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전기차 충전기의 종류 및 구성 – 생생정보
홈 충전기 및 완속 충전기의 충전 전압은 AC 220 V 이고 충전 용량은 7.7 kW 미만이다. 완속 충전기의 경우 전력변환 장치가 차량 내부에 존재하며 이를 …
Source: misterio.tistory.com
Date Published: 2/10/2021
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[논문]전기차 충전기를 위한 정류 회로 제어 기술
본 논문은 전기차 충전기 정류 회로의 제어 기법을 제안한다. 전기차 충전기는 충전 용량, 용도 시간에 따라 완속 충전기와 급속 충전기로 구분된다.
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 11/27/2021
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전기자동차 충전인프라 설치․운영 지침 – 환경부
본 지침은 전기자동차 충전인프라를 설치하려는 실무담당자를 위하여 … (1) 전기계기는 외부에서 검침이 가능한 구조로 분전반 내에 설치하되, 불가피할.
Source: www.me.go.kr
Date Published: 8/12/2022
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[EVSE] 전기자동차 완속충전기 동작 원리 – 소나무 기운
[2021-05-31] 충전기 내부구조 분석 링크 삽입. 전기차 충전기 관련 이슈가 있어 공부중이다. 커넥터 종류, 표준등 정말 많은 내용이 있지만 완속 …Source: pineenergy.tistory.com
Date Published: 4/4/2022
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전기차 충전기의 종류 및 구성
1. 전기차 충전기의 종류
전기차 충전기의 종류는 충전 방식에 따라 크게 직접 충전 방식, 무선 충전 방식, 배터리 교환 방식으로 나눌 수 있다. 배터리 교환 방식은 미국의 Project Better Place 社에서 개발하였으며 배터리 교환소에서 방전된 배터리와 충전된 배터리를 교체하는 방법이다. 충전인프라 운영업체에서 축전지를 구매하여 사용자에게 임대하는 방식으로 표준규격의 축전지를 사용하므로 차종에 관계없이 적용이 가능하다. 하지만 초기 인프라 투자 비용이 높고 전기차 제조사에서 배터리 교환이 가능한 차량을 생산해야 하기 때문에 상용화가 어려운 단점이 있다.
무선 충전 방식은 바닥에 매설된 고주파 전력공급 장치로부터 전기차의 집전 장치에 전자기 유도를 통해 전력을 전달하여 배터리를 충전한다. 충전 케이블을 연결할 필요가 없기 때문에 간편하고 안전한 장점이 있다. 무선 충전 방식 은 차량의 움직임에 따라 정차 시 충전하는 방법과 주행 시 충전하는 방법으로 나눌 수 있다. 정차 시 충전하는 방법은 충전소에서 정해진 장소에 차량을 위치 시킨 후 충전하는 방법이다. 주행 시 충전하는 방법은 전력공급 장치를 도로에 설치하여 전기차가 주행하면서 전력공급 장치로부터 에너지를 공급받아 배터리를 충전하는 방법이다. 이 방법은 충전 대기시간이 필요 없기 때문에 전기차 충전 방법 중 가장 효율적인 방법이지만 도로에 충전 인프라를 매설해야 하기 때문에 초기 투 자비용이 높고 기존에 사용하고 있는 도로에는 적용하기 힘들기 때문에 상용화가 어려운 단점이 있다.
직접 충전 방식은 전기차에 충전 케이블을 연결하여 에너지를 직접 공급하는 방법으로 사용용도 및 용량에 따라 홈 충전기, 완속 충전기, 급속 충전기로 구분할 수 있다. 직접 충전 방식은 현재 가장 일반적이고 널리 활용되고 있는 충전 방식이다. 홈 충전기 및 완속 충전기의 충전 전압은 AC 220 V 이고 충전 용량은 7.7 kW 미만이다. 완속 충전기의 경우 전력변환 장치가 차량 내부에 존재하며 이를 OBC(On board charger)라 한다. OBC는 AC 200V 전원을 DC로 변환하여 배터리를 충전한다. 또한, 완속 충전기는 공공장소, 백화점, 편의시설 등과 같은 공공장소에 많이 사용되고 충전 시간은 약 6 ~ 8 시간 정도 소요된다. 급촉 충전기의 충전 전압은 승용차 기준으로 DC 500 V 이하이고 충전 용량은 50 kW 이상이다. 급속 충전기는 전력변환 장치가 차량 외부에 존재하고 충전기에서 DC 전압을 만들고 바로 배터리를 충전한다. 급속 충전기는 전용 충전소에 주로 설치되고 충전 용량이 크기 때문에 80 % 충전까지 30분이 소요된다.
