電気自動車は、世界中の自動車メーカーが積極的に参入している巨大な市場となっている。電気自動車を効率的かつ安全に運転するには、さまざまなサブシステム間で高電圧/電流を完全に分離して保護する必要があります。このテキストでは、電気自動車のシステム構成と関連する電気絶縁ソリューションについて紹介します。
電気自動車の種類: BEV、PHEV、FHEV
世界中の自動車メーカーが、バッテリー電気自動車（BEV）、プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）、フルハイブリッド電気自動車（FHEV）など、新しいタイプの自動車の計画を相次いで発表しています。車両設計が電動化へと変化しているという事実に伴い、高ワット数のパワーエレクトロニクスデバイスがドライブトレインとバッテリーシステムの重要なコンポーネントになっています。これらの高ワット数の電力電子機器は、低電圧デジタル コントローラとの通信と制御を行う必要があり、そのためには低電圧側と高電力システム間の電気的絶縁が必要です。これらのアプリケーションでは、現代の電気自動車のデジタル コントローラーと高電圧システム間の安全なインターフェースを可能にするために、ガルバニック絶縁が必要です。
電気自動車用バッテリー管理システム
電気自動車システムの電力部分は、通常、効率と安全性を確保するためにバッテリーセルの監視と管理を行うとともに、充電、健全性状態、放電深度、個々のバッテリーセルの調整を制御するバッテリー管理システム (BMS) を含む4つの主要な回路モジュールで構成されています。2つ目は、高電圧バッテリーを内部の12V DCネットワークに接続するために使用されるDC/DCコンバーターが含まれていることです。このネットワークは、アクセサリへの電力とローカル スイッチング コンバータへのバイアスも提供します。さらに、力率補正機能を備えたAC/DCコンバーターで構成されたオンボード充電器 (OBC) も含まれています。また、バッテリー管理システムの監視により、リチウムイオンバッテリーのエネルギー貯蔵も提供できます。最後は、電気モーターを駆動し、回生ブレーキに使用したり、未使用のエネルギーをバッテリーに戻したりできるトラクションインバーターです。
BMSは、非車載高電圧 (HV) バッテリーに蓄えられた電力を管理し、車両の他の部分に電力を供給します。主な機能には、バッテリーのバランス調整、バッテリーの状態と摩耗の平準化、充電と放電の監視、安全性の保証などがあります。これらの機能には、安全で効率的なバッテリー電圧出力を確保し、バッテリー パック全体の電圧センサーを分離するために、ガルバニック絶縁と低電圧ドメインと高電圧ドメインの分割が必要です。電流に関しては、バッテリーが過負荷になったり、充電率が上昇したりしないようにし、放電電流と充電電流を監視するための電流センサーを分離する必要があります。通信面では、モジュールごとにデータを送信するためにCANまたはシリアルバスを採用し、デジタルアイソレータを使用して安全で信頼性の高い通信を可能にします。
電気自動車およびハイブリッド電気DC/DCコンバータ
DC / DCコンバータは、さまざまな補助システムに電力を供給するために、ある電圧領域から別の電圧領域に直流電圧を変換するために使用されます。絶縁製品は、電気自動車やハイブリッド電気自動車の電気領域のDC-DCコンバータで多用途に使用されます。これらの機能には、シリコンFET、IGBT、またはSiC FETによって実現されるコンバータ、4つのハイ / ローサイド スイッチからの入力と出力を備えたコンバータ、絶縁ゲート ドライバ、絶縁電圧センサー、閉ループ制御のデータ通信とセンシング、デジタルCANまたはその他のバス タイプで使用されるアイソレータなどの領域で制御システムを分離し、高電圧の影響を回避するためのガルバニック絶縁が必要です。
OBCは、外部充電源の交流電源を直流電圧に変換し、車両のバッテリー パックの充電に使用します。さらに、OBCには、電気充電率の監視や保護などの機能があります。OBCシステムでは、絶縁ゲート ドライバーを使用して入力信号をスイッチングされた矩形波に切り分け、駆動トランス生成に必要な出力直流電圧を提供します。この出力電圧は監視可能であり、絶縁アナロジー センサーを使用してシステム コントローラーに閉ループ フィードバックを提供します。さらに、統合型DC / DC電力コンバータのデジタル アイソレータの有無にかかわらず、バスは分離されたCANバスを介してシステム全体の監視と制御を実行できます。
EVトラクションインバータ
トラクションインバータは、バッテリーまたはDCバスの高電圧をトラクションモーターを駆動するための多相交流に変換するために使用されます。絶縁製品は、シリコンFET、IGBT、またはSiC FETに適したインバータ ソリューションや、6つのハイ / ロー サイド スイッチ絶縁ゲート ドライバなど、電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動システムのトラクション インバータでさまざまな用途に使用されています。高電圧バッテリーの電圧を上げるために、DC-DC電圧ブースターを選択できます。ハイブリッド発電機で使用する場合、内燃エンジン (ICE) の動作中にバッテリ充電を行い、ハイサイド/ローサイド スイッチのドライバを提供する2スイッチ絶縁ゲート ドライバが必要です。
結論: EV回路保護のベストオプション
電気自動車の駆動システムは高電圧と電子ノイズのある環境にさらされているため、安全で信頼性の高い動作を確保するには安定した高性能の電流絶縁が必要です。従来の光カプラソリューションと比較して、半導体ベースの絶縁技術には明らかな利点があり、厳格な電気自動車アプリケーションに最適です。
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