IEC 61851 표준의 4가지 EV 충전 모드

이 기사에서는 IEC(International Electrotechnical Commission)에서 지정한 다양한 EV 충전 모드를 살펴보겠습니다.

EV 시장의 요구에 부응하기 위해 국제 표준이 개발되고 있습니다. 글로벌 EV 활용은 EV 시장의 안전, 신뢰성 및 상호 운용성 문제를 해결할 수 있는 잘 확립된 국제 표준에 달려 있습니다.

이 기사에서는 IEC(International Electrotechnical Commission)에서 지정한 다양한 EV 충전 모드를 살펴보겠습니다. 이러한 모드는 전기 자동차 전도성 충전 시스템을 다루는 IEC 61851 표준에 지정되어 있습니다. 이 표준은 모드 1, 2, 3, 4라고 하는 4가지 충전 모드를 설명합니다.

IEC는 EV 충전 기술의 다른 측면을 다루는 다른 표준을 개발했습니다. 예를 들어 IEC 62196은 플러그, 소켓 콘센트, 차량 커넥터 및 차량 인렛에 대해 설명하고 IEC 61980은 전기 자동차 WPT(무선 전력 전송) 시스템을 다룹니다.

다양한 유형의 케이블 연결

IEC 61851-1은 다음 그림과 같이 세 가지 연결 유형을 설명합니다.

EV 충전 케이블의 세 가지 주요 유형. 자그레브 대학교 제공 이미지 사용

케이스 A의 경우 케이블이 EV에 영구적으로 연결되지만 EVSE 측 충전소(EVSE라고도 함)에서 분리할 수 있습니다. Case B는 양쪽 끝에서 분리 가능한 케이블을 지정하고 Case C는 EVSE에 영구적으로 연결된 케이블을 지정합니다.

EV 충전 모드 1

이 모드를 사용하면 EV가 가정용 소켓에 직접 연결됩니다. 이 모드의 최대 전류는 16A이고 전압은 단상 시스템의 경우 250V, 3상 네트워크의 경우 480V를 초과해서는 안 됩니다.

가정용 소켓에 연결되는 EV의 기본 구조. 자그레브 대학교 제공 이미지 사용

모드 1은 가장 간단한 충전 모드이며 EV와 충전 지점 간의 통신을 지원하지 않습니다. 이 충전 모드는 많은 국가에서 금지되거나 제한됩니다.

EV 충전 모드 2

가정용 콘센트가 항상 실제 표준에 따라 전력을 공급하는 것은 아닙니다. 게다가 가정용으로 설계된 콘센트와 플러그는 최대 정격 값에서 연속 전류 소모를 견디지 ​​못할 수 있습니다.

그렇기 때문에 제어 및 안전 기능 없이 EV를 콘센트에 장기간 연결하면 감전의 위험이 증가할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 전문가들은 케이블 내 제어 및 보호 장치(IC-CPD)가 장착된 특수한 유형의 충전 케이블을 사용하는 충전 모드 2를 개발했습니다.

IC-CPD는 필요한 제어 및 안전 기능을 수행합니다. 이 모드의 최대 전류는 32A이고 최대 전압은 단상 250V 또는 삼상 480V를 초과해서는 안 됩니다. 모드 2는 가정용 소켓과 산업용 소켓 모두에서 사용할 수 있습니다.

이 모드의 안전 기능은 보호 접지 연결을 감지하고 모니터링할 수 있습니다. 과전류 및 과열 보호는 모드 2가 지원하는 두 가지 다른 안전 기능입니다. 또한 EVSE는 EV와의 연결을 감지하고 충전 전력 수요를 분석하여 기능 전환을 수행할 수 있습니다.

충전 모드 2와 연결된 케이블은 다음 그림과 같습니다.

충전 모드 2 및 관련 케이블. 이미지(수정)는 자그레브 대학교 및 알리 바흐라미 제공

모드 2는 개인 충전에 사용할 수 있지만 많은 국가에서 공용 사용에 제한이 있습니다.

EV 충전 모드 3

이 모드는 EV 온보드 충전기와 함께 전용 EVSE를 사용합니다. 충전 스테이션의 AC 전류는 배터리를 충전하기 위해 온보드 회로에 적용됩니다. 공공 안전을 보장하기 위해 여러 제어 및 보호 기능이 사용됩니다. 여기에는 보호 접지 연결 및 EVSE와 EV 간의 연결 확인이 포함됩니다.

