전기차(EV) 충전에 대한 개괄적인 얘기를 적어보고자 합니다.
전기차는 내부에 고용량의 배터리를 장착하고 있고, 이것으로 모터를 회전시켜 차량을 구동하게 됩니다.
전기차의 배터리는 완속과 고속 크게 2가지 형태로 충전을 하는데, 2가지 방식의 메커니즘이 약간의 차이가 있습니다.
우선 완속은 기술적으로는 AC(교류)충전이라고 하며, 급속은 DC(직류)충전이라고 합니다.
이 문장에서 이해할 수 있는 것은 전기자동차는 교류와 직류로 다 충전이 가능하도록 설계되어 있다는 것입니다.
먼저 차량 내부의 주(고전압) 배터리는 DC(직류)전기를 저장합니다.
전압은 보통 400V 또는 그 이상이며 현대자동차의 E-GMP 플랫폼 같은 경우 800V를 사용합니다.
(400V이하 전압을 사용하는 자동차도 다양)
배터리를 DC로 저장하는 이유는 AC전기는 저장이 불가능하기 때문입니다.
차량용 배터리 뿐만 아니라 우리가 일상에서 사용하는 모든 충전용 배터리, 건전지가 모두 직류(DC)를 저장하고 있습니다.
휴대전화가 대표적인 예로 볼수 있고, 다만 차량의 고전압 배터리는 전압과 용량에서 휴대전화와 비교할 수 없는 수준으로 이렇게 저장된 DC전기는 모터구동과 각종 장치 구동에 사용되게 됩니다.
우리가 사용하는 전기차 충전기는 AC완속충전기, DC고속충전기 2가지 방식이 있습니다.
통상 아파트 등에 설치된 7kW급 완속충전기가 AC충전기이며, 휴계소, 공영주차장 등에 설치된 급속충전기가 DC충전기 입니다.
(350kW급은 초급속으로 부르기도 함)
완속, 급속은 속도차이를 나타내는 것이고 정확한 명칭은 충전방식에 따른 AC충전기, DC충전기가 맞습니다.
<AC충전기> <DC충전기>
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이름에서 알수 있듯이 AC완속충전기는 차량에 AC전기를 직접 넣어서 배터리를 충전하는 방식이고, DC급속충전기는 차량에 DC전기를 넣어서 충전하는 방식입니다.
2가지 방식을 그림과 표로 나타내면 이렇습니다.
< AC완속 충전기> <충전케이블> <전기자동차>
| 220V AC입력 -> 220V AC출력(커넥터) | --------------- | AC입력(커넥터) -> OBC(DC변환, 차량내장형충전기) -> 고전압배터리 |
< DC고속 충전기> <충전케이블> <전기자동차>
| 380V AC입력 -> 파워모듈(DC1000V로 변환) -> DC출력(150~1000V, 커넥터) | --------------- | DC입력(커넥터) -> 고전압배터리 |
* 충전기의 DC출력전압은 충전속도에 따라 가변적
가장 큰 차이점은 AC를 DC로 변환하는 과정을 어디에서 할거냐는 것인데요. (빨간색으로 표시한 부품이 처리)
차량 내부에서는 AC입력이 들어오는 경우 OBC(On Board Charger)를 거쳐서 DC변환 후 고전압 배터리를 충전하게 되고, DC입력이 들어오는 경우 바로 고전압 배터리를 충전하게 됩니다.
전기자동차 충전기 크기가 완속과 급속이 외형적으로도 차이가 나는 이유가 급속충전기는 AC->DC로 변환하는 부품(파워모듈)도 포함하고 있어야 하고, 전기적으로도 고압(입력 AC 3상 380V, 출력 DC 1000V)을 처리하는 장비이기 때문에 관련 부품이 더 들어가 있어야 합니다.
케이블 두께도 AC완속 충전기는 220V를 전송하는 반면 급속 DC충전기는 최대 DC 1000V의 고압이면서 고전류를 전송해야 하기 때문에 그만큼 더 두꺼울수 밖에 없고 차량과 연결을 위한 커넥터 모양도 다를수밖에 없습니다.
다만 급속충전 중 AC->DC변환을 충전기에서 직접 하지 않고 앞단에 파워뱅크를 따로 두어서 처리하는 방식도 있긴 합니다.
그럼 AC는 왜 완속이고, DC는 왜 급속일까요?
이것은 차량 내 장착된 OBC의 성능한계와 몇가지 이유 때문입니다.
OBC가 차량에 설치되는 부품인 만큼 크기와 성능이 제한 될 수밖에 없고 AC가 직접 차량으로 들어오는 전기안전 이슈도 있게 됩니다.
이와 다르게 DC충전은 전력변환(DC->AC)을 충전기에서 담당하여 차량에 부담이 적고, 충전기 크기가 커지더라도 크게 상관이 없는점, 충전기의 유지보수가 용이성, 파워모듈 수에 따라 용량 증가가 용이한점, 차량의 전기 안전성(AC가 인입되지 않음)이 높은점 등 장점이 있기 때문에 급속에 적합한 것입니다.
이상 전기자동차의 충전 메커니즘에 대해 간단히 알아 보았습니다.