EV充電用EliteSiCソリューション

概要

バッテリーエネルギー貯蔵システム (BESS) は、炭素ベースのエネルギー源からより持続可能で再生可能な方法への転換を満たすための電力貯蔵需要に対応する急成長中の産業市場です。多くの国がこれらのエネルギー貯蔵システムの設置に対してインセンティブを提供しており、住宅、産業、商業用途におけるエネルギー貯蔵の需要が増加しています。太陽光発電システムやEV充電ステーションには、同様のコンポーネントやトポロジーを使用したエネルギー貯蔵システムが必要です。

システム実装

システムの説明

BESS構築の4要素

BESSは、住宅用でも商業用でも、4つの部分で構成されています。商業レベルのシステムをセットアップするため、バッテリパックは数百または数千のバッテリセルで構成されており、高圧モジュールがバッテリラックまたはバンクに統合され、より高い容量が実現されます。充電および放電の電圧は通常、バッテリ電圧および回路のトポロジに依存して、50Vから1100Vまでの範囲です。BMS（バッテリ管理システム）は、再充電可能バッテリを管理する電子システムで、バッテリがSOA（安全動作領域）で動作していることを確認し、動作状態を監視し、リアルタイムデータの計算と報告などを行い、運用寿命を延ばします。PCSは、バッテリパックと電力網および/または負荷間でのエネルギーの双方向変換を行う重要なサブシステムで、システムのコスト、サイズ、性能を決定する大きな要因です。EMSは、発電または送電システムの性能を監視、制御、最適化するために電力ユーティリティグリッドの運用者が使用するコンピュータ支援ツールのソフトウェアベースのシステムです。

AC結合システムとDC結合システム

BESSは現在、2つのタイプ、AC結合システムとDC結合システムに分かれています。AC結合BESSは、既存の太陽光/エネルギー発電システム/グリッドに追加可能な独立システムであり、簡単にアップグレードできます。ただし、完全な充放電を行うために追加の電力変換段階が必要であり、これにより損失が増加します。一方で、DC結合システムは、家庭用ハイブリッドソーラーインバーターで一般的に使用され、DCバスに接続することで追加のエネルギー貯蔵容量を提供します。単一のDC-DC変換ステップが関与しますが、製品設計時に判断が必要であり、DCバスの電圧が高いため、安全性または改造の課題が生じる可能性があります。

図2: AC結合システム

図3: DC結合システム

双方向動作

BESSの電力変換ステージでは、双方向の動作が必要です。通常、三相インバーターは双方向であり、逆モードで動作する際にはAC-DCコンバーターとして機能し、UPSのためのリアクティブモードやモータードライブのブレーキモードとして機能します。一般的に、電力コンバーター、特にトポロジーは、スイッチとダイオードの選択やサイズの相対的な調整により、ある用途やある方向の電力フローに最適化されています。PFCモードのAC-DCコンバーターとして使用される三相インバーターは、最適化されたAC-DC PFCコンバーターほど効率的ではありません。双方向で設計されたDC-ACトポロジーでも、一方向の方が性能が優れることがありますので、最も一般的な使用ケースを考慮することが重要です。また、すべてのトポロジーで双方向性が達成されるわけではないため、事前に適切なものを選択することが重要な要素です。AND90142 - Demystifying Three-Phase Power Factor Correction Topologiesを読んで、三レベル技術と特徴的な三レベルPFC回路を理解してください。

PCSでシリコンカーバイド製品を使用する

IGBTと比較して、Silicon Carbide (SiC)デバイスは、高電圧および高電流のアプリケーションにおいて、高周波スイッチングを可能にするなど、より多くの利点があります。IGBTはBESS設計において依然として好まれる選択肢ですが、異なるスイッチング戦略を考慮すると、特定のセクションでSiCデバイスを組み込むことで優れた性能を得ることができます。例えば、A-NPCを使用した双方向インバーターにおいて、SiCデバイスは、専用のスイッチング戦略により内側のスイッチが高いスイッチング周波数を必要とするため、内側の脚に選択されることがあり、スイッチング損失を減少させることができます。一方で、他のスイッチでは依然として低V_CE(SAT)のIGBTを利用してコストを抑えることが可能です。

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