전기자동차 전원공급설비*

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신개념에너지

스마트 그리드
마이크로 그리드
전기자동차 전원공급설비
V2G
전력저장장치
ESS의 제어기술
이차전지를 이용한 전기저장장치의 시설
ESS의 안전강화
리튬이온 축전지
ESS 안전의 문제점과 대책
SMES(초전도 에너지 저장장치)
초고용량 커패시터
이차전지
압축공기 에너지 저장장치(CAES)
분산형 전원
분산형 전원 배전계통 연계기술

목차(전기자동차 전원공급설비)

❗전기자동차 전원공급설비란?

전기자동차 전원공급설비는 전기자동차에 전력을 공급하기 위한 모든 시설을 의미합니다. 즉, 전기자동차를 충전하기 위한 충전기, 충전 케이블, 그리고 이들을 연결하는 전력망 등을 모두 포함

1️⃣관련 법규

  • 한국전기설비규정(KEC 241.17)
  • KS C IEC61851-1,21,22

2️⃣전기자동차의 구성

1)전기자동차

  • 전기자동차란 배터리에서 공급되는 전기 에너지를 모터의 구동력으로 변환하여 주행하는 자동차이다
  • 전기차의 전원설비는 크게 배터리, 모터, 인버터로 구성됩니다.
  • 배터리: 전기차의 심장이라고 할 수 있는 배터리는 전기에너지를 저장하고, 필요에 따라 모터에 공급하는 역할을 합니다. 주로 리튬이온 배터리가 사용되며, 에너지 밀도가 높고 충전 속도가 빠르다는 장점이 있습니다.
  • 모터: 배터리에서 공급받은 전기에너지를 회전력으로 변환하여 차량을 구동하는 역할을 합니다. 일반적으로 영구자석 동기 모터가 많이 사용되며, 높은 효율과 넓은 토크 특성을 가지고 있습니다.
  • 인버터: 배터리에서 나오는 직류 전기를 모터에서 사용할 수 있는 교류 전기로 변환하는 역할을 합니다. 인버터는 모터의 속도와 토크를 제어하여 차량의 주행 성능을 조절합니다.

2. 전기차 전원설비의 기능

  • 에너지 저장: 배터리는 전기에너지를 저장하여 필요할 때 사용할 수 있도록 합니다.
  • 동력 전달: 배터리에 저장된 에너지를 모터로 전달하여 차량을 구동합니다.
  • 속도 및 토크 제어: 인버터를 통해 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하여 부드러운 주행을 가능하게 합니다.
  • 회생 제동: 감속 또는 내리막길 주행 시 발생하는 운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하는 기능입니다.

3. 전기차 전원설비의 최근 기술 동향

  • 배터리 기술 발전: 에너지 밀도가 높고 충전 속도가 빠른 차세대 배터리 개발이 활발하게 진행되고 있습니다. 고체 전지, 리튬 금속 배터리 등이 대표적인 예시입니다.
  • 모터 효율 향상: 영구자석의 성능 향상과 모터 설계 기술의 발전을 통해 모터의 효율을 높이고 있습니다.
  • 인버터 소형화 및 경량화: 실리콘 카바이드(SiC) 등 차세대 반도체 소재를 활용하여 인버터를 소형화하고 경량화하는 연구가 진행되고 있습니다.
  • V2G 기술: 전기차 배터리를 거대한 에너지 저장 장치로 활용하여 전력망에 전력을 공급하는 V2G 기술이 주목받고 있습니다.
  • 무선 충전 기술: 충전 케이블 없이 무선으로 전기차를 충전하는 기술이 개발되고 있습니다.

2)구성도

3️⃣ 충전장치

  • 충전기: 전기자동차의 배터리에 전력을 공급하는 장치입니다. AC 충전기와 DC 충전기로 나뉘며, 충전 속도에 따라 레벨 1, 2, 3으로 구분됩니다.
    • AC 충전기: 일반 가정용 콘센트를 사용하여 충전하는 방식으로, 충전 속도가 가장 느립니다.
    • DC 충전기: 고속 충전이 가능한 충전기로, 대용량 배터리를 단시간에 충전할 수 있습니다.
  • 충전 케이블: 충전기와 전기자동차를 연결하는 케이블입니다. 충전기의 종류에 따라 다양한 종류의 케이블이 사용됩니다.
  • 전력망: 충전기에 전력을 공급하는 전력망입니다. 일반적으로 가정용 전력망, 상업용 전력망, 또는 특수한 충전소용 전력망이 사용됩니다.
  • 부가적인 설비: 충전기 관리 시스템, 지불 시스템, 안전 장치 등 다양한 부가적인 설비가 포함될 수 있습니다.