2. 완속 충전기의 구성
완속 충전기의 전력변환 장치는 OBC 타입으로 차량 내부에 탑재되어 있다. OBC의 용량은 일반적으로 7.7 kW 이하이기 때문에 전원으로 단상 계통을 사용하고 OBC는 전기차 배터리에 전력을 공급하기 위해 넓은 충전 전압을 만족해야 한다. OBC는 크게 AC/DC 컨 버터와 DC/DC 컨버터로 2단으로 구성된다. AC/DC 컨버터는 전원의 AC 전압을 DC 전압으로 정류시키고 입력 전류의 역률 및 고조파 제어를 담당한다. 구성이 간단하고 역률 제어에 유리한 PFC (Power factor correction)가 정류 회로로 많이 사용된다. DC/DC 컨버터는 전원과 배터리의 절연을 위해서 절연형 컨버터가 주로 사용되며 배터리의 넓은 충전 전압 범위를 만족시킬 수 있어야 하고 충전 제어를 한다.
OBC는 차량 내부에 탑재되는 특성에 의해 고전력 밀도가 요구된다. 전력 변환 장치에서 필터로 사용되는 수동 소자가 시스템의 큰 부피를 차지하기 때문에 수동 소자를 줄이기 위해 높은 스위칭 주파수를 사용한다. 스위칭 주파수를 높이면 수동 소자의 부피를 줄일 수 있지만 전력 반도체에서 발생하는 스위칭 손실이 커지기 때문에 이를 줄이기 위해서 다양한 소프트 스위칭 기법들이 적용되고 있다.
3. 급속 충전기의 구성
급속 충전기는 완속 충전기와는 다르게 충전기의 전력변환 장치가 전기차 외부에 별도로 있다. 급속 충전기는 50 kW 이상의 고 용량이기 때문에 전원으로 3상 계통을 사용하고 500 V 이하의 DC 전압을 전기차에 공급한다. 다양한 차종의 충전 전압을 만족하기 위해 충전기는 넓은 출력 전압을 출력 할 수 있어야 한다. 급속 충전기의 기본적인 구성은 OBC의 구성과 동일하지만 3상 계통을 전원으로 사용하기 때문에 AC/DC 컨버터의 회로는 OBC와 다르다. 3상 AC 전압을 DC로 정류하고 역률 및 고조파 제어를 위해 PWM 컨버터가 AC/DC 컨버터로 많이 사용된다.
급속 충전기의 용량은 50 kW 이상으로 고용량이기 때문에 전력 반도체의 스위칭 손실을 고려하면 스위칭 주파수를 높여서 수동 소자의 부피를 줄이는데 한계가 있다. 급속 충전기 시스템에서 PWM 컨버터에 계통연계 필터는 필수적 으로 사용되는데 고 용량으로 인해 충전기 시스템에서 필터는 큰 부피를 차지 한다. 계통연계 필터의 종류로 L-, LC- 또는 LCL-필터가 있고 시스템의 부피를 줄이기 위해 LCL-필터가 주로 사용된다.
[논문]전기차 충전기를 위한 정류 회로 제어 기술
초록
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본 논문은 전기차 충전기 정류 회로의 제어 기법을 제안한다. 전기차 충전기는 충전 용량, 용도 시간에 따라 완속 충전기와 급속 충전기로 구분된다. 본 논문에서는 두 충전기 정류 회로의 제어 기법에 대한 연구가 진행되었으며, 각 분야는 완속 충전기 정류 회로를 위한 예측 제어 기법과 급속 충전기 정류 회로의 불연속 전압 변조 방법이다.
첫 번째로 PFC 컨버터를 위한 모델 기반의 예측 전류 제어 방법을 제안한다. 기존에는 PFC 컨버터 제어를 위해 PI 제어기를 주로 사용하였다. 하지만 PI 제어기를 전류 제어로 사용하면 계…
본 논문은 전기차 충전기 정류 회로의 제어 기법을 제안한다. 전기차 충전기는 충전 용량, 용도 시간에 따라 완속 충전기와 급속 충전기로 구분된다. 본 논문에서는 두 충전기 정류 회로의 제어 기법에 대한 연구가 진행되었으며, 각 분야는 완속 충전기 정류 회로를 위한 예측 제어 기법과 급속 충전기 정류 회로의 불연속 전압 변조 방법이다.
