전기 자동차의 인기로 충전 기술은 전기 운송의 발전을 촉진하는 핵심 요소 중 하나가 되었습니다. 그 중 CCS(Combined Charging System) 충전 표준은 글로벌 충전 표준으로 유럽과 미국 시장의 전기 자동차 고속 충전 시스템에 널리 사용됩니다. 중국 기업이 점차 유럽과 미국 시장에 진출함에 따라 CCS 충전 표준은 점차 더 많은 엔지니어의 관심을 끌었습니다.
본 글에서는 CCS 충전 기준의 기본 원리, 특성, 관련 일관성 시험 기준 등을 이해하기 쉬운 방식으로 논의합니다.
CCS 충전 표준의 개발 역사 및 인터페이스 디자인:
CCS 충전 표준의 역사는 2011로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 그 당시 유럽, 북미, 아시아의 전기 자동차 시장에는 서로 다른 충전 표준이 등장하여 전 세계 전기 자동차 개발에 상호 운용성과 충전 편의성 문제가 발생했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 유럽 자동차 제조업체 협회(ACEA)는 AC 및 DC 충전을 통합 시스템으로 통합하는 것을 목표로 하는 CCS 충전 표준 제안을 제안했습니다. 커넥터의 물리적 인터페이스는 AC 및 DC 인터페이스가 통합된 결합 소켓으로 설계되어 단상 AC 충전, 3상 AC 충전 및 DC 충전의 3가지 충전 모드와 호환될 수 있습니다. 전기 자동차에 보다 유연한 충전 옵션을 제공할 수 있습니다. CCS Combo 1.0 표준은 2012년에 공식 발표되었습니다.
2014에서 CCS Combo 2.0가 출시되었는데, 이는 이전 버전에 대한 중요한 업그레이드로, 충전 전력을 더욱 개선하고 더 빠른 DC 충전을 지원합니다. 이 버전의 CCS 표준은 유럽과 북미 시장에서도 널리 채택되었습니다. 그 이후로 CCS 표준은 2017년과 2020년에 두 번(CCS Combo 2.0.1 및 CCS Combo 2.0.2) 반복되어 충전 전력을 더욱 개선하고 안전성을 향상시켰습니다.
역사적 이유로 CCS에는 두 가지 물리적 플러그 디자인이 포함됩니다. 위 그림의 왼쪽은 CCS 유형 2 플러그(약칭 CCS2)로, 주로 유럽 시장에서 사용됩니다. 오른쪽은 CCS 유형 1(약칭 CCS1)로, 주로 미국과 캐나다를 포함한 북미 시장에서 사용됩니다. CCS의 첫 글자 C는 Combined를 의미합니다. 충전 포트가 AC 부분(위쪽)과 DC 부분(아래쪽)을 통합하기 때문에 "결합"이라고 합니다. AC 충전 시에는 인터페이스의 위쪽 부분만 사용하고, DC 충전 시에는 아래쪽 DC 인터페이스가 에너지 전송에 사용되고, 위쪽 플러그의 일부 핀은 통신에 사용됩니다. 국가 표준 DC 충전에서 사용되는 CAN 통신과 달리 CCS AC 및 DC 충전에서 전기 자동차(EV)와 충전 파일(EVSE) 간의 통신은 Control Pilot(CP) 인터페이스를 통해 이루어진다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 충전 제어와 관련된 핀은 다음과 같습니다.
CP - 제어 조종사:
AC 충전 제어를 위한 PWM 신호와 AC 또는 DC 충전에서 고수준 통신을 구축하기 위한 전력선 통신(PLC) 기반 변조 신호를 전송합니다.
PP - 근접 파일럿:
이 핀과 PE 사이에는 사전 설정된 저항기가 있는데, 이를 통해 EV가 충전 건 헤드가 연결되었는지와 케이블의 최대 전류 전달 용량을 인식할 수 있습니다.
PE - 보호 접지:
EV 접지 보호에 사용되며 CP 및 PP의 기준 접지로도 사용됩니다.
