1. 충전콤보 타입 정리
2. 충전기와 차량의 통신방법 법규현황
2-1. J1772 : Power Line Communication(PLC) 파워라인통신을 사용하고 Control Pilot(CP) 제어를 하여 충전하는 방식이 규정된 법규사항
2-2. GB/T : CAN 통신을 사용하고 Tx/Rx 제어를 하여 충전하는 방식이 규정된 법규사항
2-3. 충전기와 차량의 통신절차 순서
한국은 미국과 동일한 콤보 타입을 사용하므로 J1772 통신법규현황을 따른다. J1772 기준으로 설명합니다.
2-3-1. 충전 준비부터 충전완료 및 결재까지 메세지 전달 순서
Control Pilot제어는 J1772에서 충전기 선택 후 충전시작까지 별도 Squence가 제공되며 충전종료관련 별도 Sequence가 제공되고 있습니다. 자세한 순서는 아래의 이미지를 참조하도록 하세요. EV Maximum Voltage Limit Signal 수용가능한 최대전압제한과 EV Maximum Current Limit Signal 수용가능한 최대전류제한은 PWM의 Duty 제어비를 PLC 통신으로 "현재 차량은 제한전압과 전류가 얼마여야 합니다"라고 충전기로 전달하면 충전기는 PWM의 Duty 제어비에 맞게 최대전압/전류 제한값 만큼 공급합니다.
3. 차량 충전시스템 아키텍쳐
완속/급속 충전은 국가별 충전콤보 타입을 확인하고 반영하며 국가별 공급하는 전압의 유형에 따라 완속충전의 경우 OBC가 단상, 3상으로 구분되어집니다. 예를들어, 미국과 한국은 단상 공급전압을 사용하기 때문에 Type 1 콤보를 적용하여 OBC 단상을 사용하며 중국과 유럽은 3상 공급전압을 사용하기 때문에 Type 2 콤보를 적용하여 OBC 3상을 사용합니다.
LDC가 Constant Voltage(CV)로 고전압 충전 전압을 유지한 상태에서 AC 공급전압을 OBC가 DC로 변환하고 Constant Current(CC)로 In부(AC), Out부(DC)가 정격출력전류이상 흐르지않는지 확인한 후 충전을 진행합니다. 출력전류는 PDU를 통해 HV Batt로 충전을 진행하며 HV Batt의 충전용량이 변함(증가)함에 따라 달라진 임피던스값에 의거하여 충전전류가 점점 감소하다가 약 RSOC 80%부터 VCU또는 BMS가 LDC로 충전전류를 제한요청하여 감소된 충전전류를 공급하여 충전을 완료합니다. PDU는 제어기가 아닌 고전압 분배 통로입니다. 차량에 따라 충전 타켓용량(70%, 80%, 90%, 100%등)을 BMS가 제공하거나 VCU가 제공합니다. 차량에 따라서 AVN에서도 타켓용량이 설정가능한 경우도 있습니다.
완속충전은 AC 입력전압과 DC 출력전류가 Limit대비 작기 때문에 Derating과 Relay 차단이 발생하지 않습니다. Derating이 만약 OBC에서 발생한다면 전류센서를 우선 확인해봐야합니다.
급속충전의 경우 3상 공급전압을 사용하며 완속충전과 달리 OBC를 통하지않고 급속 EVSE에 Off Board Charger에서 AC->DC로 변환(CC컨트롤 포함)하여 PDU를 통해 HV Batt으로 충전전류를 공급하여 충전을 진행합니다. 이때 LDC가 차량측면 CC(정격전류),CV(정격전압),CP(정격전력)을 확인하여 Limit이 넘지않는지 확인하며 BMS는 C-rate Charging Table에 의거해서 충전전류를 제어하며 Cell 전압이 4V이상일경우 CC/CV mode로 충전전류를 제한하여 충전합니다. LDC는 부족전압과 과전압의 Range에 따라 Warning을 각 제어기들에 경고하면서 Derating을 VCU에게 요청합니다. Derating의 경우 정상조건이 일정기간 유지되면 회복이 가능합니다. Fault를 각 제어기들에 전달하고 Relay을 직접 차단합니다. Fault의 경우 회복이 되지않고 LV Batt(-)를 탈거하고 재부착하는 등의 행위로 Hardware가 Reset이 되어야 원복됩니다.
