近日、国家発展改革委員会、国家能源局、工業情報化部、交通運輸部の四省庁は連名で「大電力充電施設の科学的な計画・建設を促進するための通知」を発表し、2027年末までに、全国の単銃充電電力が250kW以上の大電力充電施設が10万台を超えることを明確に打ち出しました。この政策は、充電インフラの量と質の両面での向上であるだけでなく、電力電子技術、安全モニタリング、エネルギー効率管理に対する全面的な試練でもあります。大電力充電スタンドの普及は、新エネルギー自動車の充電ネットワークの知的能化アップグレードを加速し、電気自動車、蓄電システム、スマートグリッドの深い融合を推進し、新エネルギー産業エコシステム全体を再構築することでしょう。
一、大電力充電スタンド関連知識
大電力充電スタンドとは、高出力能力を備えた充電設備であり、急速充電に主に用いられ、充電時間を大幅に短縮できます。中国電動自動車充電インフラ促進連盟の定義によれば、大電力充電スタンドは主に公共充電スタンドにおける直流スタンド、すなわち一般的に120kW以上の急速充電スタンドを指し、さらに480kW以上の超急速充電スタンドも含みます。
1.1 技術原理
大電力充電は、主に充電電圧を高めるか、充電電流を大きくするか、またはその両方を組み合わせることで、単位時間内にバッテリーに供給される電力量を増やします。例えば、従来の充電は低い電圧と電流を使用するのに対し、大電力充電はより高い電圧（800V甚至1000V）またはより大きな電流（800A、1500Aなど）を採用する場合があります。同時に、インテリジェント充電管理技術がバッテリー状態をリアルタイムで監視し、充電パラメータを自動調整して、充電プロセスの安全と高効率を確保します。
1.2 大電力充電スタンドの電流監視ニーズ
大電力充電スタンドの電流監視は、その安全かつ効率的な運営を確保するための重要な環であり、高精度、広範囲、高速応答などの核心的なニーズを満たす必要があります。以下は、業界技術基準と設備選定の要点を組み合わせた総合分析です。
核心的な監視ニーズ
1.3 主要な監視点
1.4 監視技術要件
二、ホール電流センサーが大電力充電スタンドにおける応用
2.1 なぜホール電流センサーを選ぶのか？
2.2 応用シナリオ比較
| 監視点 | 適用センサー種類 | 主な役割 |
|---|---|---|
| 交流入力側 | ホールセンサー/分流器 | 力率改善、過負荷保護 |
| 直流出力母線 | ホールセンサー(CR1A) | 精密課金、過電流保護 |
| DC-DC変換モジュール | ホールセンサー(CR1A) | PWM制御フィードバック、パワーデバイス保護 |
| 絶縁故障検出 | 零相電流変流器 | 漏れ電流検出 |
三、CR1Aシリーズ ホール電流センサー
CR1Aシリーズは、芯森電子が独自開発したホール効果式閉ループ電流センサーで、直流、交流、パルス電流の測定に用いられます。主な特性は以下の通りです。
CR1A HOOシリーズ
芯森 CHIPSENSE
電流センサー
製品モデル
CR1A 50 H00
CR1A 100 H00
CR1A 200 H00
CR1A 300 H00
このセンサーの一次側と二次側は絶縁されており、直流、交流、パルス電流の測定に使用されます...
