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[산업지식인] 전기차 충전시 과전압·과충전으로부터 어떻게 예방하나요?

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헬로티 전자기술 기자 |

 

 

 

현업 실무자가 가진 현실적인 궁금증을 전문가가 현명하게 직접 답해주는 [산업지식인] 입니다. 산업지식인은 스마트 팩토리, 머신비전, RPA, 3D프린팅 등 첨단 기술과 연관된 솔루션과 해당 산업 동향을 다룹니다. 

 

이 과정에서  ‘이 용어는 무슨 뜻이지?’, ‘이 솔루션을 도입했을 때의 장점은?’ 등 다양한 질문들이 떠오를 텐데요. 산업지식인에서는 질문의 종류와 상관없이 전문가의 이론과 경험이 담긴 생생한 답변을 들을 수 있습니다. 앞으로 산업지식인은 산업 현장에 있는 실무자가 혁신 기술과 가까워질 수 있는 기회를 제공할 것입니다. 

 

이번 시간에 다뤄볼 내용은 ‘전기차 충전의 전력 관리 및 보호 솔루션’입니다. 전기는 자동차를 비롯한 미래 모빌리티의 주요 에너지원으로 손꼽힙니다. 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가함에 따라, 안전한 충전 시스템에 대한 요구도 동시에 증가하고 있죠. 

 

리틀휴즈는 일찍이 자동차 퓨즈에 대한 산업 표준을 정의하고 회로 보호, 전력 제어 및 감지 분야에 뛰어들었습니다. 이와 함께 전기차 충전소를 위한 효율적인 시스템을 설계하는데 주력하고 있는데요. 

 

리틀휴즈는 지난 7월 웨비나를 통해 전기차 충전에 대한 이해와 당사의 과전압·전류 보호와 FET, SiC, IGBT, 다이오드와 관련된 제품 등을 설명했는데요. 이어지는 내용에서는 리틀휴즈가 진행했던 웨비나에서 다뤄진 질의응답 중 핵심적인 내용만 담아봤습니다. 

 

Q&A

 

Q : 리틀휴즈의 전기차 충전 전력 관리 및 보호 솔루션 적용 관련 최근 이슈와 해결 사례는?

A : 배터리 및 OBC와 관련해 각 고객사에서 지원을 하고 있으며, 최근 이슈는 적절한 전력효율 관리 및 서지 및 각종 노이즈로부터의 회로 보호다. 

 

Q : 전기차 배터리 설계 시 고효율성과 과열 및 과충전 보호는 어떻게 이뤄지는가?

A : 배터리 설계 시 과충전 및 과열로 인한 회로보호를 위해 온도센서 및 TVS 다이오드를 적절히 선정 및 운영해야 한다. 

 

Q : 퓨즈의 SMD 타입과 Through 타입의 성능 차이는?

A : 퓨즈의 경우 크기가 클수록 더 큰 전압, 더 큰 전류 정격을 갖는다. 이에 SMD 타입보다 Through 타입이 더 큰 전압·전류를 지원한다.

 

Q : 낙뢰와 같은 재해를 예방하기 위해 퓨즈 및 TVS 다이오드를 추가하면 어느 정도까지 예방되는가?

A : 사용하는 제품에 맞춰 수만 암페어 이상의 낙뢰를 방지한다. 목표하는 낙뢰의 수준이 높을수록 보호소자의 크기가 커질 수 있다.

 

Q : 전기차 자체적으로 전기를 생산하는 방법 및 기술적으로 고려하는 부분은?

A : 각종 회생 회로와 연료전지를 사용하는 전기차 충전 기술이 있으며, 충전과 출력이 가능한 회로로 전기를 생산할 수 있다.

 

Q : 전기차의 배터리 충전 및 폭발 관련 사고는 향후 어떤 방식으로 해결되는가?

A : 배터리 업체의 방폭 설계를 강화하는 추세며 자사의 전압(TVS, 다이오드, GDT, TMOV), 전류 보호 제품을 사용한 회로가 적용되고 있다. 

