전기자동차 전원공급설비

신개념에너지(MN)

G 스마트 그리드
M 마이크로 그리드
R 전기자동차 전원공급설비
V V2G
E ESS(전력저장장치)
D ESS의 시설
T 리튬이온 축전지
S SMES(초전도 에너지 저장장치)
C 초고용량 커패시터
B 이차전지
A 압축공기 에너지 저장장치(CAES)
N 분산형 전원
L 분산형 전원 배전계통 연계기술

목차(전기자동차 전원공급설비 MNR)

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 자동차

2)구성도

전기차의 전원설비는 크게 배터리, 모터, 인버터로 구성

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 장점

모터: 배터리에서 공급받은 전기에너지를 회전력으로 변환하여 차량을 구동하는 역할을 합니다. 일반적으로 영구자석 동기 모터가 많이 사용되며, 높은 효율과 넓은 토크 특성

인버터: 배터리에서 나오는 직류 전기를 모터에서 사용할 수 있는 교류 전기로 변환하는 역할을 합니다. 인버터는 모터의 속도와 토크를 제어하여 차량의 주행 성능을 조절

3️⃣ 충전장치

1)충전기(Power Supply Unit):

전기자동차의 배터리에 전력을 공급하는 장치입니다. AC 충전기와 DC 충전기로 나뉘며, 충전 속도에 따라 레벨 1, 2, 3으로 구분

AC 충전기: 일반 가정용 콘센트를 사용하여 충전하는 방식으로, 충전 속도가 가장 느립니다.
DC 충전기: 고속 충전이 가능한 충전기로, 대용량 배터리를 단시간에 충전할 수 있습니다.

2)배전반 및 보호기기:

누전차단기, 과전류차단기 등 안전을 위한 보호장치가 포함

접지 및 누설전류 감지장치: 안전한 충전을 위해 접지시설과 누설전류 방지 장치가 반드시 설치

3)충전 케이블:

충전기와 전기자동차를 연결하는 케이블입니다. 충전기의 종류에 따라 다양한 종류의 케이블이 사용

4)전력망:

충전기에 전력을 공급하는 전력망입니다. 일반적으로 가정용 전력망, 상업용 전력망, 또는 특수한 충전소용 전력망이 사용

5)충전기 제어장치 및 통신장치:

충전상태 모니터링, 충전 제어, 사용자 인증 및 결제기능 등이 포함

부가적인 설비: 충전기 관리 시스템, 지불 시스템, 안전 장치 등 다양한 부가적인 설비가 포함

4️⃣전기자동차 전원공급설비의 종류

완속 충전기:
- 가정용 콘센트를 이용하여 충전하는 방식으로, 충전 시간이 오래 걸림
급속 충전기:
- 고전력을 사용하여 단시간에 충전하는 방식
- 주로 고속도로 휴게소나 대형 쇼핑몰 등에 설치
초급속 충전기:
- 최신 기술을 적용하여 매우 빠른 속도로 충전하는 방식

구분	홈충전기	완속충전기	급속 충전기
전력변환장치	전기자동차 내장	전기자동차 내장	충전기 내장
공급전압	단상220[V]	단상220[V]	삼상380[V]
공급용량	2	7.7	50
충전기간	6~8시간	4~6시간	10~30분
전력공급설비	불필요	불필요	필요
사용목적	일반적인 충전	소모량 충전	최소량 보충
요금수준	낮음	보통	높음
용도	일반가정	공용주차장, 관공서, 쇼핑센터	주유소, 고속도로 휴계소

5️⃣전기자동차 전원공급설비의 중요성

전기자동차 보급 확대: 충전 인프라 구축은 전기자동차 보급 확대의 필수 요소
전력 시스템 안정성: 전기자동차 충전으로 인한 전력 수요 증가에 대비하여 전력 시스템의 안정성을 확보
친환경 에너지 시스템 구축: 전기자동차 충전 인프라 확대는 친환경 에너지 시스템 구축에 기여

3)전기차 전원설비의 기능

에너지 저장: 배터리는 전기에너지를 저장하여 필요할 때 사용
동력 전달: 배터리에 저장된 에너지를 모터로 전달하여 차량을 구동
속도 및 토크 제어: 인버터를 통해 모터의 속도와 토크를 정밀하게 제어하여 부드러운 주행을 가능
회생 제동: 감속 또는 내리막길 주행 시 발생하는 운동 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하는 기능

6️⃣전기자동차 전원공급설비의 미래

V2G(Vehicle-to-Grid): 전기자동차 배터리를 에너지 저장 장치로 활용하여 전력망에 전력을 공급하는 기술이
무선 충전: 충전 케이블 없이 무선으로 충전하는 기술이 개발
스마트 충전: 인공지능을 활용하여 충전 시간과 비용을 최적화하는 스마트 충전 시스템이 도입
배터리 기술 발전: 에너지 밀도가 높고 충전 속도가 빠른 차세대 배터리 개발이 활발하게 진행
모터 효율 향상: 영구자석의 성능 향상과 모터 설계 기술의 발전을 통해 모터의 효율을 높이고 있다.
인버터 소형화 및 경량화: 실리콘 카바이드(SiC) 등 차세대 반도체 소재를 활용하여 인버터를 소형화하고 경량화하는 연구가 진행

