エンジニア

Jun 17, 2023

Luca Martini 氏、アナログ・デバイセズ、システム エンジニア

21 世紀に入り、世界各国政府は CO2 排出削減における複雑かつ長期的な課題に取り組むための行動計画に取り組んでいます。 CO2 排出が気候変動の壊滅的な影響の原因であることが証明されており、新しい効率的なエネルギー変換技術と改良されたバッテリー化学のニーズが急速に高まっています。

再生可能エネルギー源と非再生可能エネルギー源の両方を含めると、世界の人口は昨年だけで約 18 兆 kWh を消費し、需要は増加し続けています。 実際、これまでに生成されたエネルギーの半分以上が過去 15 年間に消費されています。

私たちの送電網と発電機は絶えず拡大しています。 より効率的で環境に優しい電力に対するニーズはかつてないほど高まっています。 使いやすいため、初期のグリッド開発者は交流 (AC) を使用して世界に電力を供給しましたが、多くの分野では直流 (DC) の方が効率を劇的に向上させることができます。

GaN や SiC デバイスなどのワイドバンドギャップ半導体をベースとした効率的で経済的な電力変換技術の開発により、多くのアプリケーションが DC エネルギー交換に切り替えることでメリットが得られるようになりました。 その結果、特にエネルギー請求が関係する場合には、高精度の DC エネルギー計測が重要になってきています。 この記事では、電気自動車の充電ステーション、再生可能エネルギー発電、サーバー ファーム、マイクログリッド、およびピアツーピアのエネルギー共有における DC メーターの機会について説明し、DC エネルギー メーターの設計を提案します。

プラグイン電気自動車 (EV) の成長率は、2018 年の時点で CAGR +70% と推定されており1、2017 年から 2024 年まで毎年 +25% CAGR で成長すると予測されています。2 充電ステーション市場も、2018 年から 2024 年まで CAGR 41.8% で続くと予想されます。 2023.3 しかし、自家用交通機関による CO2 排出量の削減を加速するには、EV が自動車市場の第一の選択肢になる必要があります。

近年、バッテリーの容量と寿命の向上に多大な努力が払われてきましたが、航続距離や充電時間を気にせずに長距離旅行を可能にするためには、広範なEV充電ネットワークも基本的な条件となります。 多くのエネルギープロバイダーや民間企業が最大 150kW の急速充電器を導入しており、充電パイルあたり最大 500kW の電力を備えた超急速充電器に強い関心が寄せられています。 最大メガワットまでの局所的な充電ピーク電力を備えた超高速充電ステーションと、それに関連する急速充電エネルギー割増料金を考慮すると、EV の充電は大規模なエネルギー交換市場となり、その結果、正確なエネルギー請求が必要になります。

現在、標準的な EV 充電器は AC 側で計測されていますが、AC から DC への変換で失われるエネルギーが計測できないという欠点があり、その結果、最終顧客に対する請求が不正確になります。 2019年以降、EUの新たな規制により、エネルギープロバイダーはEVに転送されたエネルギーのみを顧客に請求することが義務付けられ、電力変換と配電の損失はエネルギープロバイダーが負担することになった。

最先端の SiC EV コンバータは 97% 以上の効率に達することができますが、急速充電器および超急速充電器の DC 側で正確な請求を可能にする必要があることは明らかです。充電器のバッテリーに直接接続すると、エネルギーが DC で転送されます。車両。 公共の EV 充電メーターへの関心に加えて、民間および住宅のピアツーピア EV 充電スキームには、DC 側での正確なエネルギー請求に対するさらに大きなインセンティブがある可能性があります。

図 1. 将来の EV 燃料ステーションにおける DC エネルギー計測。

図 2. 持続可能なマイクログリッド インフラストラクチャにおける DC エネルギーの計測。

マイクログリッドとは何ですか? 本質的に、マイクログリッドは商用電力システムの小型版です。 したがって、安全で信頼性が高く、効率的な電力が必要です。 マイクログリッドの例は、病院、軍事基地、さらには再生可能発電、燃料発生装置、エネルギー貯蔵装置が連携して信頼性の高いエネルギー分配システムを構築する公益事業システムの一部としても見られます。