첫 번째로 PFC 컨버터를 위한 모델 기반의 예측 전류 제어 방법을 제안한다. 기존에는 PFC 컨버터 제어를 위해 PI 제어기를 주로 사용하였다. 하지만 PI 제어기를 전류 제어로 사용하면 계통 전류 중 영 전류 부분에서 왜곡이 발생하고 이는 전력 품질에 악영향을 미친다. PI 제어기의 느린 동특성과 평균 전류 제어를 하지 못하는 문제로 인해 전류의 왜곡이 발생한다. 본 논문에서는 전류의 왜곡을 저감하고 전력 품질을 개선할 수 있는 예측 제어 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 시스템 모델을 기반으로 다음 상태의 전류를 예측하고 전류 지령을 추종하기 위한 최적의 듀티를 출력하여 동특성이 빠르고 전류 연속 모드와 불연속 모드에서 평균 전류 제어가 가능하여 전류 왜곡을 개선할 수 있다. 두 번째로 LCL-필터를 사용하는 계통 연계 컨버터의 불연속 전압 방법을 제안한다. LCL-필터를 계통 연계 필터로 사용하는 시스템에서 60도 불연속 전압 변조 방법을 사용하면 전압 변조 신호가 직류단으로 고정되는 순간마다 전류가 공진하는 문제가 발생한다. 전압 변조 신호가 불연속적으로 변하는 순간에 컨버터 출력단에 많은 고조파 전압이 발생하게 되고 이러한 고조파가 LCL-필터에 의한 공진 주파수 대역에 존재하면 전류가 공진하고 전력 품질에 악영향을 준다. 제안하는 방법은 6차 고조파를 전압 변조 신호에 주입하여 변조 신호의 불연속적인 변화를 연속적으로 변화시켜 컨버터 출력단에 발생하는 고조파 전압을 저감할 수 있다. 공진 주파수 대역의 고조파 전압도 저감 되기 때문에 전류의 공진 문제를 해결할 수 있다.
전기차 충전기의 고효율 및 전력 품질 개선을 위해 두 가지 분야에서 제안된 방법들은 우선 시뮬레이션을 통해 성능을 확인하고, 실험 세트에 최종적으로 적용 함으로써 타당성을 검증한다.
[EVSE] 전기자동차 완속충전기 동작 원리
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[2021-05-31] 충전기 내부구조 분석 링크 삽입전기차 충전기 관련 이슈가 있어 공부중이다.
커넥터 종류, 표준등 정말 많은 내용이 있지만 완속충전기 동작 원리에 대한것을 알아보자
우선은 기본 전기차 용어를 알아보자.
※ OBC (On Board Charger) : 충전기의 AC 입력을 배터리의 DC로 변환하는 장치
※ SOC (State Of Charge) : 배터리의 잔존 용량
※ CP (Control Pilot) : 전기차와 전기 충전기(EVSE) 사이에 상호 모니터링을 하는 통신 기능
※ PD (Proximity Detection) : 충전기가 충전구에 꽂혀있는지 확인 여부 (충전구가 꽂혀있으면 전기차 이동이 불가)
※ EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) : 전기차 충전기
※ ICCB (In Cable Control Box) : 전기자동차 홈 충전 장치
이 중 EVSE를 만들어야 하니 공부를 해 보자.
충전의 기본 2가지
충전 방식은 고압의 DC를 연결하여 차량의 배터리를 직접충전하는 급속 충전 방식이 있고,
차량 내부의 OBC(On Board Charger)를 이용하는 완속 충전으로 구분 된다.
이 중에 우리가 고민할 것은 완속충전기다.
충전기가 정상적으로 동작하기 위해서는 EV와 EVSE간 정보교환이 필요하다.
두가지 방법이 있다.
첫째. PWM신호를 사용하는 Control Pilot 핀을 사용하여 정보 교환.
둘째. ISO/IEC 15118을 이용한 CAN통신의 정보 교환.
우선 간단히 설명할 ISO/IEC 15118은 CAN통신을 이용한 방법이며 EV를 이동하는 전기 저장장치로 생각하여
충전뿐 아니라 방전도 할 수 있도록 추가되어 있다.
예를 들면 전기요금이 저렴한 새벽시간에 충전을 진행하고 전기소비가 많은 저녁시간에 방전을 하여 수익을 거둘 수 있다.
이번에 적용 계획인 첫번째 방법은 1Khz의 주파수의 PWM의 진폭을 이용하여 충전가능상태등을 EV에 전달한다.
또 주파수의 DUTY를 변경하여 전류 제한을 할수도 있다.
신호 전달 블럭 PWM을 이용한 정보교환 방법
EVSE는 PWM신호를 내보내기도 하고 PWM의 진폭이 변하는 것을 감시하기도 하면서 정보를 교환한다.
1. +12유지 : EV와 EVSE는 연결되지 않았다.
2. 9~-12V : 전력을 보낼 준비가 되었다.
3. 6~-12V : EV가 전력을 받을 준비가 되었다.
4. 6~-12V(duty 변경) : 전류 용량 표시
위키피디아서는 다음과 같이 설명하고 있다.
충전 상태
위키피디아 상세 설명.
https://en.wikipedia.org/wiki/SAE_J1772
PWM Duty에 따른 최대 전력
계산법은 PWM의 ON타임이 960uS라면
(960uS -640uS) * 2.5A = 80A
로 정리된다.
여기서 소개
오프소스 하드웨어인 OpenSEVE가 있다.
하드웨어도 모두 판매하며 소프트웨어도 공개되어 있다.
아두이노를 이용하고 와이파이 모듈등이 연동된다.
https://www.openevse.com/
https://github.com/OpenEVSE
오픈소스의 대단한 힘.
https://pineenergy.tistory.com/16?category=879642
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