[논문]KEPCO 전기자동차용 충전기

정문규; 양승권; 송택호; 김철우

KEPCO 전기자동차용 충전기
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정문규 (한전 전력연구원) , 양승권 (한전 전력연구원) , 송택호 (한전 전력연구원) , 김철우 (한전 전력연구원)

본 논문은 KEPCO에서 개발되어 실증이 완료된 3가지 종류의 충전기에 대해 설명한 것이다. 전기자동차용 충전기는 충전시간 및 용량에 따라 급속충전기, 완속충전스탠드, 홈충전기로 분류할 수 있으며, 설치장소 및 용도를 고려하여 설치하는 것이 바람직하다. 따라서 급속충전기는 50[kW]급의 기본형과 100[kW]급의 분리형으로, 완속충전스탠드는 7.7[kW]급의 기본형과 15.4[kW]급의 2소켓형으로, 홈충전기는 3.3 [kW]급의 단독형과 7.7[kW]급의 공동형으로 나누어 개발하도록 하였다. 본 논문에서는 이러한 충전기들을 정의하고, 구성을 설명하며, 기능 및 사양을 제시하고자 한다. 이를 통해 KEPCO에서 개발된 충전기와 충전기술 등이 국내 전기자동차 시장 활성화와 충전인프라 조기구축에 기여할 수 있음을 보이고자 한다.

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문제 정의

따라서, 본 논문에서는 2009년 말부터 현재까지 KEPCO에서 개발된 3가지 종류, 즉 50kW급 급속충전기, 7.7kW급 완속충전스탠드, 3.3kW급 홈충전기를 각각 정의하고, 각 충전기들의 구성을 상세히 설명하고, 기본적인 사양을 제시하며, 최종 개발된 충전기의 형상을 제공하여, 전기자동차 충전인프라에 대한 이해와 향후 개발방향을 예측해 보고자 한다.

제안 방법

둘째, 완속충전스탠드는 7.7[kW]급 기본형과 15.4[kW]급 2소켓형으로 나누어 개발하도록 하였다. IEC 및 SAE에서 규정하는 국제규격을 채용하여 Control Pilot, Proximity 기능을 충전스탠드에 탑재하여, 실증을 완료함으로서, 향후 국제대응이나 해외수출 등에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
또 하나의 특징으로, 그림 4의 구성도에서 볼 수 있듯이 전력계통 피크부하 억제를 위해 홈충전기에 PLC 통신을 적용하였다. 위에서 설명한 것처럼 홈충전기는 별도의 CAN 통신 등을 포함하지 않으므로, PLC 통신을 통해 부하관리를 하고자 한 것이다.
셋째, 완속충전스탠드는 3.3[kW]급 단독형과 7.7[kW]급 공동형으로 나누어 개발하였다. 홈충전기는 별도의 CAN 통신 등을 포함하지 않으므로, PLC 통신을 통해 부하관리를 할 수 있도록 하였다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 KEPCO에서는 그림 2와 같이 급속충전기의 전력변환부와 입출력 표시부를 상호 분리하도록 한 분리형 충전기를 개발하였다. 즉, 급속충전기의 Converter, Inverter, Filter 등의 전력변환부를 별도의 함체 내 또는 실내에 보관하며, 옥외에는 Display, Speaker, RFID 결제단말기, Connector 등의 부분을 소규모 충전스탠드 형태로 제작 설치하여 이들 간을 상호 분리하도록 하였다. 이에 따라 옥외에 노출되는 충전기의 부피와 무게를 대폭 축소하여 주차공간 점유면적을 줄일 수 있으며, 온도, 습도와 같은 외부환경에 영향을 거의 받지 않아 제작비용 절감, 사용자 안전성 강화를 기대할 수 있으며, 냉각팬 미사용에 따른 무소음이 가능하여 고객 불편 해소에도 기여할 것으로 사료된다.
첫째, 급속충전기는 50[kW]급 기본형과 100[kW]급 분리형으로 나누어 개발하였다. 충전기는 고조파 2.
7[kW]급 공동형으로 나누어 개발하였다. 홈충전기는 별도의 CAN 통신 등을 포함하지 않으므로, PLC 통신을 통해 부하관리를 할 수 있도록 하였다. 이를 통해 저녁시간대의 충전전력을 저부하시간대로 이전할 수 있음을 증명하였으며, 심야피크부하 억제 등의 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