또한 이 모드는 충전 전류를 케이블 어셈블리의 최대 전류 용량으로 조정할 수 있습니다. 이 충전 모드의 최대 전류는 250V 단상 또는 480V 3상 네트워크에서 250A입니다. 또한 최대 전류가 1상 및 3상 케이스 모두에 대해 32A 미만으로 제한되는 모드 2와 호환되는 작동 모드를 지원합니다.

세 가지 가능한 연결(케이스 A, 케이스 B, 케이스 C) 중 하나를 이 모드에서 사용할 수 있습니다. Case B와 Case C는 아래와 같습니다.

충전 모드의 케이스 B 및 케이스 C 3. 자그레브 대학교 제공 이미지 사용

이 모드가 충전소와 EV 간의 통신을 어떻게 정의하는지 봅시다. 모드 3의 제어 파일럿 회로는 다음 그림과 같습니다.

모드 3의 제어 파일럿 회로. Energies에서 제공한 이미지(수정됨) 사용

스위치 S1, S2 및 S3의 상태에 따라 "파일럿 접점"에 다른 전압 레벨이 나타납니다. 이것은 다양한 충전 단계를 나타내는 데 사용할 수 있습니다. EV는 다음과 같이 충전 주기를 시작할 수 있습니다.

충전 케이블을 연결하기 전에 스위치 S2와 S3은 꺼지고 S1은 12V DC 전원에 연결됩니다. 이 경우 EVSE가 파일럿 접점에서 측정하는 전압은 12V DC입니다(EVSE는 EV가 아직 연결되지 않았음을 인식합니다).

충전 케이블이 EV와 EVSE에 모두 연결된 후 EV 측 컨트롤러는 S3를 켜서 파일럿 접점의 전압을 약 9V로 낮출 수 있습니다. 이는 EVSE에 케이블이 EV와 EVSE에 연결되었음을 알립니다. 그리고 EVSE. 또한 파일럿 접점의 DC 9V 신호는 EVSE가 아직 준비되지 않았음을 EV에 알립니다.

EVSE가 EV를 충전할 준비가 되면 S1을 발진기에 연결합니다. 파일럿 접점의 PWM 신호는 EVSE가 준비되었음을 EV에 알립니다.

그런 다음 EV는 S2를 켜서 파일럿 접점에서 약 6V의 전압을 생성하여 준비되었음을 나타냅니다. 이 단계에서 생성되는 전압은 R3 저항의 값에 따라 다릅니다. 이 저항의 값은 이 충전 영역에서 환기가 필요한지 여부를 지정합니다. R3=1.3kΩ일 때 파일럿 접점 전압은 약 6V입니다. 이는 환기가 필요하지 않은 충전 영역에 해당합니다. 환기가 필요한 지역의 경우 R3=270Ω을 사용하여 약 3V의 파일럿 접점 전압을 제공합니다.

차량이 충전 중이거나 어떤 이유로든 충전 사이클을 중단하려는 경우 S2를 끌 수 있습니다. 이것은 PWM의 양의 전압 레벨을 9V로 변경하고 EVSE에 EV가 더 이상 충전할 준비가 되지 않았음을 알립니다.

EV 충전 모드 4

이것은 DC 출력이 있는 오프보드 충전기를 통합하는 유일한 충전 모드입니다. DC 전류는 배터리에 직접 전달되고 온보드 충전기는 바이패스됩니다. 이 모드는 600V DC와 최대 400A의 전류를 제공할 수 있습니다. 이 모드와 관련된 높은 전력 수준은 더 높은 수준의 통신과 더 엄격한 안전 기능을 요구합니다.

모드 4는 충전 케이블이 충전 스테이션에 영구적으로 연결되어 있는 케이스 C 연결만 허용합니다.

클래스 C 연결에서 모드 4. Ali Bahrami 제공 이미지 사용

결론

IEC 61851 표준은 전기 자동차 전도성 충전 시스템을 다룹니다. 이 표준은 4가지 충전 모드(모드 1-4)를 설명합니다.

처음 세 가지 모드는 EV 온보드 충전기에 AC 전류를 제공합니다. 그러나 모드 4는 DC 전류를 배터리에 직접 전달하고 온보드 충전기를 우회합니다. 모드 3은 공공 안전을 목표로 여러 제어 및 보호 기능을 사용합니다. 이 기사에서 이 모드의 제어 파일럿 회로를 더 자세히 조사했습니다.