CCS와 관련된 국제 표준:
충전과 관련된 표준은 방대하고 복잡합니다. 공간 제약으로 인해 이 글에서는 CCS AC 및 DC 충전과 밀접한 관련이 있는 여러 표준을 간략하게 설명합니다.
국제전기기술위원회(IEC) 61851-1
IEC 61851 시리즈 표준은 IEC 기구가 개발한 최초의 국제 충전 시스템 표준이며, 충전 표준의 초석이라고 할 수 있습니다. 다른 국가의 충전 시스템 표준 제정이나 DIN70121 또는 ISO15118과 같은 후속 충전 표준 제정에 중요한 참고 의의가 있습니다.
IEC61851-1는 충전 시스템의 일반 요구 사항, 특히 AC 충전 사양을 규정합니다. 여기에는 우리나라의 AC 충전 표준 GB/T184871-2015도 포함되며 동일한 제어 지침 방법을 따릅니다.
간단히 말해서, AC 충전 제어 가이드는 충전 건 헤드를 연결하고 차량 끝의 S2 스위치의 개폐를 제어하여 CP 라인의 감지점 전압 변화를 달성하여 차량과 파일 간의 충전 상태 인식 및 전환을 실현하는 것입니다. 또한 충전 파일은 다양한 듀티 사이클을 가진 PWM 신호를 생성하여 제공할 수 있는 최대 전류를 차량에 알립니다.
AC 충전 중 실제 충전 전략은 온보드 충전기 OBC에 의해 구현되므로 차량과 파일 간의 정보 상호 작용에 대한 요구 사항은 감지 지점 전압과 듀티 사이클의 변경으로만 충족할 수 있습니다. DC 충전의 경우 차량과 파일 간의 정보 상호 작용에 대한 수요가 명백히 증가했기 때문에 간단한 아날로그 신호로는 더 이상 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 따라서 IEC 61851-1은 모드 4에서 IEC 61851-23에 정의된 DC 충전 프로토콜을 전송하기 위해 CP 라인을 통해 고수준 통신(HLC)이 달성된다고 정의합니다.
CCS의 고수준 디지털 통신은 HomePlug GreenPHY를 데이터 링크 계층 프로토콜로 기반으로 하는 전력선 통신(PLC)을 채택합니다. 간단히 말해서 OFDM 변조된 고주파 신호는 충전 파일 또는 차량의 CP 신호 회로에 설치된 모뎀을 통해 CP 신호선에 결합되고 다른 쪽 모뎀에서 복조됩니다. 이를 통해 추가 통신 핀을 추가하지 않고도 최대 10Mbit/s의 통신 속도가 가능해져 DC 충전 정보 상호 작용 및 플러그 앤 플레이 충전, 심지어 차량-그리드 상호 작용과 같은 고급 기능을 위한 고대역폭 정보 상호 작용 채널을 제공합니다.
BPT(V2G)는 유럽과 미국의 충전 시장 미래 개발의 초점이 될 것입니다. 유럽과 미국의 에너지 구조의 특성으로 인해 분산형 에너지(DER)가 널리 받아들여지고 인정받는 개발 방향이 되었습니다. 자연스럽게 고품질의 에너지 저장 매체로서 EV 배터리는 스마트 그리드 규정에 참여해야 합니다. 기존의 새로운 표준이 발표되어 자동차에서 충전 파일까지의 장애물이 기술적으로 제거되었지만 파일에서 운영 플랫폼, 전력 분배기까지는 여전히 일관되지 않은 표준의 문제가 많이 있습니다.
또한 CCS의 통신 특성으로 인해 기존 기술을 기반으로 DC의 양방향 전력 전송이 실현될 수 있을 뿐만 아니라 AC V2G도 실현될 수 있습니다. 따라서 AC 그리드 연결과 관련된 일관성 테스트도 미래의 신에너지 자동차 R&D 인력의 초점이 될 수 있습니다.