EV関連の規格とアプリケーション Vol.2

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.2では、EVのバッテリー、モータ、DC/DC コンバータに焦点を当てます。

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バッテリー

近年のEV販売の継続的な成長により、バッテリーの需要も大幅に拡大しています。 TechNavio によると、EVバッテリーの年平均成長率 (CAGR) は2021年から2025年の間に18%を超えると予測されています。従って、バッテリーの生産量は、EV市場を後押しするためのひとつのキーを言うことができます。同時に、EVバッテリーの品質も別の意味でキーとなります。EVの開発は、強力な耐久性と豊富な機能に焦点を当てていますが、EVバッテリーパックの動作電圧は一般的に300V以上です。これは、安全な電圧 (< 60Vdc) よりもはるかに大きいです。 そのため、バッテリーパックの電気的安全性には特別な注意が必要です。安全であることを確認するには、一連の試験に合格する必要があります。

試験の詳細を説明する前に、EVバッテリーパックを簡単に紹介します。各バッテリーパックは複数のバッテリーモジュールで構成され、各バッテリーモジュールは複数のセルで構成されています。単一のバッテリーモジュールまたはセルに欠陥がある場合、バッテリーパックが損傷し、安全上の懸念が生じる可能性があります。そのため、ほとんどのメーカーはセルの絶縁抵抗試験を実施して、内部の絶縁層に異物や損傷がないことを確認しています。 次に、モジュールの端子とシャーシの間に耐電圧試験を実施して、アセンブリと構造が安全であることを確認します。

UL2580（EV用バッテリー）

耐電圧試験は、バッテリーパックの構造が適切に組み立てられ、絶縁不良が発生していないことを保証するものです。 そのため、UL 2580 では、定格の2倍のDC電圧 (通常は600 Vdcから1200 Vdc) をバッテリーの正極/負極とシャーシ間に60秒間印加することを要求しています。このときDUT が故障してはなりません。

生産拡大と品質要件に対応するために最適なソリューションは、多機能安全試験器7800シリーズと7006マトリックススキャナーの組み合わせです。複雑な配線や操作など、生産ラインに共通する問題を解決するための複数の試験ポイントを提供可能であり、UL規格の機器要件に準拠するだけでなく試験効率と生産能力も向上します。

EV駆動用モータ

EV駆動モータは、高電圧や高温などの過酷な環境下で長時間稼働します。また、落雷や誤動作、故障など、想定外の事態が発生した場合でも、電圧上昇に耐え、限界を超えた漏れ電流を流さないようにする必要があります。そのため、高電圧に耐える能力を確保し、EVの損傷やドライバーと乗客の偶発的な感電を回避するために、厳格な電気的安全性試験が必要です。EV駆動用モータは、米国ではUL1004 が必要であり、中国ではGB18488 が必要であり、ヨーロッパではIEC60349 が必要であるなど、ターゲット市場ごとに異なる規格があります。各規格の要件にはわずかな違いがあります。以下でそれぞれ紹介していきます。

UL1004-1 (回転電機 – 一般要件)

UL1004-1 は、多くのモータ安全規格の中で最も完全な電気安全試験要件を備えています。耐電圧試験及びアース導通試験を実施する必要があります。また、モータの安全性と品質を確保するために、モータに使用される材料には絶縁抵抗試験が必要です。

耐電圧試験の試験電圧は、定格電圧と試験の種類（型式試験と日常試験）によって異なります。型式試験を実施するには、定格電圧が42.4Vacまたは60Vdcよりも高い場合、ACモータの試験電圧は1000Vac に最高定格電圧の2倍を加えたもの、DCモータは1400Vdcに最高定格電圧の2.8倍を加えたものでなければなりません。定格電圧が42.4Vacまたは60Vdc未満の場合、ACモータの試験電圧は500Vacで、DCモータは700Vdcです。型式試験の試験時間は60秒です。

日常試験 (生産ライン試験とも呼ばれます) の試験要件は、型式試験と同じように適合させるか、試験電圧を上げて試験時間を1秒に短縮し、試験能力を高めることができます。
従って、定格電圧が42.4Vacまたは60Vdcを超える場合、ACモータの試験電圧は1000Vacに最高定格電圧の2.4倍を加えたもので、DCモータは1700Vacに最高定格電圧の3.4倍を加えたものでなければなりません。

定格電圧が42.4Vacまたは60Vdc未満の場合、ACモータの試験電圧は600Vacで、DCモータは 850Vdc です。表1に、様々な条件での試験電圧をまとめます。 また、UL1004-1は、500VAを超える試験機器の容量を適合させるために必要です。目的は、出力電流が電気モータを正確に試験できるようにすることです。

定格電圧	型式試験			日常試験
	ACモータ	DCモータ	試験時間	ACモータ	DCモータ	試験時間
42.4Vac（60Vdc）より高いとき	1000＋2×V	1400＋2.8×V	60秒	1200＋2.4×V	1700＋3.4×V	1秒
42.4Vac（60Vdc）より低いとき	500	700	60秒	600	850	1秒
V：最大マーク電圧。出典: UL1004 (回転電機 – 一般要件)
表1：UL 1004-1 耐電圧試験電圧

接地結合試験は、単一の障害が発生したときに障害電流がアースに流れるかどうかを確認します。この試験は型式試験に属します。まず、アース端子に最大定格電流を流して、この点と固定された金属部分の間の抵抗を測定します。最終結果は0.1 Ω未満になることが要求されます。