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(IK08)
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

4)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

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

9️⃣전기차 충전장치 등의 방호장치

누전 차단기: 누전 발생 시 전원을 차단하여 감전 사고를 예방
과전류 차단기: 과전류가 발생할 경우 전원을 차단하여 화재를 예방
접지: 안전을 위해 반드시 접지를 시행
과충전 방지 기능: 배터리 과충전을 방지하여 배터리 수명을 연장
온도 감지 기능: 충전 시 발생하는 열을 감지하여 과열을 방지

🔟전기자동차의 충전방식의 종류

1)DC콤보방식

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

2)차데모방식(CHAdeMO)

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

3)AC3상 방식

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

4)테슬라 NACS

전기차업체인 테슬라에서 사용하고있는방식
NACS는 North American Charging Standard의 약자

신개념에너지(MN)

목차(전기자동차 전원공급설비 MNR)

전기자동차 전원공급설비

💯기출문제

●R14전기자동차의 전원공급설비

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR3️⃣)

3️⃣ 충전장치

충전기(Power Supply Unit): 전기자동차의 배터리에 전력을 공급하는 장치입니다. AC 충전기와 DC 충전기로 나뉘며, 충전 속도에 따라 레벨 1, 2, 3으로 구분
- AC 충전기: 일반 가정용 콘센트를 사용하여 충전하는 방식으로, 충전 속도가 가장 느립니다.
- DC 충전기: 고속 충전이 가능한 충전기로, 대용량 배터리를 단시간에 충전할 수 있습니다.
배전반 및 보호기기: 누전차단기, 과전류차단기 등 안전을 위한 보호장치가 포함
충전 케이블: 충전기와 전기자동차를 연결하는 케이블입니다. 충전기의 종류에 따라 다양한 종류의 케이블이 사용
전력망: 충전기에 전력을 공급하는 전력망입니다. 일반적으로 가정용 전력망, 상업용 전력망, 또는 특수한 충전소용 전력망이 사용
충전기 제어장치 및 통신장치: 충전상태 모니터링, 충전 제어, 사용자 인증 및 결제기능 등이 포함
접지 및 누설전류 감지장치: 안전한 충전을 위해 접지시설과 누설전류 방지 장치가 반드시 설치
부가적인 설비: 충전기 관리 시스템, 지불 시스템, 안전 장치 등 다양한 부가적인 설비가 포함

○R15전기자동차의 충전장치 및 부대설비

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR157️⃣)

7️⃣전기자동차 전원공급설비 시설기준(KEC241.17)

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(IK08)
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

●R27전기차 전원설비

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR3️⃣)

3️⃣ 충전장치

충전기(Power Supply Unit): 전기자동차의 배터리에 전력을 공급하는 장치입니다. AC 충전기와 DC 충전기로 나뉘며, 충전 속도에 따라 레벨 1, 2, 3으로 구분
- AC 충전기: 일반 가정용 콘센트를 사용하여 충전하는 방식으로, 충전 속도가 가장 느립니다.
- DC 충전기: 고속 충전이 가능한 충전기로, 대용량 배터리를 단시간에 충전할 수 있습니다.
배전반 및 보호기기: 누전차단기, 과전류차단기 등 안전을 위한 보호장치가 포함
충전 케이블: 충전기와 전기자동차를 연결하는 케이블입니다. 충전기의 종류에 따라 다양한 종류의 케이블이 사용
전력망: 충전기에 전력을 공급하는 전력망입니다. 일반적으로 가정용 전력망, 상업용 전력망, 또는 특수한 충전소용 전력망이 사용
충전기 제어장치 및 통신장치: 충전상태 모니터링, 충전 제어, 사용자 인증 및 결제기능 등이 포함
접지 및 누설전류 감지장치: 안전한 충전을 위해 접지시설과 누설전류 방지 장치가 반드시 설치
부가적인 설비: 충전기 관리 시스템, 지불 시스템, 안전 장치 등 다양한 부가적인 설비가 포함

●R42전기자동차 전원공급설비 설계시 아래 사항에 대하여 설명하시오

1)전원공급설비의 저압선로 시설
2)전기자동차 충전장치 및 방호장치

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR157️⃣)

7️⃣전기자동차 전원공급설비 시설기준(KEC241.17)

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(IK08)
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

○C46전기자동차충전방식에 대하여 설명하시오

모범답안(전기자동차 충전케이블MNR🔟)

🔟전기자동차의 충전방식의 종류

1)DC콤보방식

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

2)차데모방식(CHAdeMO)

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

3)AC3상 방식

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

4)테슬라 NACS

전기차업체인 테슬라에서 사용하고있는방식
NACS는 North American Charging Standard의 약자

●136-46 전기자동차의 전원공급설비 중 다음 사항을 설명하시오

1)주요 구성품
2)플러그와 연결하는 형식의 종류
3)한국전기설비규정(KEC 241.17)에 근거한 저압전로 시설기준

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR3️⃣)

