EV 고속 충전소를 위한 모듈형 설계 활용

가스 연료 자동차 운전자의 경우, 주유소나 주차장에 차를 세울 때마다 전기 자동차(EV) 충전소를 보게 되는 경우가 점점 많아지고 있습니다. 하지만 장거리 여행 중이거나, 단거리 이동 중이라 해도 충전을 깜박한 EV 운전자는 충전소 수가 적고 너무 멀리 있다고 느끼곤 합니다. 이는 편리하게 전기차를 충전할 수 있는 옵션에 대한 수요를 충족하기 위해 상업용 및 산업용 제품에 대한 수요가 증가하고 있음을 보여주는 지표입니다.

화석 연료 차량을 전기차로 대체하려는 정부의 목표를 달성하기 위해서는 충전 인프라 구축이 필수적입니다. 미국에서는 2021년 말경, 바이든 행정부가 2030년까지 전국에 50만 대의 공용 전기차 충전기를 구축하겠다는 전략을 발표했으며, 에너지부 보고서에 따르면 그때까지 120만 대의 충전기가 필요하다고 합니다. 영국, 중국, 유럽연합(EU)에도 공공 충전기 인프라에 대한 보조금을 지급하고 투자를 장려하고 있습니다.

정부의 인센티브와 배기 가스 규제로 인해 전기차 판매량은 2020년 200만 대에서 2040년 7,300만 대로 증가하여 전 세계 자동차 판매량의 61%를 차지하고 일본, 미국, EU에서는 이보다 더 높아질 것으로 예상됩니다. McKinsey는 2030년까지 미국 공공 충전기 하드웨어, 계획 및 설치(그리드 및 부지 전기 업그레이드 제외)에 드는 비용을 350억 달러로 추정하고 있으며, 직장 및 차량 차고지에 설치하는 경우 160억 달러가 추가로 소요될 것으로 예상하고 있습니다.

상업용 충전 솔루션 설계

도로에 운행되는 전기차의 수가 날로 증가함에 따라 2024년 초 미국 정부의 공공 충전소 설치 대수가 20만 대에 육박하는 것으로 추산되는 등 충전 솔루션의 잠재 시장은 엄청나게 커지고 있습니다.

1분 충전으로 약 19마일의 주행 거리를 제공하는 고전력 충전(HPS) 기술의 도입으로 전기차에 대한 소비자 신뢰가 높아짐에 따라 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 복합 충전 시스템(CCS) 표준의 200kW 충전 전류로 충전 시 분당 2.5마일을 주행하는 것과 비교됩니다.

상업용 및 산업용 충전 솔루션에는 수많은 설계 고려 사항이 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 진화하는 EV 충전 표준에 적응할 수 있는 능력입니다. 제품 설계자는 다음과 같은 주요 특성을 중심으로 성공적인 솔루션을 만들어야 합니다.

• 승용차, 버스, 트럭을 포함한 다양한 전기 자동차를 위한 빠르고 효율적인 충전
• 충전에 최대 전력을 사용하고 열 손실을 최소화하는 에너지 효율성
• 전압 변동이 있는 경우에도 일관된 충전 환경 제공
• 긴 서비스 수명 및 유지보수 용이성
• 대규모 충전소 운영과 예상되는 도로 위 전기차 증가를 수용할 수 있도록 최대 메가와트 범위까지 확장 가능
• 서지 보호, 회로 차단기 및 과열 방지 기능을 갖춘 안전하고 안정적인 작동

전기차에 빠르고 편리하며 안정적인 전력을 공급하려면 공공 및 상업/산업 애플리케이션에서 사용할 수 있는 높은 효율성과 유연성을 제공하는 제품 설계가 필요합니다.

더 빠른 EV 충전을 위한 모듈식 전원 공급 장치

Phoenix Contact는 빠르고 효율적인 EV 충전을 위해 설계된 모듈식 CHARX 전원 모듈을 제공하는데, 차량 및 중장비, AC 마이크로 그리드, 고전압 DC 그리드, 에너지 저장 및 수소 전기분해 애플리케이션을 위한 오프하이웨이 충전에도 적합합니다.

1923년 독일에서 설립된 Phoenix Contact는 전기 공학, 전자 및 자동화 분야의 부품, 시스템 및 솔루션 부문에서 세계를 선도하는 기업입니다. 현재, 전기화, 네트워킹, 자동화의 증가와 함께 신뢰할 수 있는 전원 공급 솔루션에 대한 의존도가 높아지는 '모든 전기 사회'의 비전에 동참하고 있으며, 이를 위해 최신 기술을 적용해 빠르고 안전하며 표준을 준수하는 충전 포인트와 충전 인터페이스를 제공하는 데 주력하고 있습니다.

