전기차 충전기

- 전기차 충전기의 종류 -

- 충전 레벨에 따른 충전 분류 -

① Level 1 : AC 220V 또는 380V를 사용 일반 콘센트에 연결，충전할 수 있는 방식, AC/DC 컨버터가 차량에 탑재 된 OBC 시스템 사용.
② Level 2 : AC 전원을 받는 전용 충전기를 설치하여 AC 220V 또는 380V를 사용하여 충전하는 방식. 차량에 탑재된 OBC 시스템 사용.
③ Level 3 : AC/DC 컨버터가 충전기에 내장된 OFF BC (Off Board Charging) 시스템으로 DC 전력을 사용하여 급속 충전.

- 충전 모드에 따른 분류 -

1) 충전모드1 : 교류 220V 또는 380V를 일반 콘센트에 연결하여 충전. 충전상태 감시와 제어를 위한 통신은 불가능, 충전속도가 상대적으로 느리고 추가 보호장치가 없어 안정성 떨어짐.
2) 충전모드2 : 충전모드1에 추가적인 보호장치를 포함한 충전 방식.
3) 충전모드 3 : 전문적인 충전장비를 사용. 고성능 충전 장비와 전기차 사이에 표준화된 연결 인터페이스를 사용하고, 충전속도가 빠르고 안정성이 뛰어남.
4) 충전모드 4 : 급속 충전. 매우 높은 직류(DC) 충전 전류로 엄격한 안전성 적용 필요. 충전기의 충전 케이블이 사용되며 차량의 플러그 타입에 연결함.

- 충전 인렛 표준규격 -

1) 우리나라의 표준 완속(AC)충전기, 충전 인렛은 Typel(J1772) 규격이며 급속(DC)은 Type1 (J1772 )규격에 DC 연결구가 있는 CCS1 (Combined Charging System1)을 표준으로 채택하고 있다.
2) 유럽은 AC 3상 교류타입인 type2, DC 급속은 CCS2
3) 중국은 GB/T
4) 일본은 AC 단상 Typel，DC 급속은 CHAdeMO를 사용하고 있다.
5) 최근에는 AC와 DC 충전 연결 부분을 동일 핀으로 사용하고 작은 사이즈인 테슬라 규격을 미국일부 주에서 표준(NACS North American Charging Standard)으로 채택하려는 움직임이 있다.

- DC 급속 콤보 연결핀 정의 -

직류(DC) 콤보는 미국 및 유럽차의 충전 표준이며 2011년 GM, BMW 등 7개 기업기 개발한 충전 방식이다.
글로벌 충전 규격인 CCS(Combined Charging Standard)는 CCS1과 CCS2로 나뉘는데 국내와 미국은 CCS1과 유럽 CCS2로 나뉘고 완속 충전용 교류(AC) 모듈에 급속 충전용 직류(DC) 모듈을 동시에 사용할 수 있는 방식이다. 공간 활용도가 높고 커넥터를 통합할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 국내에서는 2017년 KS 표준규격으로 지정되었다.

- 완속충전기 부품 -

1) 입력부
① 비상스위치 (필수) : 물리적으로 입력 및 출력 전원 차단
② 전극 연결 특성 파악(옵션) : L 상，N상구분
③ AC 금속 누전 차단기 : 메인트랜스 2차측에 설치 누설 발생시 자동 감전예방 ④ 교류 전력량계(필수) : 사용전력 전력 측정 - 오차 1%급 사용
⑤ 서지 보호기 : 충전 입력 단자에 설치 되어 번개 및 서지 발생시 작동되어 기계 및 인체 감전사고 방지
2) 제어부
① 제어보드 (PWM 발생/제어장치) : 완속 충전기인 경우 차량과 충전 설정 및 제어 파워 모듈, 커넥터함, M/C, 차량 통신 등 충전기 제어
② 교류 인력 배선용 차단기 MCB(필수) : 배전반으로부터 인가된 전원(단상 220V)을제어 전원 라인으로 차단 및 인가하는 장치 (15A이상, 30mA 이상 누설 감시)
③ 출력 릴레이 : 충전을 위한 출력 접점, 충력 DC 전압 On/Off)
④ 임베디드보드 : 충전 UI 제공, 서버와통신(충전 내역, 원격제어), 제어보드와 통신
⑤ 래치 : 충전 승인시 커넥터 보관함 개방
3) 통신부
① PLC 모뎀 : 충전기-차량간 통신
② 통신장치(필수) : 사용자 승인 및 충전기 상태 정보 전달
③ 사용자 인식장치(필수) : RF-ID 리더，LCD 터치스크린
4) 출력부
① SMPS : 젱 전원용 소형 DC 전압 공급
② 충전 케이블(필수) : 전기차와 충전기 연결 케이블

