레벨 2 고속 DC 충전을 제공하는 콤팩트 CCS 케이블

편리하고 안정적으로 충전하려면 전기 자동차(EV)와 관련한 '주행 거리에 대한 불안감'을 해소해야 합니다. 이러한 요구 사항을 지원하기 위해 EV 서비스 장비(EVSE) 인프라 설계자는 최대 80A를 공급할 수 있는 주거, 상업 및 소매 환경의 중전력 레벨 2 직류(DC) 고속 충전기, 최대 500A DC를 공급할 수 있는 고전력 레벨 3 초고속 충전기, 야간 및 비상 충전용 저전력 레벨 1 교류(AC) 충전을 비롯한 다양한 충전 옵션을 포함해야 합니다.

하지만 EV를 DC 충전하려면 복잡합니다. EVSE에서는 커넥터 잠금, 시스템 분리, 충전 전압, 충전 전류, 커넥터 온도를 지속적으로 모니터링해야 합니다. 이러한 파라미터 중 하나라도 설정된 한도를 벗어날 경우 EVSE는 가동 중단됩니다. 또한 레벨 2 DC 충전기의 콤팩트 케이블과 커넥터를 설계 및 조립하고 기계적, 전기적으로 장기적인 무결성을 보장하는 데 어려움이 따릅니다. 케이블에는 +DC, -DC, 커뮤니케이션, 잠금 모니터, 보호 접지의 5개 컨덕터가 포함되어 있습니다. 이러한 컨덕터는 각각 양 끝의 EVSE와 콤팩트 충전 시스템(CCS) 커넥터에 안정적으로 연결되어야 합니다. 이러한 연결 중 하나라도 결함이 있다면 안정적인 작동을 보장하기 위해 EVSE에서 시간과 비용을 많이 들여서 재작업해야 합니다.

레벨 2 EVSE의 CCS 커넥터 및 케이블 조립 관련 문제를 해결하기 위해 설계자는 케이블이 부착된 상태로 사전 조립된 콤팩트 CCS 커넥터를 사용할 수 있습니다. 이러한 케이블 및 커넥터 조립품은 레벨 3 충전이 필요하지 않지만 레벨 1보다 레벨 2가 선호되는 위치에서 사용하도록 설계되었습니다. 이러한 케이블은 북미용 타입 1 및 유럽용 타입 2로 제공되며, UL2251 요구 사항을 충족하는 타입 1과 함께 사용할 수 있습니다.

이 기사에서는 AC CCS 커넥터/케이블과 DC CCS 커넥터/케이블의 차이점을 검토하고 크기와 편리함의 측면에서 레벨 2 DC CCS 커넥터와 레벨 3 DC CCS 커넥터를 비교합니다. 또한 중전력 CCS 케이블 조립품에 대한 다양한 사용 사례를 살펴보고, Phoenix Contact의 타입 1 및 타입 2 CCS 콤팩트 케이블 조립품과 설치 권장 사항에 대해 알아봅니다.

AC EV 충전 케이블과 DC EV 충전 케이블의 차이점

CCS 표준 충전 인렛은 AC 및 DC 충전 커넥터에 모두 맞도록 설계되어 EV 설계를 간소화하면서 유연성을 제공합니다. AC 충전은 기본적으로 저전력이며 양쪽 끝에 플러그형 커넥터가 부착된 케이블을 사용합니다(그림 1). 높은 전력 레벨에서 작동하는 DC 충전의 경우 충전 케이블의 한쪽 끝에 있는 EVSE에 항상 연결하고 반대쪽 커넥터를 차량의 리셉터클에 삽입합니다. 또한 DC 커넥터에는 잠금 메커니즘과 온도 모니터링을 비롯하여 AC 커넥터에 없는 안전 기능이 있습니다.

그림 1: DC 충전 케이블은 EVSE에 영구적으로 부착되고 EV 리셉터클에 연결됩니다. AC 충전 케이블의 양쪽 끝에 플러그가 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

CCS 레벨 2 DC 커넥터와 최대 250kW를 충전하는 레벨 3 DC 커넥터는 크기가 비슷하며 일반 차량용 인렛에 사용될 수 있습니다. 주요 차이점으로 높은 전력 레벨을 공급하기 위한 250kW 정격 장치의 케이블 지름이 약 50% 더 크고, 그만큼 케이블 무게가 더 높습니다. 최대 80kW 정격 레벨 2 커넥터 및 케이블 조립품은 케이블이 훨씬 작으므로 무게가 훨씬 가볍고 취급하기 간편합니다. 최대 500kW 이상을 충전하는 고전력 DC의 경우 액체 냉각과 더 큰 커넥터 및 케이블을 지원하는 다른 차량용 인렛이 필요합니다(표 1).

