전기차 충전 유형 및 일반적인 구성 방식

EV 충전 수요 증가 - 전 세계적으로 전기화 및 탈탄소화에 대한 추세가 지속적으로 발전함에 따라, 전기자동차(EV)에 대한 수요는 연평균 성장률(CAGR) 10%로 증가할 것으로 예상되고 있습니다. 2025년 말까지 약 5,000만 대의 전기자동차가 도로를 달릴 것으로 예측되며, 이는 전기자동차를 위한 더 많은 충전소와 더 빠른 충전 속도를 긴급히 요구하고 있습니다. 이 기사에서는 전기자동차 충전 방식과 일반적인 토폴로지를 소개하며, Wolfspeed에서 제공하는 관련 솔루션을 함께 살펴보겠습니다. 심층적인 자료를 원하신다면, Wolfspeed의 애플리케이션 노트를 참조해 주십시오: PRD-08367: EV Charging Power Topologies Design Guidebook | Wolfspeed.

도로 위 전기차(EV) 수가 증가함에 따라 이를 충전하는 데 필요한 전력 수요도 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 2030년에는 이러한 차량을 충전하는 데 약 230테라와트시(TWh)의 에너지가 필요할 것으로 예상되며, 이는 현재 11테라와트시(TWh)의 수요와 비교됩니다. 이렇게 많은 차량과 그에 따른 전력 수요를 충족하기 위해 약 3천만 대의 충전기가 필요할 것입니다. 대부분의 충전기는 개인 가정에 설치되겠지만, 이동 중인 EV를 지원하기 위해 120만 개 이상의 공용 충전기가 설치되어야 할 것입니다.

가정용 충전기는 일반적으로 널리 사용되는 AC 전력 공급을 사용합니다. 반면, 공공 충전기는 기존의 내연기관 차량(ICE)을 주유할 때와 같은 빠르고 안정적인 충전 경험을 제공하도록 설계되었습니다. 이는 공공 고속 충전기가 15분 이내에 EV를 완전히 충전할 수 있도록 충분한 전력 전달 능력(최대 600kW)을 가져야 한다는 것을 의미합니다. 이러한 충전은 DC 충전을 통해서만 가능합니다.

충전 유형

AC 충전은 일반 가정에서 사용 가능한 일반 전력을 이용한 충전을 의미하며, 이는 교류 전기(Alternating Current, AC)의 형태로 제공되기 때문에 이러한 이름이 붙었습니다. 이런 종류의 충전은 EV에 내장된 온보드 충전기(OBC)가 필요하며, 이 충전기는 AC 전력을 DC로 변환하여 배터리를 AC를 통해 충전할 수 있도록 합니다.

레벨 1 AC

이것은 가장 기본적인 충전기로, 전력망으로부터 120-240Vac (13-16A)을 받아 충전 케이블을 통해 EV에 전력을 공급합니다. 이 충전기는 가장 느린 유형에 속하지만, 가장 휴대성이 좋으며 거의 ​​어디에서나 연결할 수 있습니다. 대부분의 모델은 보통 최대 1kW로 평가됩니다.

레벨 2 AC

레벨 2 AC 충전기는 여전히 쉽게 구할 수 있는 120-240Vac 전원 공급 장치를 사용합니다. 주요 차이점은 더 높은 전류(32-40A)에 적합하다는 것입니다. 이러한 AC 충전기는 일반적으로 가정에 영구적으로 연결되거나 공공 장소의 기둥에 설치됩니다. 이 충전기는 일반적으로 최대 11-22kW로 평가됩니다.

DC 충전

EV의 충전 시간을 줄이기 위해 가장 적합한 방법은 DC 충전입니다. DC 충전기는 EV의 온보드 충전기를 우회하여 직접 EV 배터리에 전력을 공급합니다.

레벨 2 DC 충전 / 레벨 2+ / DC 월박스

전력 수준이 약 20-25kW인 경우, 일반적으로 “레벨 2” DC 충전기로 불리는 솔루션이 사용됩니다. 공식적인 명칭은 없지만, 이러한 충전기는 주거 지역과 상업 지역 모두에서 찾아볼 수 있습니다.   AC 충전에 비해 가장 큰 차이점은 AC를 DC로 변환하는 추가적인 내장형 전력 블록 컨버터(예: "AFE" - 활성 프론트 엔드)가 있다는 점입니다. 이렇게 변환된 DC 전류는 충전 케이블을 통해 차량으로 전달되어 배터리를 충전합니다. 선택된 전력 장치에 따라 양방향 기능도 제공할 수 있습니다.

레벨 3 DC 고속 충전(DCDC)/ 급속 / 초고속 충전기

레벨 3 DC 충전기는 종종 DC 고속 충전기(DCFC) 또는 슈퍼 충전기로 불립니다. 이 유형의 충전기는 출력 수준이 50kW에서 최대 1MW까지 다양할 수 있습니다. 이러한 충전기는 20, 30, 50, 60kW 또는 그 이상의 여러 전력 블록으로 구성되어 원하는 출력 수준을 얻습니다. 용량에 따라 이러한 고속 충전기는 일반적인 EV 배터리를 20분 이내에 충전할 수 있습니다.

충전 표준

우리가 전력 수준을 구분하기 위해 다양한 충전기 수준을 사용하는 것처럼, 사용되는 커넥터에도 다양한 표준이 존재합니다.

일반적인 AC-DC 토폴로지

AC/DC 전력 변환을 위해 단상 및 삼상 토폴로지를 사용할 수 있습니다. 단상 토폴로지는 전력 수준이 6.6kW 미만이거나 가정용 충전용으로 가장 일반적으로 사용되며, 삼상 토폴로지는 고출력 충전 블록(>11kW)에 더 적합합니다 :

각 토폴로지 회로에 대한 지식을 얻으려면 권장 부품 및 참고 설계를 포함한 Wolfspeed의 애플리케이션 노트: PRD-08367: EV 충전 전력 토폴로지 설계 가이드북 | Wolfspeed를 방문하십시오.

일반적인 DC/DC 전원 토폴로지

AC 전력을 일반적인 DC 버스 전압인 400V-800V로 변환한 후, 이제 EV 배터리를 충전하기 위한 필요한 전압으로 변환할 수 있습니다. 이를 달성하는 데 도움이 되는 다양한 DC/DC 토폴로지가 아래에 설명되어 있습니다:

각 토폴로지 회로에 대한 지식을 얻으려면 권장 부품과 참고 디자인을 확인하기 위해 Wolfspeed의 응용 노트를 방문하세요: PRD-08367: EV 충전 전원 토폴로지 디자인 가이드북 | Wolfspeed.

요약

전기차 충전 분야는 끊임없이 발전하고 있으며, 전통적인 내연기관 차량보다 충전 시간을 줄이기 위해 더 높은 출력과 고밀도의 솔루션을 요구하는 강력한 추진력이 존재합니다. 이는 혁신적인 다단계 토폴로지 채택을 가속화시켰으며, 이러한 출력 요구를 충족시키기 위해 배터리는 운용되지 않는 동안도 전력망을 지원해야 하고, 토폴로지는 양방향 전력을 지원해야 하는 요구를 제시합니다.   이 두 가지 요구 사항은 더 효율적인 전력 반도체 스위치의 필요성을 더욱 강화합니다. Wolfspeed의 실리콘 카바이드(SiC) 디바이스는 이러한 차세대 요구 사항을 완벽히 지원합니다. Wolfspeed 웹사이트를 방문하여 제품 제공, 참조 설계, 그리고 전기차 충전기 설계 여정을 시작하는 데 필요한 설계 지원 도구를 확인해보세요.