충전 솔루션 구축을 위한 포괄적인 제품 포트폴리오의 일부인 CHARX 전원 모듈(그림 1)은 EV 충전소에서 일반적으로 사용되는 표준 19인치 캐비닛에 DIN 레일 없이 직접 장착할 수 있는 AC/DC 및 DC/DC 버전으로 제공됩니다. CHARX 모듈식 플러그 앤 플레이 설계는 푸시인 및 T-LOX 고속 연결 기술을 통해 설치 및 유지보수 프로세스를 간소화하고 속도를 개선합니다. 모듈 크기는 너비 483mm, 높이 134mm, 깊이 550mm입니다.

그림 1: 모듈식 CHARX 전원 캐비닛(AC/DC 및 DC/DC 모델로 제공). (이미지 출처: Phoenix Contact)

고전압 및 고전류의 DC 충전에 최적화된 각 전력 모듈은 최대 360kW의 충전 전력을 제공할 수 있습니다. 50% 부하에서 95%의 전력 효율과 대기 모드에서 14W 미만의 낮은 전력 손실을 제공하므로 사용하지 않을 때 비용 효율성이 보장됩니다.

모듈과 시스템 캐비닛의 유연한 연결을 통해 충전 전력을 확장할 수 있습니다. 적절한 냉각 기술을 갖춘 CHARX 모듈은 최대 500kW의 HPC 전류까지 충전 전력을 공급할 수 있어 최대 메가와트 범위의 충전소에 이상적입니다.

3상 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW AC/DC 전원 모듈은 340V_AC ~ 530V_AC의 입력 범위를 제공하고, 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW DC/DC 전원 모듈은 다양한 DC 전압 설정에서 사용할 수 있도록 300V_DC ~ 825V_DC의 입력 범위를 제공합니다. 두 전원 모듈의 출력 범위는 모두 30V_DC ~ 1,000V_DC입니다.

DC/DC 모듈은 태양광 어레이의 입력 전압과 전류를 조정하여 출력을 최적화하는 연속 최대 전력점 추적(MMPT) 기능을 제공합니다. 이로써 다양한 수준의 태양 복사열, 온도 및 PV 패널 유형에도 불구하고 이 장치에 가장 효율적인 출력을 지원합니다.

여러 캐비닛에 대해 단일 컨트롤러 사용 가능

여러 전원 모듈과 캐비닛의 효과적인 작동을 위해 CAN(컨트롤러 영역 네트워크) 버스 메시지 기반 프로토콜이 제공되므로 호스트 컴퓨터 없이도 장치 간 통신이 가능합니다. CAN 기반 그리드 충전 프로토콜(GCP)은 하나 이상의 전력 모듈과 충전 컨트롤러 간의 통신을 제공하며 피어 투 피어, 멀티캐스트 및 브로드캐스트 통신 방식을 지원합니다.

1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 프로그래밍 가능 충전 컨트롤러 모듈(그림 2)은 DC 충전소용 AC/DC 또는 DC/DC 전원 모듈과 함께 작동합니다. 이 모듈은 전기 충전 시스템의 핵심 구성 요소로 네트워크 통신, 사용자 인증, 부하 관리 및 안전 기능을 제공하며, CAN 버스 인터페이스는 고속 충전 애플리케이션을 위한 전력 분배 및 통신을 관리합니다.

그림 2: CHARX AC/DC 및 DC/DC 전력 모듈과 함께 사용하기 위한 EV-PLCC-AC1-DC1 프로그래밍 가능 충전 컨트롤러. (출처: Phoenix Contact)

이 컨트롤러는 IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 및 CHAdeMO 표준에 따라 작동하여 다양한 충전 요구 사항에 맞는 다용도성을 제공합니다. 여기에는 4G 옵션을 포함한 듀얼 이더넷 인터페이스와 통합 무선 모뎀이 포함되어 있습니다.

여러 캐비닛에 대해 단일 컨트롤러를 사용할 수 있어 유지보수가 간소화되고 설치 및 운영 비용이 절감됩니다. CHARX 컨트롤러는 최대 48개의 전원 모듈에 연결할 수 있으며, 충전소 관리 시스템과의 통신을 위한 OCPP 1.6J(코어 프로파일)는 물론, 외부 시스템 및 플랫폼과의 통합을 위한 Modbus/TCP 또는 MQTT 통신 프로토콜을 지원합니다.

이 컨트롤러는 16개의 디지털 입력을 지원하며 유연한 조립과 전원 모듈에 대한 안전한 연결을 위해 COMBICON 커넥터를 활용합니다. 충전식 배터리가 내장되어 있어 전원 중단 중에도 계속 작동할 수 있습니다.

결론

Phoenix Contact의 CHARX 전력 모듈 및 컨트롤러는 고전력 충전소 설계를 위한 다양하고 안정적인 옵션을 제공합니다. 유연성과 확장성을 갖춘 CHARX 제품 포트폴리오는 다양한 충전 응용 제품을 위한 여러 캐비닛 및 전력 모듈을 효율적이고 비용 효과적으로 관리하고 다양한 통신 프로토콜 및 외부 시스템과의 원활한 통합을 제공하는 솔루션을 지원합니다.