特性
実行標準:
産業応用分野
安全使用上の注意
3.1 高精度測定
3.2 非接触測定
3.3 高絶縁性能
3.4 高速応答
3.5 広い動作温度範囲
3.6 機械的適合性
CR1A H00シリーズ
電気的特性
CR1A 200 H00
※特に断りがない限り、以下のデータは試験条件 TA=25℃, V1=±15V, R1=50Ω に基づきます。
| パラメータ | 記号 | 単位 | 最小値 | 典型値 | 最大値 | 備考 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 一次側定格電流実効値 | IPN | A | -200 | 200 | ||
| 一次側電流測定範囲 | IPM | A | -400 | 400 | ||
| 測定抵抗 | RM | Ω | 0 | 60 | @+12V,85℃,+200A | |
| 0 | 5 | @±12V,85℃,±400A | ||||
| 0 | 88 | @±15V,85℃,±200A | ||||
| 0 | 19 | @±15V,85℃,±400A | ||||
| 二次側定格電流実効値 | ISN | mA | -100 | 100 | ||
| 二次側コイル抵抗 | RS | Ω | 35 | @25℃ | ||
| 46 | @85℃ | |||||
| 二次側電流測定範囲 | ISM | mA | -200 | 200 | ||
| コイル巻数 | - | 2000 | ||||
| 理論的ゲイン | Cmn | mA/A | 0.5 | |||
| 電源電圧 | VC | V | ±12 | ±15 | ±5% | |
| 電流消費 | IC | mA | 20+IS | |||
| オフセット電流 | IO | mA | -0.2 | 0.2 | ||
| オフセット電流の温度ドリフト | IOT | mA | -0.5 | +0.2 | 0.5 | @-40℃～85℃ |
| 残留オフセット電流 @ IP=0 after 3x IPM | IOM | mA | -0.1 | 0.1 | ||
| ゲイン誤差 | EG | % | -0.2 | 0.2 | IOを含まない | |
| 直線性誤差 0...IPN | εL | % of IPN | -0.1 | 0.1 | IPNを含まない | |
| 精度 @ IPN | X | % of IPN | -0.5 | 0.5 | IOを含まない | |
| 応答時間 @ 90% of IPN | tr | μs | 0.5 | 1 | ||
| 帯域幅 (-3dB) | BW | kHz | 200 |
3.7 CR1Aの大電力充電スタンドにおける適用配置
最終DC出力母線
DC-DC変換モジュール
適用外のシナリオ
CR1Aシリーズの応用価値まとめ
| 応用シナリオ | 適用性 | センサーモデル | 配置方案 |
|---|---|---|---|
| 最終DC出力母線 | ★★★★★ | CR1A 300 H00 | 多巻線貫通法 |
| DC-DC変換モジュール | ★★★★☆ | CR1A 200 H00 | 相電流監視 |
| 絶縁故障検出 | ★☆☆☆☆ | 専用センサー | 適用外 |
| 充電ガン/ケーブル | ★☆☆☆☆ | 小型センサー | CR1Aは体積が大きすぎる |
結論
大電力充電スタンドにおいて、CR1Aシリーズホール電流センサーの最適な応用シナリオは直流側、特に最終DC出力母線とDC-DC変換モジュールに集中しています。多巻線貫通法により、CR1A300H00はその測定範囲を拡張し、高電流ニーズを満たすことができます。一方、絶縁故障検出と充電ガン/ケーブル監視については、より専門的なセンサーを選択する必要があります。CR1Aシリーズは、その高精度、非接触測定、高絶縁性により、大電力充電スタンドの直流側電流監視の理想的な選択肢となっています。
充電ガン/ケーブル: CR1Aは体積が大きすぎるため、小型ホールセンサーの使用を推奨します。
絶縁故障検出: 専用の漏れ電流センサーが必要です。
応用価値:
IGBTの相電流を監視し、スイッチングタイミングを最適化します。
過電流や短絡を検出し、パワーデバイスを保護します。
配置場所: パワーモジュールの入力/出力母線。
応用価値:
