50～350 kWの充電器
大電力急速EV充電システムの設計
エレクトロモビリティが次第に日常生活の一部となるにつれて、より高効率の充電ソリューションに対するニーズが高まっています。より高い充電能力の急速充電ステーションに対する需要が増加するということです。大電力の公共充電インフラを設置することは、この需要に対応する一助になります。この分野での要件や技術開発を考えると、現在および将来の充電ネットワークのための、スマートな電力変換および電力管理ソリューションに対応することが求められています。
公共充電ステーションに対する需要増加
現在、公共充電ステーションは、1つの設備で最大150kWの電力を供給しています。充電駐車場では、10kV～30kVの中程度の電圧トランスが重要なコンポーネントです。そこでは、1台当たりの最大出力電力350kWという大電力充電器が使われています。この構成では、各充電器に非絶縁トポロジを使用することにより、すべての充電器が同時に最大電力を供給できます。
適切なコンポーネントの選択
理想的なパワー半導体を選択するためには、充電器の電力レベルを知ることが重要です。最終的に適切なデバイスを選択できるかどうかは、この要因によって決まります。50kWを超える電力範囲の充電器は、一般的に、インフィニオンのIGBT、CoolSiC™ MOSFET、ダイオードパワーモジュールを使います。たとえば、CoolSiC™ Easyモジュール、IGBT EconoPACK™および IGBT EconoDUAL™ファミリーです。100kWを超える電力範囲の充電器は、50～100kWのサブユニットをスタックして構成します。
インフィニオンの高品質なパワースイッチのポートフォリオは、整流ダイオードモジュールとシームレスに動作します。スイッチにはドライバが必要であり、ドライバは制御する必要があります。したがって、インフィニオンは、EV充電の設計に最適なEiceDRIVER™とあわせて、XMC™およびAURIX™マイクロコントローラを提供しています。またデータ保護とセキュリティを確保するにはインフィニオンのOPTIGA™製品をご覧ください。
技術トレンド
大電力充電器の目的は、電気自動車が内燃機関自動車に対抗できるように、充電時間を短縮することです。充電インフラの構成には2通りあります。1次側ACでの絶縁、2次側DCでの絶縁、のいずれかを選びます。
1次側ACでの絶縁
充電駐車場の場合、全体の電力容量が2～3MWだとすると、実績によれば、6～8台の大電力充電ステーションを設置可能です。電源は、一般的には、22kV～500Vの中型電圧トランスから供給されて、システムのAC側で絶縁しています。次に、ACからDCへの変換段があります。ここでは、アクティブ整流器を使う場合と、使わない場合があります。マルチパルスのパッシブ整流も一つの選択肢です。この場合、5～7%の入力電流高調波という要件を実現可能です。きわめて効率の高いMW電圧トランス（約99%）を使えば、全体システムの複雑度を低減することができます。1次側で絶縁すれば、設計者は、DC-DC変換段で非絶縁DC-DCコンバータトポロジを採用するという自由度が得られます。通常は、この構成の場合、DCコンバータブロックを使った多相バックコンバータが適しています。
2次側DCでの絶縁
もう一つのインフラ構成では、スタンドアローンアプリケーション用の50kWまたは100kWのサブユニットをスタックして、最大350kWまで得られるようにします。
EMIフィルタの次にAC-DCシステムが置かれます。これは、ACをDC電圧に変換するもので、通常は制御整流器を使います。DC-DC変換段は、2つのシステムとして示してあります。絶縁トランスの1次側は、DC電圧から高周波AC電圧への変換、そして2次側は、高周波ACからDC電圧への変換です。
この電力範囲で一般的な方法は、ディスクリートデバイスではなく、パワーモジュールを使うことです。AC-DC変換にVienna整流器を使う場合でも、また、AFEを使う場合でも、通常の約20kHzでの動作であれば、EconoPACK™およびEconoDUAL™を採用したIGBTベースのソリューションが最適です。CoolSiC™ Easyモジュールを利用すれば、AC-DC変換段は、約40～50kHzでの動作が可能です。
システム回路図：50～350kWのEV充電器
IPOSIMは、インフィニオンパワーモジュールおよびディスクデバイスの損失計算および熱計算用の、使いやすく、しかも高度なオンラインシミュレーションツールです。
Do you want to know the various topologies you can find in this power conversion stage and their top-level working principle? Get to know the basic concepts of passive and two-level active rectification methods.
With the growing market of electrical vehicles, the industry has put forward more requirements for the performance of charging piles. This e-learning will show you that the emergence of CoolSiC™ MOSFETs has improved the charging pile industry to make the EV charger smaller, faster and with higher efficiency.
In this training you will:
- Understand what EV DC charging is and what the specifications of a charger module are
- Know the replacement steps from CFD2 to CFD7 or CSFD in LLC topologies to an EV charging module
Training topics:
- Get to know how AURIXTM is able to answer the needs of the electric vehicle market
- Recognize and explore how AURIX™ TC3xx addresses key electric vehicle challenges, and understand the main features of the AURIX™ TC3xx microcontroller
In this video, you will:
- Understand what Battery Electric Vehicle charging is
- Recognize the three different charging categories available
- Know how these categories can be implemented
In this video, you will:
- Understand how Infineon’s power semiconductor module portfolio is a solution for the main challenges of the electric vehicle industry
- Know Infineon’s general value drivers as well as recent success stories on the electromobility market
Get to know our 2020 joined CoolMOS™ SJ MOSFET family member: the CFD7A!
In this video, you will:
- Understand the importance of the powertrain electrification
- Be familiar with the operating modes of the electric drive system
Training topics:
- Get to know why systems require frequent updates, how this is done and how automotive systems try to ensure their security when they are updated
- Learn how AURIX™ families of microcontrollers support over-the-air software updates
In this training you will:
- Understand how HybridPACK™ DC6i can meet the challenges posed by main inverter applications in terms of system requirements, size, cost and time
- Discover HybridPACK™’s DC6i distinctive features, namely the EDT2 and PressFIT™ technology
In this training you will:
- Understand what an HVAC system is and how it works in electrical vehicles
- Know the IGBT market, why they are a preferred customer choice for e-Mobility and what Infineon has to offer to this field
In this training you will:
- Get to know Infineon’s IPOSIM tool, specifically for an automotive electric vehicle inverter
- Discover the steps involved in simulating different parameters and comparing the results of different Infineon products to see which is the best fit for your application
In this training you will:
- Understand the benefits that SiC technology has over Si technology in products and systems
- Recognize the benefits of SiC in automotive applications