표 1: 80kW, 250kW 및 500kW 정격 DC 충전기의 타입 2 CSS 커넥터 및 케이블 크기 비교 (이미지 출처: Phoenix Contact)

사용자의 안전과 EVSE의 적절한 작동을 보장하기 위해 잠금 메커니즘이 CCS DC 충전 커넥터 시스템에 내장되어 있습니다. 이러한 잠금 장치는 강하게 당기는 힘을 견디도록 설계되어 EV 충전 중에 커넥터를 분리하는 것이 거의 불가능합니다. 타입 1 커넥터의 잠금 메커니즘은 그림 2와 같이 수동 클립입니다. 타입 2 커넥터에서는 전자기적으로 제어되는 금속 볼트를 사용하여 잠급니다. 두 경우 모두 잠금 메커니즘을 모니터링하고 전용 연결을 통해 EVSE에 상태를 전달합니다.

그림 2: 타입 1 CCS 커넥터에는 수동으로 작동되는 잠금 클립이 포함되어 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

CCS DC 충전 커넥터에는 통합 온도 감지가 필요합니다. 전력 접점에서 직접 정밀하게 온도를 모니터링하여 사용자를 위험으로부터 보호하고 EVSE 손상을 방지하기 위해 충전 공정을 중단하거나 속도를 늦출 수 있습니다. 이 커넥터에는 각 접점에 하나씩 2개의 PT1000 센서가 포함되어 있습니다(그림 3). 이 센서에서는 온도가 높아지면 저항이 선형적으로 증가하여, 온도 모니터링을 간소화합니다. 온도는 케이블의 신호 라인을 통해 EVSE에 전달됩니다.

그림 3: 작동 온도를 모니터링하고 안전한 충전을 보장하기 위해 CSS 커넥터 접점에 PT1000 온도 센서가 필요합니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

보안 연결

CCS 커넥터 내부 연결은 특히 중요합니다. EVSE 내부 연결에는 큰 기계적 응력이 적용되지 않지만 CCS 커넥터가 정기적으로 결합 및 해제되므로 케이블 연결에 반복된 응력이 작용합니다(그림 4). 커넥터 케이블을 잘못 연결하면 케이블 연결 저항 또는 손실이 증가하여 접촉 성능이 저하되므로 하나 이상의 컨덕터가 일시적으로 분리되거나 과열이 발생할 수 있습니다. 커넥터 케이블을 잘못 조립할 경우 충전 시스템의 신뢰성이 감소하고 사용자 불만이 증가하며, EVSE 제조업체의 보증에서 제외될 수 있습니다.

그림 4: 중전력 DC 충전 커넥터는 크기가 작아서 강력하고 안정적인 케이블 연결을 보장하는 데 어려움이 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

레벨 2 사용 사례

레벨 2 DC 충전은 AC 충전에서 공급할 수 있는 것보다 많은 전력이 필요하지만 레벨 3 고속 충전이 필요하지 않은 경우에 널리 사용됩니다. 이 콤팩트 커넥터를 사용하는 EVSE는 CCS 표준을 충족하고 수형 폼 팩터는 편리함과 사용 편의성을 개선합니다. 이러한 EVSE는 다음과 같은 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.

교외 주거지: 레벨 2 DC 충전기는 240Vac 전력을 사용하며 EV에 따라 배터리 팩을 기본 레벨 1 AC 충전기보다 3배 ~ 7배 더 빠르게 충전할 수 있습니다. 다른 이점으로는 태양광 패널이 설치된 가정에서 레벨 2 DC 충전기는 태양광 어레이에서 직접 DC 전력을 전송할 수 있으므로 변환 전력 손실이 발생하지 않습니다. 향후에V2G(Vehicle-to-Grid) 및 V2H(Vehicle-to-Home) 시스템이 일반화될 경우 차량에서 가정 또는 그리드로 흐르는 전력 역류를 제어하는 양방향 레벨 2 충전기를 사용할 수 있습니다.

