チャージパイル業界発展の背景

新エネルギー自動車の急速な普及に伴い、充電インフラ建設は産業発展を支える重要なリンクとなっている。国家エネルギー管理局のデータによると、2024年末までに全国の充電杭の数は800万本を超え、そのうち直流急速充電杭の割合は増加し続けている。直流充電杭は、その急速充電速度（通常30分で最大80%）の利点により、公共充電シナリオの主流選択となっている。

直流充電杭において、電流検出は正確な電力計測を実現するための核心的なリンクであり、充電料金決済の公平性とユーザー体験に直接関係する。この論文では、直流充電パイルにおける電流検出と分流応用方式の技術的要件について説明する。

I. 直流充電パイルの動作原理

1.1 システム・コンポーネント

DC充電ポストは主に以下の部品で構成されている：

• 整流器モジュール：三相交流を直流に変換
• DC-DCコンバータモジュール：異なる車両要件に適合するように出力電圧を調整
• 測定モジュール：充電電力の正確な計測
• 充電コントローラー：車両BMSと通信し、充電プロセスを制御する。
• ヒューマン・コンピューター・インターフェース：充電情報の表示、支払いサポート、その他の機能

1.2 充電プロセス

直流充電プロセスは通常、定電流予備充電、定電流急速充電、定電圧充電、トリクル充電のいくつかの段階に分けられる。定電流急速充電の段階では、電流が数百アンペアに達することもあり、電流検出部品への要求が高くなります。

II.電力計測の技術的要件

2.1 規制基準の要件

貿易決済機器として、EV充電ポストは国家計量規則に準拠しなければならない。主な規格は以下の通り：

• JJG 1148-2018「電気自動車AC充電杭検査仕様書
• JJG 1149-2018 「電気自動車用車載充電器検査仕様書
• GB/T 29318-2012 電気自動車用非車載充電器用電力量計

上記の基準によると、直流充電杭電力計の精度レベルは1.0レベルに達するべきであり、一部のハイエンド製品は0.5レベルに達することができる。

2.2 環境適応の要件

充電杭は通常、屋外または半屋外の環境に設置され、以下の条件下で適切に機能する必要がある：

• 働く温度: -40℃~+70
• 相対湿度：≦95%RH（結露なし）
• 反電磁妨害: GB/T 17626 シリーズ標準に合って下さい

第三に、充電パイルへのシャントの適用である。

3.1 シャント選びのポイント

直流充電杭用シャントの選定には、以下の要素を考慮する必要がある：

定格電流：充電杭の定格出力に応じて選択する。240kWの過充電杭を例に取ると、最大出力電流は約600Aで、シャント定格電流は750Aまたは1000Aの仕様を選択する必要があります。

抵抗値：標準的な値は50μΩから200μΩの範囲である。抵抗値は、測定精度と消費電力のバランスによって選択される。

温度係数：広い温度範囲にわたって測定精度を確保するために、低 TCR 材料（≦±50ppm/℃）を選択する必要がある。

取り付け方法：充電パイルの内部構造に応じて、ボルト取り付け、はんだ取り付け、PCB取り付けが可能です。

3.2 統合計量プログラム

充電杭の設計を簡素化するため、シャントと計測チップを統合したDCエネルギーメーター製品が市場に出回っている。一例として、あるブランドの300A一体型直流電力量計を挙げると、その特徴は以下の通りである：

• 高精度シャント内蔵、外部変流器不要
• 1.0等級までの測定精度
• 複数の通信プロトコルをサポート（Modbus-RTU、DL/T 645など）
• 充電ポストの設置が容易なコンパクトサイズ

3.3 取り付けと配線のポイント

充電パイルへのシャントの設置に注意する必要がある：

• 場所のオプション熱源から離れた充電出力回路のマイナス側に設置する。
• 接触抵抗：接触抵抗を減らすため、銅の列がしっかりと接続されていることを確認する。
• サンプリングラインの配線：サンプリングケーブルは電源ケーブルから離し、ツイストシールドケーブルを使用する。
• 熱設計：放熱のために十分なスペースを確保し、必要に応じてヒートシンクを追加する。

IV.充電杭の電力量計の課題と対策

4.1 動的電流測定

充電中、電流は一定の値ではなく、充電状態によって連続的に変化する。特に、始動時、停止時、充電モード切替時には、電流はより急激に変化する。電流検出システムは、このような変化を正確に捉えられるだけのダイナミックさが必要である。

4.2 倍音効果

充電杭整流器から発生する高調波電流は、電力計測精度に影響を与える。計測システムは、一定の高調波解析能力を持つか、フィルタリングなどの手段により高調波の影響を抑制する必要がある。

4.3 温度ドリフト補正

屋外の充電杭は、温度変化の広い範囲に直面している。高品質のシャント自体が低い温度ドリフト特性を持っており、同時に、さらに測定精度を向上させるために、ソフトウェアでリアルタイム補正、シャントの温度を監視するためにNTCセンサーを内蔵することができます。

V. 過給と今後の動向

5.1 過給技術の開発

充電時間を短縮するため、過充電技術は急速に発展している。800Vの高電圧プラットフォームと液冷式過充電技術により、充電出力は480kW以上、充電電流は600A以上に達する。このため、シャントの電力容量と放熱設計に対する要求が高くなっている。

5.2 インテリジェントでコネクテッド

将来の充電杭は、よりインテリジェントでグリッド接続されたものになるだろう。計測データはリアルタイムでクラウドプラットフォームと同期され、遠隔監視、故障診断、予知保全をサポートする。重要な測定要素であるシャントの信頼性と安定性は極めて重要である。

結語

電力計測は充電杭の中核機能の一つであり、電流検出の重要な部品であるシャントの性能は計測精度とユーザーの使用感に直接影響します。シャントは温度ドリフトが少なく、安定性に優れ、組み込みが容易で、国内の多くの充電杭メーカーに採用されています。