전력 분할: 듀얼 플러그 EV 충전기가 부하를 분배하는 방법 (CCS1/CCS2)

전기차(EV)의 글로벌 보급이 가속화됨에 따라, 충전소 운영사(CPO)와 차량 관리자는 전력망 용량을 대대적으로 증설하지 않고 충전소 처리량을 극대화해야 하는 중요한 과제에 직면하고 있습니다. 여기에 듀얼 플러그 DC 급속 충전기가 등장합니다. 이는 현대 EV 충전 인프라의 초석으로, 단일 전력망 연결로 여러 대의 차량을 동시에 충전할 수 있도록 설계되었습니다.

그렇다면 단일 충전소가 어떻게 CCS1 또는 CCS2 커넥터를 사용하는 두 대의 고용량 차량 사이에서 전력을 분배하는 방법을 ‘알아낼’까요? 그 비밀은 동적 부하 분배와 첨단 전력 전자 장치에 있습니다.

듀얼 플러그 DC 급속 충전기의 구조

부하 분배에 대해 자세히 알아보기 전에, 하드웨어를 이해하는 것이 중요합니다. 듀얼 플러그 충전기는 일반적으로 북미 시장용 CCS1(Combined Charging System) 케이블 두 개, 유럽 및 글로벌 시장용 CCS2 케이블 두 개, 또는 이 둘의 조합으로 구성됩니다.

차량 내장형 컨버터에 의존하는 기존의 AC 충전기와 달리, DC 급속 충전기는 직류를 EV 배터리에 직접 공급합니다. 이를 위해 충전소 내부에는 일련의 전력 모듈이 장착되어 있습니다.

이 전력 변환 과정의 핵심에는 산업용 등급의 반도체가 있습니다. PandaExo의 전력 전자 분야 깊은 기술력에서 비롯된 고효율 브리지 정류기 및 IGBT/SiC 모듈과 같은 부품들이 전력망의 교류 전력을 안정적인 고전압 직류 전력으로 변환하는 데 사용됩니다. 이러한 내부 모듈들은 전력 공유를 가능하게 하는 기본 구성 요소입니다.

전력 분할의 메커니즘

EV가 충전기에 연결되면, 단순히 맹목적으로 전력을 받는 것이 아닙니다. 차량의 배터리 관리 시스템(BMS)은 충전기와 통신 링크를 설정하고(ISO 15118과 같은 프로토콜을 통해), 배터리의 현재 충전 상태(SoC), 온도 및 용량을 기반으로 안전하게 수용할 수 있는 최대 전압과 전류를 협상합니다.

두 대의 차량이 듀얼 플러그 DC 급속 충전 스테이션에 연결되면, 시스템은 사용 가능한 총 전력을 어떻게 할당할지 결정해야 합니다. 일반적으로 다음 두 가지 방법 중 하나로 이루어집니다:

1. 정적 전력 공유 (고정 분할)

구형 또는 기본적인 아키텍처에서는, 두 번째 차량이 연결되는 순간 충전기가 총 전력 출력을 균등하게 나눕니다.

• 예시: 120kW 충전기에 두 대의 EV가 연결된 경우, 플러그 A에 60kW, 플러그 B에 60kW를 엄격하게 할당합니다.
• 단점: EV “A”의 SoC가 90%이고 20kW만 요청하는 경우, 플러그 A에 할당된 나머지 40kW는 완전히 사용되지 않은 채로 남아 있는 반면, EV “B”는 더 많은 전력을 수용할 수 있음에도 불구하고 60kW에서 병목 현상이 발생합니다.

2. 동적 전력 공유 (지능형 라우팅)

현대의 고성능 충전기는 동적 전력 모듈 매트릭스를 활용합니다. 하드웨어적으로 50/50으로 고정 분할하는 대신, 스테이션의 스마트 에너지 관리 컨트롤러가 두 차량의 실시간 요구를 지속적으로 평가하고, 가장 필요한 케이블로 전력 모듈을 물리적으로 전환합니다.

• 예시: 120kW 충전기에 30kW 전력 모듈 4개가 장착되어 있습니다.
• 1분: 배터리가 거의 없는 EV “A”가 도착하여 최대 전력을 요청합니다. 충전기는 모든 모듈 4개(120kW)를 EV “A”에 할당합니다.
• 15분: EV “B”가 도착합니다. 충전기는 즉시 두 개의 모듈을 EV “B”에 재할당하여 60kW / 60kW 분할이 이루어집니다.
• 30분: EV “A”의 SoC가 80%에 도달하여 요구 전력이 25kW로 떨어집니다. 충전기는 EV “A”의 모듈 중 하나를 EV “B”에 재할당합니다. 이제 EV “A”는 30kW를 받고(25kW 요구 충족), EV “B”는 90kW를 받아 전체 충전 과정을 획기적으로 가속화합니다.

충전소 운영사(CPO)를 위한 상업적 이점

동적 부하 분배 기능을 갖춘 듀얼 플러그 충전기를 구현하면 CPO, 소매점, 차량 기지에 뚜렷한 상업적 이점이 있습니다:

• 전력망 활용도 극대화: 사용 가능한 모든 킬로와트를 지능적으로 라우팅함으로써, 운영자는 비용이 많이 드는 전력망 업그레이드 없이도 가용 전력망 용량에 대한 최대 수익을 보장받을 수 있습니다.
• 포트당 낮은 자본 지출(CapEx): 독립형 60kW 충전기 두 대를 설치하는 것보다 120kW 듀얼 플러그 충전기 한 대를 설치하는 데 필요한 배관, 배선 및 공간이 적어 설치 간접비용이 효과적으로 절반으로 줄어듭니다.
• 충전소 회전율 증가: 동적 공유는 차량이 충전을 기다리는 시간을 줄여줍니다. 더 빠른 충전 세션은 더 높은 일일 처리량과 증가한 수익을 의미합니다.
• 미래 대비 확장성: 모듈식 전력 아키텍처를 활용하는 스테이션은 종종 업그레이드가 가능합니다. CPO는 EV 배터리 용량이 증가함에 따라 향후 캐비닛에 더 많은 전력 모듈을 추가하여 총 출력을 증가시킬 수 있습니다.

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