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EV 및 PHEV 전도성 충전 커플러 표준

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-04-08 03:16:09

본문

1. 서론

지구 온난화, 화석연료 고갈 및 대기오염 등의 문제로 친환경차량에 대한 개발이 가속화 되고 있으며 세계각국의 배기가스 기준강화 및 온실가스규제가 점점 강화되어 기존의 내연기관 자동차로는 이와 같은 규제를 충족시킬 수 없을 것으로 판단되어 자동차 회사들은 대체연료 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자동차, 연료전지자동차 등 친환경자동차 개발에 집중하고 있는 실정이다. 그 중에서도 최근들어 고성능 리튬전지의 상용화로 활발하게 출시되고 있는 전기자동차는 배터리에 저장된 전기에너지만을 사용하기 때문에 배기가스 배출이“0”인 무공해 자동차로 일본, 유럽, 미국 등에서 적극적인 보급정책을 추진하고 있다.

글 / 박성용 (한국GM)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2014년 1월호

전기자동차는 차량에 탑재된 에너지저장시스템을 동력원으로 사용하여 전기모터를 구동하는 자동차로 전기에너지 저장을 위해서 배터리를 사용한다. 따라서 전기자동차는 배터리의 방전 에너지량만큼 주행이 가능하고 방전이 되면 충전을 해주어야 주행이 가능하며 전기 공급을 위해서는 자동차 인렛(Inlet)과 충전 커넥터를 접촉시켜 전기를 공급해 주어야 한다. 전도성 충전이란 배터리 충전 및 기타 차량 전기 시스템을 작동하기 위해 에너지를 전달할 목적으로 전력공급망을 전기자동차에 연결하고, 확실한 설비 접지 경로를 구축하여, 전기자동차와 전원공급장치 사이의 제어 정보를 교환하는 충전 방법이다.

2. 전기자동차 충전커플러 표준

충전 커플러는 차량에 충전을 위해 충전기와 자동차를 연결시켜주는 부품으로 전도성 충전 커플러는 절연체에 삽입되어 결합 부품의 하우징 내에 포함된 전기 기계적인 접점이 있는 하나의 커넥터/차량 인렛 세트로 구성된다.

차량에 충전을 위해 전기에너지를 공급하는 방법에 따라서 교류 및 직류충전 방법이 있으며 국가별, 용도별 전력 인프라가 서로 다르므로 충전기 소켓 및 플러그의 형상과 정격전압이 상이하며 따라서 전기차 커플러의 형상과 전압도 서로 상이하여 국가별로 호환이 되지 않는 경우가 있다.

전기자동차를 제작하는 자동차회사는 충전커플러가 서로 호환이 되지 않을 경우 수출지역에 따라서 각각 다른 커플러를 차량에 탑재하게 되어 개발비용이 상승하게 될 뿐 아니라 각 국가별로 충전인프라를 구축할 경우에도 수입 차량의 인렛과 충전 인프라의 커넥터가 호환이 되지 않아 인프라 구축비용이 상승하며 이에 따라서 전기자동차의 보급에 장애 요인이 될 수 있다. 따라서 전기자동차 충전시스템이 표준화가 되어야 전기자동차 보급이 원활하게 이루어 질 것이며 각 국가별 충전커플러의 표준화 동향을 살펴보면 그림 1과 같다.

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유럽의 경우 IEC(국제전기기술위원회)표준을 따르고 있으며 AC의 경우 단상 및 3상 7핀 커플러사용 및 DC는 콤보 Type 2가 사용된다. 북미의 경우 AC는 단상 5핀 커플러, DC는 유럽처럼 콤보를 사용하며 Type 1 이 사용된다. 전기자동차를 가장 먼저 북미에 판매해온 일본의 경우 AC는 단상 5핀을 사용하며 DC의 경우 차데모 타입의 커플러를 사용하여 AC와 DC의 두 개의 자동차 인렛을 차량에 탑재해야 한다. 중국은 AC는 7핀
을 사용하며 DC는 독자적인 커플러를 사용하고 있으나 최근 DC의 경우 콤보 Type 2(7핀)의 적용을 검토하고 있다. 우리나라의 경우 AC는 단상 5핀 및 3상 7핀 커플러를 사용하고 있으며 DC의 경우 차데모타입과 호환이 가능한 커플러를 적용하고 있으며 최근 콤보 Type 1 커플러가 적용이 되도록 단체표준을 제정중에 있다.

다음 절에서는 콤보 Type 충전 커플러가 포함된 SAE J1772에 대한 주요 내용을 설명한다.

3. SAE J1772 주요내용

일반적인 전기자동차와 작동 요구사항을 비롯하여 자동차 인렛 및 결합커넥터의 기능 그리고 치수 요구사항을 포함한 전원공급장치 자동차의 전도성 충전방법을 정의하고 있다.

일반 전도성 충전을 위한 전기적 정격, 충전제어및 정보, 디지털 데이터 통신, 전기자동차 요구사항,EVSE 요구사항, 충전커플러 요구사항을 다루고 있으며 충전커플러 구성품인 자동차 인렛 및 자동차 커넥터에 대한 물리적, 환경적, 기계적인 요구사항이 포함되어 있다.

AC 충전은 레벨 1 및 레벨 2로 정의되며 이 인터페이스는 그림 2에 명시된 인터페이스 기능을 수행하는 5개 접점으로 구성된다. AC 전기정격은 표 1에 나타내었다. AC레벨 1은 NEC(625조)를 준수하는 기존 리셉터클로 연결할 수 있다. 레벨 2는 가정, 직장
및 공공충전시설에서 이용할 수 있다.

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AC 충전의 경우 EVSE 및 전기자동차 충전 시퀀스, 타이밍 및 응답, EV 요구사항, EVSE 요구사항,충전커플러 요구사항 등이 상세 설명되어 있다. DC충전은 2012년에 새롭게 추가된 콤보 Type1에 대한 DC 레벨 1 및 2 충전이 가능한 커플러 요구사항이 포
함되어 있다.

콤보 Type 커플러를 사용하면 차량 인렛을 한 개만 설치하면 AC 및 DC 충전이 모두 가능한 장점이 있다. DC 충전 인터페이스는 그림 3에 명시되어 있는 인터페이스 기능을 수행하는 7개의 접점으로 구성되어 있다.

DC 전기정격은 표 2에 명시된 전기정격으로 사용된다. DC 충전의 경우에도 EVSE 및 전기자동차 충전시퀀스, 타이밍 및 응답, EV 요구사항, EVSE 요구사항, 충전커플러 요구사항 등이 상세하게 설명되어 있다.
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