전기차 직무 알아보기 2. 전기차 충전관련 기초 지식

참고도서 : 전기차 첨단 기술 교과서, 톰 덴튼, (옮긴이 김종명), 보누스, 2021

누군가와 대화가 통할 수준을 다룹니다.

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전기자동차란 무엇인가?

전기자동차 줄여서 EV (Electric Vehicle)라고 부릅니다.

전기자동차는 엔진과 변속기가 없고, 대신 전기 동력과 관련된 부품이 있는데, 구동모터, 감속기, 배터리, 온보드 차저, 통합전력제어 장치 등이 있다. 이는 모두 배터리의 전력으로 자동차를 구동하기 위한 부품이다.

 

전기자동차의 구성 부품

배터리 : 리튬이온이 사용되되며, 전체 배터리 팩은 다수의 셀 모듈, 냉각 시스템, 절연체, 정션 박스, 배터리 관리 시스템(BMS), 케이스로 구성된다. 최대 600V 까지 가능하나 일반적으로 300V 근처이다. 일반적으로 EV 배터리는 20~25kWh이다.

배터리 관리 컨트롤러 : 배터리를 모니터하고, 제어한다. 무엇보다도 셀의 충전 상태를 결정한다. 온도를 조절하고, 과도한 충방전을 방지한다. 위급 상황시에 배터리 시스템을 분리하는 전자 작동 스위치를 포함한다.  (릴레이 주접점이 열리면서 시스템에서 분리)

모터 : 전기 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치이다. 실제로 차량을 움직이는 부품이다. 대표적인 모터는 DC 펄스를 사용하는 AC 동기 모터다.

인버터 : 배터리에서 나오는 DC를 모터를 구동하기 위한 AC로 변환하는 전자장치 또는 회로다. 그러니까 결국에 전기차를 움직이는건 AC라는 말이구나. / 회생 제동때는 반대로 작동한다.

컨트롤 유닛 : 파워 컨트롤 유닛 또는 모터 컨트롤 유닛이라고 불리는 장치로 전력전자장치(인버터)를 제어한다. 약간 전기차의 모든 일을 담당하는 컨트롤 타워 같은 느낌 움직이라면 움직이고, 에어컨도 가동하고 그러는 친구

충전 장치 : 외부전원이 연결되는 부위에 설치한다. 일반적으로 배터리 셀 충전에 적합한 수준은 (300V)라고 한다. 여튼 충전 장치는 배터리 셀 충전에 적합한 수준으로 변환하고 제어한다.

드라이버 인터페이스 : 운전자에게 정보를 제공하는 방법

 

-  전기 자동차의 배터리 기술

전류는 배터리 셀과 관련 연결부에서 열을 발생시키므로 냉각이 필수다. 발열 현상의 전류의 제곱에 비례하고 셀 및 연결부의 내부 저항에 비례한다. 셀의 내부 저항은 추울 때 상승한다.

 

-  클라우드 기반 배터리 관리

배터리의 성능이 저하되는지 확인할 방법 중에서 클라우드 안에서 작동하는 스마트 소프트웨어는 배터리 상태를 지속적으로 분석해서 적절한 조처를 한다. 이 덕분에 셀의 노화를 최대 20% 까지 줄일 수 있다.

차량과 주변에서 수집한 실시간 데이터가 중요한 역할을 하는데, 클라우드 서비스는 이 데이터를 통해 모든 충전 프로세스를 최적화 하고 배터리 전력을 절약하는 맞춤형 운전 팁을 운전자에게 제공할 수 있다.

데이터를 머신러닝을 통해 분석하면, 배터리의 현재 상태를 파악할 수 있고, 배터리의 잔여 사용 수명 및 향후 성능까지도 안정적으로 예측할 수 있다.

-  전기차의 충전 모드 

전기차의 충전 요건을 충족하면서도 안전하게 충전하기 위한 충전 모드

모드 1 : 간단한 연장 코드를 통해 표준 전원 콘센트에서 가정에서 충전하는 것을 말한다. 차량과 따로 통신하지 않는다.

모드 2:  모드 2 충전 케이블은 감전으로부터 보호하는 보호 기능이 케이블에 내장되어 있다. AC 및 DC 전류에 대한 충격 보호 기능이 통합된 특수 케이블 이다. ICCB 에는 전원을 조절하고 보안 매개 변수를 모니터링 하는 기능이 있다.  (차량과 통신할 수 있는 장치가 필요하다.)

모드 3 : 전용 충전 스테이션 또는 EV 충전을 위한 가정용 벽 박스 사용, 둘 다 AC , DC전류에 대한 충격 보호 기능 제공. 전기자동차는 충전을 위한 전용 케이블이 필요하지 않다. PWM 프로토콜을 통해 차량과 통신하고 차동 보호 및 자기 열 모터 보호 기능을 제거하고 승인 및 적절한 보안을 관리한다. Type2 충전 플러그를 통해 최대 63A(44kW)의 3상 전원으로 차량 충전 가능

모드 4 : DC 고속 충전 또는 고속 충전으로 최대 80A의 전류를 위한 유형 2 충전 플러그를 장착하거나 최대 200A의 전류를 위한 combo 유형의 충전 플러그를 사용할 수 있습니다. 최대 170kW 지만 블루플러그는 360kW 을 지원한다고 합니다.

 

IEC 62196에 의한 전기차 충전 방식또한 있다.

AC Level 1 : 가정용 표준 전압 (AC 120V)로 충전에 6~24시간 소요되며, 장기간 주차가 가능한 곳에서 충전하며, 누전 차단기, AC/DC 변환기 , DC/DC 변환기를 거쳐 충전한다.

AC Level 2 : 단일 또는 삼중 위상 교류 전압 (AC 240 V)로 충전에 2~8시간 소요되며 AC/DC 변환기와 DC/DC 변환기를 거쳐 충전한다.

 DC Level 1, 2 :   DC전압 50~1000V ->  Level 1 : 80A, Level 2 : 400A로 충전에 10~30분 정도 소요된다. BMS와 충전소 간 통신을 통한 상호작용을 하며, 전원 왜곡 교정 장치, DC/DC 변환기를 거쳐 충전한다.