- PWM 전압에 따른 충전기와 차량의 상태 -

충전기에서 발생하는 PWM (PWM, Pulse Width Modulation)의 Duty는 충전기에서 제공하는 최대 전력값을 차량측에 전달한다.
Mode 전압(V) 상태
Status A +12 전기차와 충전기 커넥터 미접속
Status B +9 전기차의 커넥터 접속 및 충전 준비전
Status C +6 전기차와 커넥터 접속 차량 충전 중
Status D +3 전기차와 커넥터 접속 차량 충전 중 (환기중)
Status E 0 전기차와 커넥터 접속 차량 충전 문제 발생 또는
전원 이상
Status F -12 사용 불가 차량

- 급속 충전기 부품 -

1) 전원 입력부
① 단자대 전력인입 단자대 : 입력 전원 연결
② 주전원 및 과전류 차단기 : AC380V 입력 전원의 제어 및 과전류 정지기능
③ 보조전원 및 과전류 차단기 : 내부 운용을 위한 보조전원 제어 및 보조전원 과전류 차단
④ 서지 보호기(SPD) : 과도전압과 노이즈를 감쇄시키는 장치
⑤ 마그네트 : DC파워모듈의 AC380V 입력전원 제어 마그네트
2) 제어부
① PLC 모뎀 : 차량과 충전기간의 통신장치, PWM 5% Duty 상태로 통신
② 제어전원 공급기 충전기의 내부를 제어하는데 필요한 전원의 공급
③ LCD 디스플레이 & UI인터페이스 : 사용자의 편의를 위해 충전상내 UI (User Interface)표시
④ 사용자 인식장치 : RFJD 리더와 IC 카드리더 장치로 결제및 사용자 인식기능 용도로 사용 ⑤ 통신장치 충전관리 : 서버와 통신을 하여 상태 정보，사용자 승인 등의 기능을 하기 위한 통신 장치
3) DC 출력부
① DC 전력량계 : 션트저항을 통한 전류값과 DC출력 전압을 측정하여 출력 전력값을 측정
②파워모듈 : AC380V 전원을 DC 350시 000V 로 변환 가능한 전력 변환장치
③ 고압대용량 릴레이 : 고압출력을 제어하기 위한 대용량 릴레이
④ 션트 저항 출력 전류를 측정하기 위한 전류 센서 저항
⑤ 통합제어장치 : 파워모듈제어，PLC 통신, 내부전력제어 등의 충전기 전체 제어 관리 장치
⑥급속충전 케이블 전기차와 충전기 연결 케이블

- 전기자동차 충전기 표준과 인증 -

1) EV 충전시스템
KSRIEC 61851-1 전기차 충전설비 전반
KSRIEC 61851-22 AC
KSRIEC 61851-23 DC
2) EV 충전 인터페이스
KS R IEC 62196-1/2 플러그, 소켓 - 아웃렛 일반요구사항
KS R IEC 62196-3/3-1 플러그，소켓 - 아웃렛 3-1 열관리 시스템 적용 일반요구사항
3) 충전 케이블
IEC 62893 충전케이블
4) EV 충전 프로토콜 DIN Spec 70121 KS R ISO 15118-1/-2/-3/-4/-5/-8 전기자동차와 충전기간 통신(비강제 규정)
5) 전기차 충전장치와 충전관리서버간 통신 OCPP 1.6or OCPP2.0 OCA에서 만들어 제안한 충전기와 운영시스템간의 프 로토클 (비강제 규정