さらに、火災を回避しドライバーと同乗者を電気的危険から防ぐために、電流を流す材料は厳格な絶縁抵抗試験に合格する必要があります。モータに500Vdcを印加して、モータが十分に保護されているかどうかを確認します。

多くのモータメーカーが、UL1004試験を実施するために7800シリーズ電気安全アナライザーを選択しています。耐電圧試験の試験電圧は、最大5000Vac/6000Vdcをサポートできます。絶縁抵抗試験電圧は最大6000Vdcです。500VAの最大出力は、駆動および試験用に大容量電源を必要とする幅広い業界の大型電気モータを処理できます。7800シリーズが大手企業から選択される理由は、その機能だけではなく、その精度と精密な製造プロセスにあります。

IEC60349 (電気牽引 – 鉄道および道路車両用回転電気機械)

IEC60349では、日常試験で耐電圧試験を要求しており、一般に試験電圧は定格電圧の2倍にAC電圧1000Vを加えたもので、試験時間は60秒となっています。また、試験電圧は、定格電圧の3.4倍に直流電圧1700Vを加えた電圧に変更することができます。巻線とシャーシの間に試験電圧を印加して、モータが故障することなく異常な高電圧に耐えられることを確認します。

GB18488 (EV駆動モータ システム)

中国ではEV駆動モータはGB18488に準拠する必要があります。絶縁抵抗及び耐電圧試験を通じて、安全性と品質を保証します。モータには様々な仕様と機能があり、試験電圧は巻線または温度センサーに適用され、リターンリードがシャーシに接続されます。

絶縁抵抗試験の合格判定は、モータのコールドとホットの状態によって異なる場合があります。コールド状態では、固定子巻線とシャーシ/温度センサー間の絶縁抵抗は20MΩ以上でなければなりません。 ホット状態での絶縁抵抗は、最大使用電圧と連続電力を次式に代入して計算する必要があります。 絶縁抵抗は0.38 MΩより大きくなければなりません。

コールド状態：モータが駆動されていないか、短時間しか駆動されていない状態。コイル温度は室温と同じです。 ホット状態：定格電圧で一定期間駆動した後、モータ コイルの温度は室温よりも高くなります。

耐電圧試験は、駆動モータの固定子巻線とシャーシ / 温度センサーの間で実施する必要があります。 試験電圧は、連続電力と動作電圧によるものです。連続電力が1kW未満で動作電圧が100V未満の場合、試験電圧は500Vに最大動作電圧の2倍を加えたものです。逆に、連続電力が1kWを超え、動作電圧が100Vを超える場合、試験電圧は少なくとも1500Vまたは1000Vに最大動作電圧の2倍を加えたものになります。 固定子巻線に温度センサーが付いている場合は、1500Vに耐えられる必要があります。リーク電流は5mA未満であり、ブレークダウンは発生していないものとします。耐電圧試験の所要時間は60秒です。

EV DC/DCコンバータ

EV、バッテリー、駆動モータのパワフルなパフォーマンスを実現するために、大きなブレークスルーがあり、その他の内部コンポーネントにも注目が集まりました。 良い例は、DC – DC コンバータです。 これは、低DC電圧 (12Vdc)と高DC電圧 (200-800Vdc) の間の自動車用送電を処理するために使用されます。低電圧ライト、暖房ファン、オーディオシステム、高電圧パワーインバーターおよびモータに電力を供給します。

GB/T 24347 EV DC/DC コンバータ

製品に欠陥がある場合や設計が適切でない場合、電圧変化の過程で異常な電圧や電流が発生し、重大な危険をモータにもたらします。ドライバーと同乗者の安全を確保するために、中国はEV DC-DCコンバータの規制として GB/T 24347 を制定しました。この規制では、型式試験と日常試験の両方に絶縁抵抗と耐電圧試験が必要です。 絶縁抵抗試験を実施するために、活電回路と接地またはシャーシの間に1000Vdc を印加します。合格判定は0.5MΩです。耐電圧試験を実施するには、2000 Vdc (または定格電圧に1500 Vdcを加えた電圧) をデッド回路とアース (またはシャーシ) の間に60秒間印加します。このとき絶縁破壊しないことが条件です。

より厳格な試験で究極の安全性を確保

EVの開発は性能と耐久性だけでなく、安全性にも焦点を当てています。 そのため、研究開発（R&D）プロセスや生産ラインでは、厳密な試験と検証が必要です。 我々は専門的な電気安全知識を持ち、多くの製造業者がEV関連の電気安全試験の問題を解決するのを支援してきました。お客様の製品が高品質で安全であることを確認するのに役立つ最適な試験ソリューションを提供します。

まとめ

Covid-19や省エネ関連の話題により、EV関連産業の需要は近年増加しています。 また、テクノロジーもアップグレードされています。同時にEVのパワフルな性能と耐久性の要件を満たすために、使用されるバッテリー容量とモータ出力も増加し続けています。 電気的安全性にはさらに注意が必要です。消費者の安全を確保するために自動車メーカーは厳格な電気的安全性試験を実施し、準拠したコンポーネントを選択する必要があります。我々は、電気的安全性を確保するために、EV業界関連の標準試験要件に対応するソリューション提案しています。