4️⃣전기자동차 전원공급설비의 종류

  • 완속 충전기: 가정용 콘센트를 이용하여 충전하는 방식으로, 충전 시간이 오래 걸립니다.
  • 급속 충전기: 고전력을 사용하여 단시간에 충전하는 방식으로, 주로 고속도로 휴게소나 대형 쇼핑몰 등에 설치됩니다.
  • 초급속 충전기: 최신 기술을 적용하여 매우 빠른 속도로 충전하는 방식으로, 아직 상용화 초기 단계입니다.
구분홈충전기급속 충전기
전력변환장치전기자동차 내장전기자동차 내장충전기 내장
공급전압단상220[V]단상220[V]삼상380[V]
공급용량27.750
충전기간6~8시간4~6시간10~30분
전력공급설비불필요불필요필요
사용목적일반적인 충전소모량 충전최소량 보충
요금수준낮음보통높음
용도일반가정공용주차장, 관공서, 쇼핑센터주유소, 고속도로 휴계소

5️⃣전기자동차 전원공급설비의 중요성

  • 전기자동차 보급 확대: 충전 인프라 구축은 전기자동차 보급 확대의 필수 요소입니다.
  • 전력 시스템 안정성: 전기자동차 충전으로 인한 전력 수요 증가에 대비하여 전력 시스템의 안정성을 확보해야 합니다.
  • 친환경 에너지 시스템 구축: 전기자동차 충전 인프라 확대는 친환경 에너지 시스템 구축에 기여합니다.

6️⃣전기자동차 전원공급설비의 미래

  • V2G(Vehicle-to-Grid): 전기자동차 배터리를 에너지 저장 장치로 활용하여 전력망에 전력을 공급하는 기술이 발전하고 있습니다.
  • 무선 충전: 충전 케이블 없이 무선으로 충전하는 기술이 개발되고 있습니다.
  • 스마트 충전: 인공지능을 활용하여 충전 시간과 비용을 최적화하는 스마트 충전 시스템이 도입될 것입니다.

7️⃣전기자동차 전원공급설비 시설기준(KEC241.17)

241.1️⃣7️⃣ 전기자동차 전원설비

1)저압전로

  • 전용의 개폐기 및 과전류 차단기의 각극에 설치
  • 지락 차단장치 시설
  • 배선기구는 KEC241.17.2(옥내), KEC235.1(옥측,옥외)에 따름

2)충전장치

  • 충전부 노출금지, 외함의 접지는 140의 규정에 준하여 접지공사를 할 것
  • 충분한 기계적 강도
  • 침수 위험없는 곳에 시설, 옥외 시설시 IP44이상 보호등급
  • 분진, 가연성 가스 등 위험 장소 : 정상상태에서 부식, 감전, 화재 폭발 위험방지
  • 전기자동차 전용표지 설치

3)충전케이블 및 부속품(플러그와 커플러)

  • 충전장치와 전기자동차의 접속은 연장코드 사용금지
  • 충전케이블을 유연성및 충분한 굵기
  • 커플러(컨넥터와 접속구로 구성)
  • 다른 배선기구와 대체 불가능한 구조
  • 극성 구분하고 접지극이 있을 것 (접지극 먼저 투입, 나중분리구조)
  • 잠금 또는 탈부착 가능
  • 컨넥터 분리시 전원 자동차단(인터로크)
  • 컨넥터와 플러그는 충분한 기계적 강도 있을것
  • 충전장치의 부대설비
  • 충전 중 차량 유동 방지장치, 물리적 충격에 대한 방호장치 시설
  • 충전 중 환기 필요 시 환기설비시설 후 환기설비표지 설치
  • 충전상태 표시장치 설치(쉽게 보이는 곳)
  • 적절한 밝기의 조명 설비 설치
  • 그 밖의 관련 사항은 KS C IEC61851-1,21,22 표준참고

8️⃣전기자동차 충전용 전원설비 설계

1)설계 FLOW

2)충전기 수량

\[n_c=n_{sc}\times \alpha +n_{fc}\times\beta(개)\]

전기차 충전장치 등의 방호장치

  • 누전 차단기: 누전 발생 시 전원을 차단하여 감전 사고를 예방합니다.
  • 과전류 차단기: 과전류가 발생할 경우 전원을 차단하여 화재를 예방합니다.
  • 접지: 안전을 위해 반드시 접지를 시행해야 합니다.
  • 과충전 방지 기능: 배터리 과충전을 방지하여 배터리 수명을 연장합니다.
  • 온도 감지 기능: 충전 시 발생하는 열을 감지하여 과열을 방지합니다.

전기자동차의 충전방식의 종류

DC콤보방식

  • 완속 충전용 교류 모듈에 급속충전용 직류 모듈을 동시에 사용할 수 있는 방식이다.
  • BMW i3나 쉐보레 스파크EV가 채택하고 있는 방식이다
  • 이 방식을 사용하면 공간 활용도가 컨넥터 통합 등의 이점이 있다.

차데모방식(CHAdeMO)

  • 미국과 유렵 진영이 아닌 일본도쿄전력을 중심으로 닛산 미쓰비시, 후지 중공업, 도요타를 주축으로 개발된 충전방식이다
  • 현재 도요타와 닛산, 미쓰비시가 차데모 충전방식을 사용한다
  • 직류방식만을 이용한 충전방식으로 급속 충전을 목표로 개발됬기 때문에 교류충전은 별도의 커텍터 등이 필요하여 공간 활용성이 떨어진다는 단점이 있다

AC3상 방식

  • 프랑스 르노가 내세우고 있는 방식이다
  • 별도의 직류 변환 어댑터가 필요없다는 장점이 있다
  • 낮은 전력을 이용하기 때문에 효율이 높고 직류 변환장치가 필요 없어 다른 충전방식에 비해 인프라 구축비용이 적고, DC콤보방식과 마찬가지로 하나의 케이블로 급속충전과 완속충전이 가능하다는 장점이 있다.

