고속 충전소는 어떻게 충전 속도를 조절하나요?
수명이 다했거나 죽어가는 전기 자동차를 고속 충전소에 주차한 후 전원을 연결하고 1분 후 충전기 화면이 150kW에서 80kW로 점프하는 것을 본 적이 있다면 아마도 다음과 같은 의문이 들 것입니다. 속도는 왜 바뀌나요? 고속 충전소 공급업체인 저는 새로운 EV 소유자, 호기심 많은 행인, 심지어 자체 충전 인프라를 설치하려는 기타 사업주로부터 항상 이 질문을 받습니다. 사실, 빠른 충전 속도는 고정되어 있지 않습니다. 충전소, 자동차, 날씨 및 전력망 수요와 같은 외부 요인 사이를 역동적으로 왔다 갔다 하는 것입니다. 이것이 어떻게 작동하는지, 그리고 이것이 의존하는 모든 사람에게 왜 중요한지 분석해 보겠습니다.EV 자동차의 고속 충전그들의 여행을 순조롭게 진행하기 위해.
먼저 이 춤의 가장 큰 주체인 EV의 배터리 관리 시스템(BMS)부터 시작하겠습니다. BMS를 배터리 팩의 두뇌라고 생각하십시오. 그 임무는 배터리의 모든 단일 셀(온도, 충전 상태(SOC), 전압, 심지어 각 셀이 특정 순간에 안전하게 처리할 수 있는 전류량)을 모니터링하는 것입니다. 고속 충전기에 연결하면 BMS와 충전기 자체 제어 장치(종종 전력 제어 장치 또는 PCU라고도 함)는 CCS 또는 CHAdeMO와 같은 표준 프로토콜을 사용하여 빠르게 대화합니다. 이 채팅은 타협할 수 없습니다. 충전기에 "지금 내 배터리가 X만큼의 전력을 소모할 수 있습니다. 그 이상은 공급하지 마세요. 그렇지 않으면 셀이 과열되거나 손상될 위험이 있습니다."라고 말합니다.
예를 들어, 완전히 방전된 배터리를 가지고 역에 도착하면 BMS는 배터리가 최대 전력(예: 최신 장거리 EV에서 일반적으로 사용되는 350kW)을 사용할 준비가 되었음을 충전기에 알립니다. 그렇기 때문에 새로운 EV 소유자는 10분 만에 0%에서 50%로 갈 때 종종 충격을 받습니다. 그러나 배터리가 약 80% SOC에 도달하면 화학적 성질이 달라집니다. 리튬 이온 배터리는 음극에서 양극으로 이온 흐름이 많을 때 가장 빠르게 충전되지만, 일단 양극이 이온으로 거의 완전히 포화되면 리튬 도금 위험 없이는 많은 양을 수용할 수 없습니다. 리튬 금속이 양극에 축적되어 시간이 지남에 따라 단락이 발생할 수 있는 과정입니다. 이를 방지하기 위해 BMS는 충전기에 전원을 다시 다이얼하라고 지시합니다. 갑자기 350kW 충전기가 100kW를 출력하고 나머지 20%의 충전에 10분이 아닌 20~30분이 걸립니다. 이는 충전기의 결함이 아니라 장거리 배터리를 보호하는 BMS입니다. 이것이 바로 안정적이고 확장 가능한 인프라를 찾는 사람이라면 누구나 확인해 봐야 할 이유입니다.전기 자동차 고속 충전소광범위한 BMS 통신 프로토콜과 함께 작동하도록 설계되었습니다.
다음은 충전기의 하드웨어와 디자인입니다. 모든 고속 충전기가 동일하게 제작되는 것은 아니며, 즉석에서 속도를 조정하는 능력은 제작 방식에 따라 다릅니다. 대부분의 최신 공공 고속 충전기는 DC 고속 충전기(DCFC)로, 이는 자동차의 온보드 충전기를 우회하고 배터리에 직접 전류를 보냅니다. 이것이 바로 우리 모두가 의존하는 고속을 가능하게 하는 것입니다. 그러나 가장 강력한 DCFC에도 한계가 있으며 내부 구성 요소가 처리할 수 있는 속도만큼만 전력을 공급할 수 있습니다. 예를 들어, 50kW 충전기는 전원 모듈, 냉각 시스템 및 배선으로 인해 최대 50kW만 공급하도록 제한됩니다. 그러나 150kW 충전기라도 연결되는 모든 차량에 150kW를 공급하는 것은 아닙니다. PCU는 BMS에서 받는 신호뿐 아니라 자체 하드웨어 용량에 따라 실시간으로 전력 출력을 조정하도록 프로그래밍되어 있습니다. 충전기의 내부 온도가 너무 높아지면(예: 95도 열에서 3시간 동안 150kW의 전력으로 계속 작동했기 때문에) 과열 및 손상을 방지하기 위해 전력을 다시 공급합니다. 그렇기 때문에 때때로 무더운 여름날에는 고속으로 작동해야 하는 충전기를 볼 수 있습니다. 충전기는 스스로를 보호하고 나아가 자동차도 보호합니다.
