2022年11月9日

DC急速充電器の故障と系統妨害に対する試験

eモビリティ

執筆者｜カシアーノ・F・モラエスカシアーノ・F・モラエス、ハイトール・J・テッサロ

読書時間｜5分

モビリティ分野におけるEVの台頭により、DC急速充電器の安全なテストと既存のグリッドへの統合が優先事項となっています。Typhoon HILソリューションが、新しい充電インフラの迅速な制御プロトタイピングにどのように役立ち、検証テストプロセスを効率化できるかをご覧ください。

はじめに｜充電インフラの拡充

近年、世界中で電気自動車（EV）の需要が爆発的に伸びており、市場動向によると、この需要は今後もさらに増加すると見られている。したがって、この大量普及を支えるには、適切なエネルギー供給と充電インフラを整備することが不可欠である。図1は、世界中で予想されるEVの充電エネルギー需要を示している。2030年までに、EV充電器の年間エネルギー消費量は2,710億kWhに達すると予測されており、世界の電気エネルギー需要の主要な供給源のひとつとなっている。これは、DC急速充電器（DCFC）が送電網に多大なストレスを与えることを意味しており、将来的に信頼性が高く、安全で信頼できる送電網を確保するためには、こうしたリスクを軽減することが不可欠となる。

**図1.**図1 EVのエネルギー需要：（a）総エネルギー需要（億kWh）、（b）充電モード別の総充電エネルギー需要の割合。出典チャージング・アヘッド：電気自動車のインフラ需要。

課題｜直流急速充電器が送電網に与える影響

ガソリンスタンドに複数のポンプがあるように、複数のDCFCが同じ場所に設置され、さまざまなドライバーを支援する充電設備を作るのが一般的だ。しかし、液体燃料とは異なり、電気は通常その場に貯蔵されないため、電力網からの電力需要の急激なピークを引き起こす。さらに、充電ステーションは、最大容量に近い低電圧配電システムに接続されることが多く、その結果、エネルギー品質にいくつかの問題が生じる可能性がある。

複数のEVが直流充電ステーションに接続されている場合、大電流レベルによって電圧降下が生じ、標準的な制限を超える可能性がある。そのため、系統運用に影響が出たり、保護装置が作動したりする可能性がある。さらに、DCFCを設置すると、従来から送電網がさらされている障害事象に加えて、電圧不均衡、ちらつき、高調波、その他の送電網バランシングの問題が発生する可能性がある。

良い面もあるが、前述の大電流を供給するDCFCの能力は、適切なタイミングで使用された場合、系統の不均衡問題の解決に大きな影響を与える可能性がある。DCFCは、故障後に系統を通常運転に戻すのに役立つように設計されるべきであり、そもそも故障の発生を回避するのに役立つ迅速なアンシラリーサービスを提供すべきである。しかし、系統障害や系統擾乱に対するDC急速充電器の徹底的な試験を実験室で行うことは、複雑でコストがかかり、高出力レベルの動作による安全性の問題が生じる。そこで、HILソリューションがeモビリティ推進に不可欠であることが証明された。

ソリューション｜HILによるDC急速充電器の故障および系統擾乱に対する試験

Typhoon HILは、DCFCを実際のシナリオに照らし合わせて評価するためのエンドツーエンドのテストソリューションを提供します。超高忠実度のリアルタイムシミュレーションと自動テストを組み合わせることで、当社の垂直統合型HILソリューションは、仮想環境で安全に予期せぬ課題を特定し、設計サイクルの早い段階でリスクを軽減するのに役立ちます。HILソリューションは、IEC 61000などの規格や、UL 2231-2に記載されているようなDCFCの性能評価に使用されるテストケースに沿った、新しいDCFCの迅速な制御プロトタイピングに最適です。

これらのテストの1つは、グリッド電圧ディップに関連するもので、数秒間続くことがあり、単一または複数の相に影響を与えます。このような事象を再現するために、Typhoon HILは図2に示すGridコンポーネントを提供し、グリッド電圧を動的に制御することができます。そのため、エンジニアは、どの相が影響を受けたかにかかわらず、DCリンクとDCFCの出力電圧が妨害の継続時間中、許容範囲内に収まるようにすることができます。

グリッドフォルトによる電圧変動や不均衡が発生した場合、テストでは充電器のDCリンクと出力電圧の評価に加え、電流の引き込み量を評価する必要があります。Typhoon HILは、これらの故障を再現するために、図3に示すGrid Faultと Dynamic Grid Faultコンポーネントを提供します。これらのコンポーネントは、理想的なスイッチを使って故障をエミュレートし、故障のタイプと抵抗を定義することができます。

図3-1 — **図 3.**グリッド障害と動的グリッド障害のモデルコンポーネント。

送電網の停電や遮断は、より深刻な故障事象の一種であり、このような場合、DCFCは送電網の復旧後に正常に動作することが期待されます。このような故障に対するテストを行うため、エンジニアリングチームは、制御コンタクタを使用して停電時間を可変に選択し、停電時のDCFCの動作を評価することができます。

規格はまた、周波数と周波数変化率（RoCoF）の許容限度を定義している。DCFCはこれらの制限内で適切に動作する必要があります。そのため、エンジニアはグリッド・コンポーネントの周波数を変更することで、PLL（Phase-Locked Loop）が確保され、引き出される電流、THD（Total Harmonic Distortion）、DCリンク電圧が定義された制限を超えないことを確認するテストを実行することができます。

Typhoon HILを使用すれば、多数の複雑なシナリオに対してDCFCコントローラを広範囲にテストし、ラボで再現することができます。私たちのチームをサポートに頼り、高忠実度のシミュレーションとテスト自動化を活用して、電化された未来への道を突き進んでください。