3️⃣ 충전장치

충전기(Power Supply Unit): 전기자동차의 배터리에 전력을 공급하는 장치입니다. AC 충전기와 DC 충전기로 나뉘며, 충전 속도에 따라 레벨 1, 2, 3으로 구분
- AC 충전기: 일반 가정용 콘센트를 사용하여 충전하는 방식으로, 충전 속도가 가장 느립니다.
- DC 충전기: 고속 충전이 가능한 충전기로, 대용량 배터리를 단시간에 충전할 수 있습니다.
배전반 및 보호기기: 누전차단기, 과전류차단기 등 안전을 위한 보호장치가 포함
충전 케이블: 충전기와 전기자동차를 연결하는 케이블입니다. 충전기의 종류에 따라 다양한 종류의 케이블이 사용
전력망: 충전기에 전력을 공급하는 전력망입니다. 일반적으로 가정용 전력망, 상업용 전력망, 또는 특수한 충전소용 전력망이 사용
충전기 제어장치 및 통신장치: 충전상태 모니터링, 충전 제어, 사용자 인증 및 결제기능 등이 포함
접지 및 누설전류 감지장치: 안전한 충전을 위해 접지시설과 누설전류 방지 장치가 반드시 설치
부가적인 설비: 충전기 관리 시스템, 지불 시스템, 안전 장치 등 다양한 부가적인 설비가 포함

모범답안(전기자동차 충전케이블MNR🔟)

🔟전기자동차의 충전방식의 종류

1)DC콤보방식

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

2)차데모방식(CHAdeMO)

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

3)AC3상 방식

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

4)테슬라 NACS

전기차업체인 테슬라에서 사용하고있는방식
NACS는 North American Charging Standard의 약자

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR157️⃣)

7️⃣전기자동차 전원공급설비 시설기준(KEC241.17)

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(IK08)
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

●135-14 전기자동차 충전장치 시설기준과 설치 수량에 대하여 설명하고, 외부 기계적 충격에 대한 강도기준에 대하여 설명하시오

모범답안(전기자동차 충전장치 MNR)

전기자동차 충전장치 시설기준, 설치 수량, 외부 기계적 충격 강도기준

1. 전기자동차 충전장치 시설기준

설치 위치:
- 공공건물, 공중이용시설, 공동주택, 공영주차장 등 다양한 시설에 설치가 의무화되어 있음
- 설치 시 건축법, 주차장법, 환경친화적 자동차법 등 관련 법령을 준수
충전기 종류:
- 급속충전기: 최대 출력 40kW 이상
- 완속충전기: 최대 출력 40kW 미만
설치 환경:
- 침수 위험이 있는 곳에는 설치하지 않아야 하며, 옥외 설치 시 방수 등급(IP44 이상), 옥내 설치 시 IP41 이상을 만족해야함
- 충전장치에는 전기자동차 전용임을 나타내는 표지와 위험표시를 눈에 잘 띄는 곳에 설치
- 충전 중 차량의 유동을 방지하는 장치, 물리적 충격 방호장치, 충분한 조명 및 환기설비, CCTV(지하주차장) 등 부대설비를 갖추어야함

2. 전기자동차 충전장치 설치 수량 기준

신축시설:
- 총 주차대수의 5% 이상 충전시설 설치가 의무입니다. 소수점 이하는 반올림
기축시설(2022년 1월 28일 이전 건축허가):
- 총 주차대수의 2% 이상 설치해야 하며, 2025년까지 추가 설치가 요구
급속충전기 설치:
- 주차대수 50대 이상인 시설은 급속충전기 1기 이상 설치, 일부 시설은 전체 충전기의 20% 이상을 급속충전기로 설치
지자체 조례:
- 구체적인 설치 수량과 비율은 각 시·도의 조례에 따라 다소 차이가 있을 수 있다

구분	설치 기준(신축)	설치 기준(기축)
충전시설 수	주차대수의 5%	주차대수의 2%
급속충전기	50대 이상 1기	50대 이상 1기

3. 외부 기계적 충격에 대한 강도기준

기계적 강도 등급(IK 등급):
- 전기자동차 충전장치는 외부 기계적 충격에 대한 충분한 강도를 가져야 하며, 일반적으로 IK08 이상(5줄의 충격, 1.7kg 물체를 29.5cm에서 낙하시킨 충격) 또는 IK10 등급(20줄의 충격, 5kg 물체를 40cm에서 낙하) 구조가 요구
- 공공장소, 교통량이 많은 곳, 고속도로 휴게소 등에는 내구성을 위해 IK08~IK10 등급이 권장
방호장치:
- 차량 충돌 등 물리적 충격이 우려되는 장소에는 볼라드, 스토퍼 등 별도의 방호장치를 추가로 설치해야 하며, 벽면 거치형의 경우 벽체 등 구조물로 보호가 되어야함
방수·방진 등급:
- 옥외 설치 시 IP44 이상, 옥내 설치 시 IP41 이상을 만족해야 하며, 침수 위험이 있는 곳에는 설치