充電電流をリアルタイム監視し、定格値（500Aなど）を超えないことを確保します。
多巻線貫通法により、測定範囲を拡張します（例：2巻線貫通で500Aを250Aの測定値に変換）。
BMSに正確なデータを提供し、閉ループ制御を実現します。
配置場所: インバータ出力端、充電ケーブル接続前。
コンパクトサイズ: 58x68x50mm。充電スタンド内部の狭い空間に適合します。
貫通孔設計: 丸形貫通孔（例：Φ23.0mm）は標準的な母線サイズに適用できます。
安定性: 低温ドリフト特性により、過酷な温度条件下での測定精度を確保します。
動作温度: -40℃～85℃。屋外の複雑な環境に適応します。
帯域幅: 200kHz。高周波スイッチング電流の監視に適応します。
応答時間: <1μs。PWM制御信号などの動的電流監視に適用できます。
安全性: 高電圧環境下での信頼性の高い動作を確保します。
絶縁耐圧: 一次側と二次側間の絶縁耐圧は3kVに達し、IEC 61800-5-1規格に適合し、800V高圧システムに適用できます。
設置の容易さ: 母線またはケーブルに直接通すだけでよく、回路を切断する必要はありません。
挿入損失なし: 非接触設計により、従来の分流器での電力損失を回避し、高電力応用に適しています。
直線性: 優れた直線性（<0.1%）により、測定範囲全体で一貫した精度が維持されます。
精度: CR1Aシリーズセンサーの測定誤差は±0.5%まで低く、充電スタンドの課金と安全監視に適用できます。
センサーは、使用説明書の要求に従い、適用標準と安全要求を満たす発電所または電気設備内に設置されなければなりません。
センサーの使用はIEC 61800-5-1標準に従わなければなりません。
試験・計測設備
風力発電用コンバータ
バッテリー管理
溶接機電源
スイッチング電源 (SMPS)
直流電動機駆動の静止形変換器
無停電電源装置 (UPS)
IEC 62109-1:2010
IEC 61800-5-1:2022
IEC 60664-1:2020
挿入損失なし
低温ドリフト
優れた精度
優れた直線性
原材料はUL 94-V0準拠
一次側と二次側の間は絶縁
ホール効果原理に基づく閉ループ（補償）電流センサー
広い動作温度範囲： 屋外環境の-40°Cから85°Cに適応します。
高絶縁性能： 一次側と二次側間の絶縁耐圧は3kVに達し、IEC61800-5-1規格に適合します。
非接触測定： 挿入損失がなく、高電力応用に適しています。
高絶縁性：耐圧は3kV以上が必要。800V高圧システムに適応。
高速応答：応答時間は1μs未満が必要。高周波スイッチング信号に適応。
高精度：誤差は±0.5%未満が必要。
絶縁故障検出:
漏れ電流を検出し、充電の安全を確保します。
DC-DC変換モジュール:
パワーデバイス（IGBTなど）の相電流を監視し、PWM制御を最適化します。
直流出力母線:
充電電流をリアルタイム監視し、BMSと制御システムにフィードバックを提供します。
交流入力側:
三相入力電流を監視し、PFC回路を最適化して力率を向上させます。
環境適応性と信頼性
監視設備は産業用レベルの保護（IP54など）、インテリジェント冷却システムを備え、屋外の高温、多塵埃などの複雑な環境に適応し、長時間の高負荷運転をサポートする必要があります。
高速ダイナミック応答
充電スタンドは起動、故障保護などのシナリオでミリ秒級の応答（≤1μsなど）を実現し、瞬時電流サージ（定格電流の3倍など）に対応する必要があります。例えば、至茂科技の検出設備は0遅延ダイナミック検出をサポートし、保護機制の即時作動を確保します。
高精度と分解能
電流監視の精度は0.1A級の分解能（百分率値では通常0.7%を達成）が必要で、特に低電流段階（1A-5Aなど）ではパラメータのドリフトによるバッテリー寿命の劣化を回避する必要があります。高精度センサー（0.1級など）は、電流リップル、三相不平衡などの詳細な問題を捕捉できます。
広い電流範囲のカバー
大電力充電スタンド（300kW超急速充電スタンドなど）の電流範囲は通常1A-300Aで、トリクル充電（1A-5A）から満負荷大電流（300Aなど）までの全過程を監視する必要があります。例えば、家庭用低速充電スタンドはミリアンペア級の微小電流変動を検出する必要があり、商用急速充電スタンドは300Aの大電流の安定出力をサポートする必要があります。