집에서 충전을 선호하는 사람들에게는 낮은 전력 수준에서도 동일한 논리가 적용됩니다. 에이50kw 가정용 충전기BMS와 함께 작동하여 속도를 조정하지만 집에서는 속도가 크게 필요하지 않은 밤에 충전하는 경우가 많기 때문에 이러한 충전기는 일반적으로 최대 전력보다 효율성을 우선시합니다. 여전히 조정됩니다. BMS에 배터리가 차갑다고 표시되면 손상을 방지하기 위해 배터리가 예열될 때까지 더 낮은 전력을 공급할 수 있습니다. 그리드에 최대 수요가 발생하는 경우(예: 모두가 AC를 사용하는 더운 여름 저녁), 가정용 충전기는 로컬 그리드에 추가 부담을 주지 않도록 전력을 약간 줄일 수도 있습니다. 그렇기 때문에집에서 충전 포인트스마트 그리드 기능으로 설계된 스마트 그리드는 점점 더 대중화되고 있습니다. 전력 회사와 협력하여 그리드 요구 사항에 따라 충전 속도를 조정할 수 있으며, 배터리를 건강하게 유지하면서 사용량이 적은 시간에 더 저렴하게 충전할 수 있는 경우가 많습니다.
충전소의 속도 조절 속도에는 외부 요인도 큰 역할을 하며, 가장 과소평가된 요인 중 하나는 온도입니다. 배터리는 까다롭습니다. 너무 추울 때나 너무 뜨거울 때 제대로 충전되지 않습니다. 영하의 온도에서는 리튬 이온이 훨씬 느리게 이동하므로 BMS가 높은 전력을 수용할 준비가 되어 있어도 화학 반응이 따라잡을 수 없습니다. 결과적으로 BMS는 손상을 방지하기 위해 충전 속도를 제한합니다. 그렇기 때문에 추운 겨울날 고속 충전기가 충전 첫 10분 동안 평소 전력의 절반만 공급하는 것을 볼 수 있습니다. 반대로 배터리가 너무 뜨거워지면(예: 100도의 열기 속에서 고속도로를 30분간 운전한 후) 이온 흐름이 불안정해질 수 있으므로 BMS는 배터리가 식을 때까지 충전 속도를 늦춥니다. 일부 고급 고속 충전기에는 통합 배터리 사전 조절 기능도 포함되어 있어 그리드의 전력을 사용하여 충전을 시작하기 전에 배터리를 따뜻하게 하거나 식힐 수 있습니다. 차가운 배터리를 공용 충전기에 연결하면 충전기는 속도를 높이기 전에 배터리를 최적의 온도(약 20~25°C)로 유지하기 위해 몇 분 동안 최대 전력을 지연시켜 장기적으로 시간을 절약할 수 있습니다.
그리드 수요는 특히 공공 고속 충전소의 경우 또 다른 주요 외부 요인입니다. 전력회사는 피크 시간대(일반적으로 정오와 초저녁)에 전기 요금을 더 많이 부과하는 경우가 많으며, 전력망에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 많은 충전소 운영자는 전력망 용량에 따라 전력 출력을 조정할 수 있는 충전기를 설치합니다. 예를 들어, 로컬 그리드가 충전기 그룹에 대해 1MW의 전력만 지원할 수 있고 각각 150kW를 지원하는 10개의 DCFC가 있는 경우 그리드 관리 시스템은 전력을 동적으로 할당합니다. 자동차 한 대만 충전하면 150kW를 모두 얻을 수 있습니다. 두 대의 자동차가 동시에 연결되면 시스템은 사용 가능한 전력(예: 각각 100kW)을 분할하므로 어느 쪽도 부족하지 않고 그리드에 과부하가 걸리지 않습니다. 이것이 현대 공공 충전기가 구형 모델보다 더 똑똑한 이유입니다. 자동차뿐만 아니라 로컬 그리드와 통신하여 실시간으로 속도를 조정하여 충전이 모든 사람에게 효율적으로 이루어지도록 할 수 있습니다. 공급업체로서공공 DC 급속 충전소솔루션을 통해 우리는 이러한 동적 조정을 원활하게 수행하는 내장형 그리드 관리 모듈로 장치를 설계하므로 운영자는 그리드 제약으로 인해 고객의 충전 속도가 저하되는 것에 대해 걱정할 필요가 없습니다.