다세대 주택 및 도시: 아파트 및 오피스텔은 거주자와 방문객을 위한 레벨 2 DC 충전기를 제공합니다. 또한 도시 주거 환경의 '개폐로' 충전의 경우 차고를 사용할 수 없을 때 노상 주차 차량을 위한 충전기가 포함되어 있습니다. 어느 경우든 충전기는 EVSE 소유자에게 수익원을 제공하고 이웃 EV 소유자에게 편의를 제공할 수 있습니다.

차량이 모이는 공용 공간: 레벨 2 DC 충전기는 쇼핑 및 엔터테인먼트 센터, 학교 및 대학, 주차 건물, 스포츠 경기장, 충전소, 정비 공장 등 점점 더 많은 공용 공간에 설치되고 있습니다. EV 판매가 증가하면서 레벨 2 DC 충전기가 자동차 영업소에도 등장하고 있습니다. 이러한 충전기는 고객 인도 전에 EV를 완전히 충전하고 정비를 위해 맡겨진 EV를 충전하는 데 사용됩니다.

레벨 2 DC 커넥터 솔루션

최대 80A 전류를 충전해야 하는 경우 EVSE 설계자는 Phoenix Contact의 경량형 CCS C-Line DC 충전 커넥터 및 케이블 조립품으로 전환할 수 있습니다. 이 조립품은 타입 1 및 타입 2 응용 제품에 맞는 다양한 케이블 길이로 제공됩니다. 예를 들어 1236308 충전 케이블에는 타입 1 커넥터와 4m 케이블이 있고, 1236966 충전 케이블에는 타입 2 커넥터와 7m 케이블이 있습니다. 이 인체 공학적 커넥터는 빠른 연결 및 분리를 위한 소형 폼 팩터의 모든 CCS 표준을 충족하여 다양한 저전력 충전 분야에 사용할 수 있습니다(그림 5). 원하는 경우 EVSE 브랜딩 향상을 위해 회사 로고를 새길 수 있습니다. 크기는 작지만 성능은 우수하며 다음을 포함합니다.

• 최적의 성능과 신뢰성을 위한 은도금 접점
• 전력 접점 온도 모니터링을 위한 내장형 센서, 통합 잠금 메커니즘, CCS 표준 규격
• DIN EN 50620 준수, EVSE를 EV에 연결할 때 열악한 환경을 위한 정격 750V 압출 절연 및 피복
• IATF 16949 자동차 표준 및 ISO 9001 요구 사항 충족

그림 5: 인체 공학적 형상의 CCS C-Line 커넥터는 경량형 배선과 함께 취급을 간소화하고 편의성을 제공합니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

EVSE 통합

C-Line 케이블 조립품을 EVSE에 통합하도록 지원하기 위해 Phoenix Contact는 설계자에게 커넥터 홀더 및 케이블 글랜드(타입 1 커넥터용 1624143 커넥터 홀더 및 1424483 케이블 글랜드, 타입 2 커넥터용 1624153 커넥터 홀더 및 1411134 케이블 글랜드 등)를 제공합니다. EVSE의 측면 또는 전면에 커넥터 홀더를 설치하여 사용하지 않는 커넥터를 고정할 수 있습니다. 커넥터가 고정되지만 쉽게 빼낼 수 있습니다. 홀더를 0˚ ~ 45˚ 전방 기울기로 유연하게 실장할 수 있습니다. 케이블 글랜드를 사용하면 EVSE의 벽면을 통과하는 케이블을 보호하고, 사용자가 당길 때 케이블 손상을 방지하고, 먼지 및 습기가 EVSE에 유입되는 것을 차단할 수 있습니다.

그림 6: 타입 2 커넥터용 커넥터 홀더(왼쪽) 및 케이블 글랜드(오른쪽)를 사용하여 CCS C-Line 커넥터 및 케이블 조립품을 EVSE에 쉽게 통합할 수 있습니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

결론

레벨 2 DC 충전은 저전력 레벨 1 충전의 중요한 대안이 될 수 있습니다. 하지만 DC 충전 배선 및 커넥터를 설계하려면 많은 성능, 안전 및 규정 문제가 수반됩니다. 위에서 살펴본 바와 같이 레벨 2 충전용 기성 케이블/커넥터 조립품을 사용하여 설계자는 우수한 사용 편의성을 지원하는 가벼운 무게와 인체 공학적 설계를 비롯한 내재된 이점에 더하여 이러한 많은 문제를 빠르게 해결할 수 있습니다.

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