완속과 급속시 AC 공급전압에서 발생가능한 리플전압과 고조파전압을 걸려주기 위해 충전기에 Filter가 설계되어 있고 차량의 EVCC에서 Y-Capacitor를 사용하여 DC 출력이 안정적으로 공급할수 있도록 설계되어 있습니다. 완속/급속 충전관련 Status값들은 고객이 인식하도록 클러스터에 표시합니다.
충전된 HV batt을 사용해서 LV Batt의 SOC가 일정량 이하로 떨어지면 Auto Charging을 진행하며 차량도어의 Arming여부에 따라 Auto Charging 진입시간이 달라지며 LV Batt의 SOC값, LDC의 입력/출력 전압,전류,온도를 확인하며 LV Batt을 충전합니다. 충전건이 체결되어 있는경우 Auto Charging 진입하지 않습니다.
4. 완속 충전 시스템
완속 충전은 충전기로부터 AC 220V 60Hz를 공급받아 On Board Charger(OBC)가 AD를 DC로 변환하여 차량으로 고전압 DC를 공급합니다. 차량마다 Operating Voltage가 다르니 차량별 SPEC을 참고하도록 합시다.
4-1. 완속 시스템 아키텍쳐
충전기가 차량에 Connection이 되고 Auto Lock과 절연에 이상이 없으면 충전기는 S1 스위치를 On하고 차량은 S2 스위치를 On하여 충전을 시작한다. 완속의 경우 220V 60Hz로 차량에 전력을 공급하기 때문에 차량에서 사용하는 고전압보다 공급하는 전압이 낮기 때문에 별도의 최대전압/전류 제한을 사용하지 않는다.
5. 급속 충전 시스템
급속 충전은 충전기에 Off Board Charger가 별도로 내장되어 차량으로 고전압을 공급하며 현재 400V, 800V까지 공급가능한 타입의 충전기 인프라가 구축되어 있습니다. 차량마다 사용하는 고전압 Operating Voltage Range가 다르기 때문에 PLC통신으로 PWM의 Duty 제어비를 차량에서 충전기로 전달하면 충전기는 차량에 적합한 수용가능한 제한전압/전류값만큼 차량으로 충전전력을 공급합니다.
5-1.급속 시스템 아키텍쳐
충전기가 차량에 Connection이 되고 Auto Lock, 절연, 온도가 이상이 없으면 충전기는 S1 스위치를 On하고 차량은 S2 스위치를 On하여 충전을 시작한다. 급속충전은 온도 상태값이 추가되고 PLC 통신시 PWM제어 Duty 제어비 사용이 추가된다.
6. 예약충전 및 예약공조 시스템 아키텍쳐
완속/급속 충전 관계없이 App을 연동하여 요일, 시간별 예약충전이 가능하며 예약충전을 설정해놓은 경우 App에서 즉시충전/종료 기능을 제공하는 경우도 있습니다. 예약충전시 예약공조를 함께 기능을 연동하여 사용하면 추운날씨, 더운날씨인 경우 충전종료 시점에 고객이 차량에 탑승하여 원하는 온도 운전을 할 수 있습니다. 고객 편의성을 위한 목적도 있지만 Cabin을 이미 동작하여 온도를 맞춰놓고 충전을 종료하였기 때문에 공조를 위한 에너지소모가 크게 없을 것입니다. 고전압 배터리가 완충된 상태라면 총 주행가능거리도 일부 증가하게 됩니다.
예약충전은 App의 송출된 예약충전 메세지를 통합서버를 통해 CCU로 전달합니다. CCU는 예약충전 메세지를 수신하여 차량의 AVN과 VCU로 뿌려줍니다. 예약충전 요청을 수신한 AVN과 VCU가 설정된 날짜, 시간에 맞춰 예약충전을 제어합니다. VCU는 설정된 시점에 예약충전을 시작하면서 HVAC과 EHCVU에 예약공조 시작을 요청하여 예약공조도 함께 동작하도록 제어합니다. 예약충전이 끝나는 시점에 VCU가 예약공조로 종료요청을 하여 HVAC과 EHVCU가 공조기능을 Off합니다. 하지만 예약충전 종료시점에 예약공조가 종료되지 않을 가능성을 고려하여 예약충전이 종료된 후 예약공조가 동작하고 있는 경우라면 일정시간 후 VCU는 예약공조 종료요청을 재송신해야 합니다. 예약공조기능 컨셉이 고객의 편의성도 있지만 주행가능거리를 증가시키는 목적도 있기 때문입니다. 예약 충전관련 Status값들은 고객이 인식하도록 차량측면 클러스터에 표시하고 CCU -> 통합서버 -> App으로 Data를 전달하여 휴대폰 App에 표시합니다.
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