테슬라 NACS

신개념에너지

스마트 그리드
마이크로 그리드
전기자동차 전원공급설비
V2G
전력저장장치
ESS의 제어기술
이차전지를 이용한 전기저장장치의 시설
ESS의 안전강화
리튬이온 축전지
ESS 안전의 문제점과 대책
SMES(초전도 에너지 저장장치)
초고용량 커패시터
이차전지
압축공기 에너지 저장장치(CAES)
분산형 전원
분산형 전원 배전계통 연계기술

목차(전기자동차 전원공급설비)

💯기출문제

●C14전기자동차의 전원공급설비

○C15전기자동차의 충전장치 및 부대설비

●C27전기차 전원설비

전기차는 내연기관 대신 전기를 동력원으로 사용하는 친환경적인 차량입니다. 전기차의 핵심은 바로 전기를 저장하고 공급하는 전원설비입니다. 이번에는 전기차 전원설비의 구성 요소와 기능, 그리고 최근 기술 동향에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

1. 전기차 전원설비 구성 요소

전기차의 전원설비는 크게 배터리, 모터, 인버터로 구성됩니다.

  • 배터리: 전기차의 심장이라고 할 수 있는 배터리는 전기에너지를 저장하고, 필요에 따라 모터에 공급하는 역할을 합니다. 주로 리튬이온 배터리가 사용되며, 에너지 밀도가 높고 충전 속도가 빠르다는 장점이 있습니다.

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  • 모터: 배터리에서 공급받은 전기에너지를 회전력으로 변환하여 차량을 구동하는 역할을 합니다. 일반적으로 영구자석 동기 모터가 많이 사용되며, 높은 효율과 넓은 토크 특성을 가지고 있습니다.
  • 인버터: 배터리에서 나오는 직류 전기를 모터에서 사용할 수 있는 교류 전기로 변환하는 역할을 합니다. 인버터는 모터의 속도와 토크를 제어하여 차량의 주행 성능을 조절합니다.

2. 전기차 전원설비의 기능

  • 에너지 저장: 배터리는 전기에너지를 저장하여 필요할 때 사용할 수 있도록 합니다.
  • 동력 전달: 배터리에 저장된 에너지를 모터로 전달하여 차량을 구동합니다.
  • 속도 및 토크 제어: 인버터를 통해 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하여 부드러운 주행을 가능하게 합니다.
  • 회생 제동: 감속 또는 내리막길 주행 시 발생하는 운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하는 기능입니다.

3. 전기차 전원설비의 최근 기술 동향

  • 배터리 기술 발전: 에너지 밀도가 높고 충전 속도가 빠른 차세대 배터리 개발이 활발하게 진행되고 있습니다. 고체 전지, 리튬 금속 배터리 등이 대표적인 예시입니다.
  • 모터 효율 향상: 영구자석의 성능 향상과 모터 설계 기술의 발전을 통해 모터의 효율을 높이고 있습니다.
  • 인버터 소형화 및 경량화: 실리콘 카바이드(SiC) 등 차세대 반도체 소재를 활용하여 인버터를 소형화하고 경량화하는 연구가 진행되고 있습니다.
  • V2G 기술: 전기차 배터리를 거대한 에너지 저장 장치로 활용하여 전력망에 전력을 공급하는 V2G 기술이 주목받고 있습니다.
  • 무선 충전 기술: 충전 케이블 없이 무선으로 전기차를 충전하는 기술이 개발되고 있습니다.

4. 전기차 전원설비의 미래

전기차 전원설비는 지속적인 기술 발전을 통해 더욱 효율적이고 안전하며, 다양한 기능을 갖춘 시스템으로 진화할 것입니다. 특히, 자율주행 기술과의 융합을 통해 새로운 가능성을 열어갈 것으로 기대됩니다.

●C42전기자동차 전원공급설비 설계시 아래 사항에 대하여 설명하시오

1)전원공급설비의 저압선로 시설
2)전기자동차 충전장치 및 방호장치

전기자동차 충전 시설 개략도

○C46전기자동차충전방식에 대하여 설명하시오

신개념에너지

스마트 그리드
마이크로 그리드
전기자동차 전원공급설비
V2G
전력저장장치
ESS의 제어기술
이차전지를 이용한 전기저장장치의 시설
ESS의 안전강화
리튬이온 축전지
ESS 안전의 문제점과 대책
SMES(초전도 에너지 저장장치)
초고용량 커패시터
이차전지
압축공기 에너지 저장장치(CAES)
분산형 전원
분산형 전원 배전계통 연계기술

목차(전기자동차 전원공급설비)

🌐V1003C24

KEC241.17


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