성능/효과

본 논문에서는 최근 KEPCO에서 개발된 3가지 종류의 충전기, 즉 급속충전기, 완속충전스탠드, 홈충전기의 정의, 구성, 기능 및 사양을 상세하게 나타내었다. 전기자동차용 충전기의 주요 연구개발 결과를 요약하면 다음과 같다.
위에서 설명한 것처럼 홈충전기는 별도의 CAN 통신 등을 포함하지 않으므로, PLC 통신을 통해 부하관리를 하고자 한 것이다. 이를 위해, KEPCO에서는 알고리즘을 개발하여 실증을 완료하였으며 저녁시간대의 충전전력을 저부하시간대로 이전할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
충전기는 고조파 2.7[%], 역률 98[%], 전압·전류 측정정밀도 ±1.0[%]등 우수한 성능을 나타내었으며, 실차량(현대차 블루원)과의 통신도 원활하게 수행되어 성공적인 개발을 입증할 수 있었다.

후속연구

4[kW]급 2소켓형으로 나누어 개발하도록 하였다. IEC 및 SAE에서 규정하는 국제규격을 채용하여 Control Pilot, Proximity 기능을 충전스탠드에 탑재하여, 실증을 완료함으로서, 향후 국제대응이나 해외수출 등에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
0[%]등 우수한 성능을 나타내었으며, 실차량(현대차 블루원)과의 통신도 원활하게 수행되어 성공적인 개발을 입증할 수 있었다. 또한 중요 성과물인 실시간 요금정산이 가능한 급속충전기를 개발함으로서, 향후 전기자동차 및 충전인프라 보급에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
완속충전스탠드가 상용화되어 확대·보급되기 위해 해결해야 할 장애요인으로는 완속충전스탠드가 전기자동차 한 대를 충전시키기 위해 보통 수 시간이 소요되며, 이에 따라 전기자동차 전용 주차 공간 한 곳마다 한 대씩 설치되어 상당한 양의 충전스탠드가 필요하다는 점이다. 또한, 충전인프라 구성의 중요장치인 완속충전스탠드는 가격요소가 상당히 중요한데, 2소켓 또는 멀티형 완속충전스탠드로 개발함에 따라 제조사의 스탠드 제작비 및 시공비가 대폭 절감되어 전기자동차 충전인프라 조기 구축에 기여할 것으로 사료된다. 표 2에서는 KEPCO에서 개발된 완속충전스탠드(2소켓형)의 실물을 보여주고 있다.
홈충전기는 별도의 CAN 통신 등을 포함하지 않으므로, PLC 통신을 통해 부하관리를 할 수 있도록 하였다. 이를 통해 저녁시간대의 충전전력을 저부하시간대로 이전할 수 있음을 증명하였으며, 심야피크부하 억제 등의 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
즉, 급속충전기의 Converter, Inverter, Filter 등의 전력변환부를 별도의 함체 내 또는 실내에 보관하며, 옥외에는 Display, Speaker, RFID 결제단말기, Connector 등의 부분을 소규모 충전스탠드 형태로 제작 설치하여 이들 간을 상호 분리하도록 하였다. 이에 따라 옥외에 노출되는 충전기의 부피와 무게를 대폭 축소하여 주차공간 점유면적을 줄일 수 있으며, 온도, 습도와 같은 외부환경에 영향을 거의 받지 않아 제작비용 절감, 사용자 안전성 강화를 기대할 수 있으며, 냉각팬 미사용에 따른 무소음이 가능하여 고객 불편 해소에도 기여할 것으로 사료된다. 표 1에서는 KEPCO에서 개발된 급속충전기(분리형)의 실물을 보여주고 있다.

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