일반적인 통념을 깨는 것도 중요합니다. 전력이 더 높은 충전기가 항상 더 빠른 것은 아닙니다. 350kW 충전기는 배터리가 전력을 수용할 수 있는 속도만큼만 빠릅니다. EV의 BMS가 특정 충전 상태에서 100kW만 처리할 수 있는 경우 350kW 충전기에 연결하면 충전기의 성능에 관계없이 최대 100kW만 얻을 수 있습니다. 그렇기 때문에 더 크고 발전된 배터리 팩을 갖춘 최신 EV는 더 높은 전력 수준을 처리하도록 설계되어 시중에서 가장 빠른 충전기를 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 75kWh 배터리를 탑재한 Tesla Model 3는 최대 250kW를 소비할 수 있는 반면, 40kWh 배터리를 탑재한 구형 Nissan Leaf는 최대 약 50kW를 소비합니다. 따라서 Leaf를 350kW 충전기에 연결하면 SOC 상한에 도달할 때까지 대부분의 충전에 대해 50kW로만 충전한 다음 더욱 느려집니다. 이러한 불일치는 의도적인 것이며 이는 배터리 수명과 안전성에 관한 것입니다.
그렇다면 이는 EV 운전자나 충전 인프라 설치를 원하는 기업에게 어떤 의미가 있을까요? 운전자의 경우 충전 속도가 어떻게 조정되는지 이해하면 장거리 여행으로 인한 스트레스를 덜 수 있습니다. 충전기에 도착했는데 광고보다 느리게 작동한다면 충전기에 결함이 있는 경우는 거의 없습니다. 배터리를 보호하는 BMS, 충전기 자체 냉각 또는 작동 온도와 같은 요인입니다. 기업의 경우 올바른 충전소를 선택한다는 것은 모든 최신 EV BMS 시스템과 효과적으로 통신하고, 외부 그리드 요구 사항을 처리하고, 실제 조건에 적응할 수 있는 충전기를 구축하는 공급업체와 협력한다는 것을 의미합니다.
귀하의 비즈니스, 재산 또는 차량을 위한 고속 충전 인프라에 투자할 준비가 되셨다면 당사가 도와드리겠습니다. 당사의 전기 자동차 고속 충전소 라인은 최첨단 통신 프로토콜, 스마트 전원 조정 및 내장된 안전 기능으로 설계되어 항상 모든 EV에 대한 안정적인 충전을 보장합니다. 공용 DC 급속 충전기, 50kW 가정용 충전기와 같은 가정용 충전 솔루션을 찾고 있거나 요구 사항에 맞는 설정을 선택하는 데 도움이 필요한 경우 당사 팀이 프로세스의 모든 단계를 안내해 드립니다. 당사의 충전 솔루션이 어떻게 귀하의 요구 사항을 충족하고 귀하의 고객이나 운전자가 계속해서 충전 상태를 유지할 수 있는지 자세히 알아보려면 당사에 문의하세요.
참고자료
- 국립 재생 에너지 연구소(NREL). (2022). DC 고속 충전 성능 및 배터리 안전성. 미국 에너지부.
- 국제에너지기구(IEA). (2023). 전기 자동차를 위한 고속 충전 인프라: 기술, 배포 및 정책.
- 자동차공학회(SAE). (2021). 전기 자동차 전도성 충전 시스템 표준(SAE J1772/CCS).
- 배터리 대학. (2022). 리튬 이온 배터리 충전 기본 사항. Cadex 전자 주식회사
- 국제전기기술위원회(IEC). (2020). DC 고속 충전소 안전 요구 사항(IEC 61851-23).