を顧客に提供するという当社のコミットメントを実現しています。これは、EV 業界の厳しい試験要件に対する理想的なソリューションであり、コンパクトな設計にもかかわらず、3240は適応性に欠けることはありません。3800シリーズ 耐電圧テスターと連動して 5-in-1 試験システムを実現します。2Uラックに簡単に取り付けることができ、完全なAC/DC耐電圧、絶縁抵抗、AC/DCアース導通試験ソリューションを作成できます。
620L：リーケージカレントテスター
漏れ電流試験の要件は複雑ですが、620Lリーケージカレントテスターを使用すると、それがより簡単になり、お客様のニーズを満たします。7 種類の人体シミュレーション測定用模擬回路 (MD) と 8 種類の試験障害状態シミュレーションにより、現実世界の状態を再現するための様々な可能性が生み出されます。さらに、620L は最大40 Aの負荷容量を備えているため、EV充電スタンドの電気的安全性試験に適しています。
8500シリーズ：プログラマブル交流電源
8500シリーズは、次世代の高性能プログラマブル交流電源です。一般的な標準2Uサイズで最大 3kVA、標準4Uサイズでは最大6kVAの出力電力を持っています。8500シリーズは、パルスやサージ波形などの豊富な付加機能を持っており、電源の停電、電圧降下、その他 異常なグリッド条件を作成可能です。8500シリーズは、あらゆる種類のアプリケーションにとって理想的で費用対効果の高いソリューションです。
6300Pシリーズ：大容量プログラマブル三相交流電源
6300P シリーズの高出力プログラマブル三相交流電源は、45-70Hz/45-500Hz/360-440Hz/760-840Hzの幅広い出力周波数と最大150kVAの出力を備えています。 様々な通信インターフェースを備えた広い周波数出力範囲と大容量出力により、充電スタンドの性能試験要件を満たします。 また、当社独自の技術「過電流フォールドバック機能」により、出力電圧を自動調整し、電流値を一定値に保ち、モータ等が安定して動作するまで継続します。