IEC 61851의 4가지 EV 충전 모드 완벽 이해: 종합 가이드

IEC 61851 탐구: 전기차 충전의 4가지 핵심 모드

전기차의 글로벌 보급은 안전성, 신뢰성, 그리고 원활한 상호 운용성을 보장하는 강력한 국제 표준에 달려 있습니다. 전도성 충전 시스템에 초점을 맞춘 IEC 61851 표준은 특정 사용 사례와 안전 요구사항에 맞춰 1~4번까지 4가지 충전 모드를 정의하고 있습니다.

다른 IEC 문서들이 이 프레임워크를 보완합니다: IEC 62196은 플러그, 소켓 아울렛, 차량 커넥터 및 인렛을 다루며, IEC 61980은 무선 전력 전송(WPT) 시스템을 다룹니다. 이 표준들은 함께 EV 충전 기술을 위한 포괄적인 생태계를 형성합니다.

케이블 연결 유형

IEC 61851-1은 아래 그림과 같이 케이블 연결을 3가지 범주로 분류합니다:

3가지 주요 EV 충전 케이블 구성. 자그레브 대학교 제공.

• 케이스 A – 케이블이 EV에 영구 부착되고 충전소(EVSE)에서 분리 가능
• 케이스 B – 양쪽 끝에서 케이블 분리 가능
• 케이스 C – 케이블이 EVSE에 영구 부착

EV 충전 모드 1

모드 1은 EV를 가정용 소켓에 직접 연결합니다. 최대 전류 16A를 지원하며, 단상은 250V, 3상은 480V의 전압 제한이 있습니다. 이 모드는 EV와 충전 지점 간의 통신이 없으며, 많은 국가에서 금지되거나 제한됩니다.

가정용 소켓에 EV를 기본 연결하는 모습. 자그레브 대학교 제공.

EV 충전 모드 2

가정용 아울렛은 EV 충전 시 일반적인 지속적인 고전류 부하를 위해 설계되지 않았습니다. 모드 2는 케이블 내장 제어 및 보호 장치(IC-CPD)를 도입하여 접지 연결 감지, 과전류 및 과온 보호 같은 안전 기능을 관리합니다. 최대 32A 전류와 모드 1과 동일한 전압 제한을 지원하며, 가정용 및 산업용 소켓 모두에 사용할 수 있습니다. 그러나 많은 국가에서 공공 사용을 제한합니다.

주요 안전 기능은 다음과 같습니다:

• 보호 접지 연결의 지속적인 모니터링
• 자동 과전류 및 과온 차단
• 감지된 전력 수요에 기반한 EVSE의 기능적 스위칭

IC-CPD가 장착된 모드 2 충전 케이블. 자그레브 대학교와 Ali Bahrami가 수정.

EV 충전 모드 3

모드 3은 전용 EVSE와 온보드 충전기를 사용하여 배터리에 AC 전력을 공급합니다. 충전 시작 전에 EV와 EVSE가 완전히 동기화되도록 포괄적인 안전 및 통신 프로토콜을 포함합니다. 단상 250V 또는 3상 480V 시스템에서 최대 250A까지 공급 가능하며, 모드 2 시나리오와의 호환성을 위해 32A 제한도 지원합니다.

모든 케이블 연결 유형(케이스 A, B, C)이 허용되며, 아래는 케이스 B와 C를 보여줍니다:

모드 3의 케이스 B와 C. 자그레브 대학교 제공.

모드 3 통신의 핵심인 제어 파일럿 회로는 다음과 같이 작동합니다:

모드 3의 제어 파일럿 회로. Energies에서 수정.

스위치 S1, S2, S3가 파일럿 전압을 변조하여 다양한 충전 상태를 신호로 보냅니다:

• 케이블 연결 전: S2, S3 끄고 S1 활성화 → 12V DC는 연결 없음을 표시
• 케이블 연결 후: S3 켬 → 9V는 케이블 부착되었으나 EVSE 미준비 상태 표시
• EVSE 준비: S1을 오실레이터로 → PWM이 준비 상태 표시
• EV 준비: S2 켬 → 6V (R3=270Ω일 때 3V)가 준비 상태 및 환기 요구사항 표시
• 충전 중단: S2 끔 → 9V가 종료 신호

EV 충전 모드 4

모드 4는 온보드 충전기를 우회하여 고전력 DC를 배터리에 직접 공급하는 유일한 모드입니다. 최대 600V DC, 400A까지 공급 가능하며, 고급 통신과 엄격한 안전 메커니즘이 필요합니다. 이 모드에서는 케이스 C 연결(영구 부착 케이블)만 허용됩니다.

클래스 C 연결에서의 모드 4. Ali Bahrami 제공.

결론

IEC 61851 표준은 기본 가정용 연결부터 고전력 DC 직접 주입까지 EV 전도성 충전의 전체 스펙트럼을 아우르는 4가지 충전 모드를 정의합니다. 모드 1~3은 차량의 온보드 충전기로 AC 전력을 공급하는 반면, 모드 4는 배터리에 DC를 직접 공급합니다. 모드 3의 정교한 제어 파일럿 시스템은 이 표준의 안전성과 상호 운용성에 대한 약속을 잘 보여줍니다.