 

Q : 아이오닉 5에 쓰인 초고속 충전 방식과 같은 기술인가?

A : 충전 토폴로지는 각각의 기능에 맞춰 개발되며 스펙에 가장 적합한 스위치 소자와 다이오드 등 제품을 선정해 사용된다. 또한, 초고속 충전에 맞는 대용량 제품으로 설계해 사용한다.

 

Q : SCADA 등을 참고한다면 혹시 전기차만의 전력관리가 솔루션으로 가능한가?

A : 전기차 전력관리 솔루션으로 제공하는 부품이 있으며 부품 단위의 제품을 공급하고 있다. 

 

Q : 동시 충전 시 발생하는 충전 속도 저하는 대부분의 충전기에서 발생하는데, 이 부분에 대해 개선점은?

A : 이 부분은 회로보다 전반적인 시스템 운영에 대한 것이다. 각 충전기에 최소 충전량을 충분히 보장된다면 괜찮을 것 같다. 

 

Q : 배터리 관리 장치가 과방전 보호와 저전압 차단을 한다고 하는데 어떤 모델이 있는가?

A : 해당 회로를 구현하기 위해서는 FET와 PTC, Chemical fuse와 같은 제품을 사용하며, 2단계에 걸쳐 보호 회로를 구성하는 것이 최소 회로로 돼 있다. 

 

Q : DCDC 컨버터의 장점은 무엇인가?

A : DC/DC 컨버터는 전압변환 효율이 트랜스를 이용하는 것에 비해 변환 효율이 높으며 정밀한 출력제어로 손실을 최소화해 최적의 출력을 할 수 있다.

 

Q : IGBT가 아닌 MOSFET를 사용하는 이유는?

A : MOSFET를 사용하면, 매우 빠른 스위칭 주파수를 사용했을 때 얻어지는 수동소자의 크기 감소와 병렬 스텍을 통한 출력증가가 가능하다.  

 

Q : 전기차 충전 시 과전압이나 과충전을 예방하기 위해 주의해야 할 점은?

A : 가장 중요한 점은 Ground fault(지락)를 사전에 방지하는 것이다. 단기적인 부분은 서지 및 전력효율 관리지만, 설치 후 장기적인 관점에서 화재 및 사용자 사고를 방지하기 위해서는 Ground fault 감지 및 이것을 예방하는 것이 가장 중요하다.

 

Q : 실리콘 카바이드 제품이 갖는 단점은 무엇인가?

A : 아직 대용량의 제품이 공급되지 않으며 납기가 길어 양산 적용이 어렵다. 

 

Q : SIC는 IGBT·Power MOSFET 대비 장점이 많은데, OBC/LDC 등 전기차 관련 모듈에는 모두 SiC MOSFET로 대체되는 추세인가?

A : 모든 부분에서 SiC가 우월한 부분이 있다. 다만 대용량을 이루지 못하고 공급에 문제가 많아 아직 대용량 제품과 다양한 어플리케이션에서 Si 제품이 사용된다.

 

Q : 켈빈 소스 FET와 일반 MOSFET과의 동작 특성은?

A : 켈빈 소스는 게이트 드라이빙 시 오동작을 방지하는 중요한 회로다. 일반적인 소스를 전력라인과 함께 사용하면 dv/dt로 인한 vg 변화가 발생된다. 켈빈소스로 회로를 구성할 경우 이런 변화를 줄여 오동작을 방지한다.

 

 

‘전기차 충전의 전력 관리 및 보호 솔루션’이란 주제로 다양한 질의응답이 오고갔습니다. 전기차 충전 시스템을 이해하는데 조금이나마 도움이 되셨나요?

 

해당 주제와 관련해 궁금한 사항은 하단에 있는 댓글창에 댓글로 입력해주세요. 전문가가 직접 답변해드립니다. 이와 더불어 위 내용을 다룬 발표 자료를 공유 받고 싶다면, 댓글창에 메일 주소를 남겨주시길 바랍니다. 

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