AC 대 DC EV 충전: 커넥터 및 케이블 디자인의 변화

가정용 벽면 충전기와 고속도로용 급속 충전기는 몇 걸음만 걸어가면 검은색 케이블 끝에 플러그가 꽂힌 것처럼 보일 수 있습니다. 하지만 실제로는 매우 다른 역할을 합니다. 7kW AC 벽면 충전기의 커넥터는 300kW DC 스테이션의 커넥터와 수명이 매우 다릅니다.

AC 충전과 DC 충전의 차이는 단순히 배터리를 충전하는 데 걸리는 시간만이 아닙니다. 전력 전자 장치가 시스템 내 어디에 위치하는지, 접점을 통해 얼마나 많은 전류가 흐르는지, 모든 부품이 얼마나 뜨거워지는지, 그리고 케이블이 얼마나 무겁고 뻣뻣해야 하는지까지 결정합니다.

일상 생활에서 다양한 충전 수준이 무엇을 의미하는지 다시 한번 알아보고 싶다면 다음을 참조하세요. EV 충전 레벨 개요좋은 시작점입니다.

AC와 DC가 그리드와 배터리 사이에 위치하는 곳

AC 충전기에서는 그리드가 AC 전원을 공급하고 차량이 중요한 전기 작업을 수행합니다. 월박스 또는 소켓이 AC 전원을 공급하면 차량 내부의 온보드 충전기(OBC)가 이를 배터리용 DC 전원으로 변환합니다. 출력은 OBC 정격에 따라 제한되며, 일반적으로 경차의 경우 3.7kW에서 22kW 사이입니다. 이러한 구성에서는 가장 뜨겁고 복잡한 부품이 차량 내부에 있기 때문에 커넥터와 케이블에 적당한 전류와 적당한 열이 전달됩니다.

DC 고속 충전기에서는 힘든 작업이 차량 외부로 이동합니다. 캐비닛은 전력망에서 공급되는 AC를 고전압 DC로 변환하고, 이 DC를 커넥터와 케이블을 통해 배터리 버스로 직접 전달합니다. 전력은 50~400kW 또는 그 이상에 쉽게 도달할 수 있으므로, 주요 접점과 도체는 훨씬 더 높은 전류를 전달하고 열 한계에 더 가까이 머무르는 시간이 길어집니다.

실제적으로 보면 AC는 차량 내부에서 가장 힘든 작업을 처리하는 반면, DC는 그 스트레스를 플러그와 케이블에 가합니다.

교류 대 직류

AC: 차량의 OBC에 의해 전력이 제한되고, 케이블의 전류가 낮으며, 커넥터의 열 부하가 작습니다.

DC: 스테이션과 배터리에 의해 전력이 제한되고, 케이블에 전류가 많이 흐르고, 커넥터에서 관리해야 할 열이 훨씬 많습니다.

동일한 차량이 AC 플러그에는 적합하지만 DC 고속 커넥터에는 매우 까다로울 수 있습니다.

AC와 DC가 커넥터 내부에 미치는 영향

더 높은 전압과 전류는 단순히 라벨의 정격만 바꾸는 것이 아닙니다. 커넥터 설계자는 절연, 접점 형상, 핀 배치 등을 다르게 선택해야 합니다.

전력 레벨, 절연 및 접점 설계

경량 AC 충전은 일반적으로 익숙한 주전원 전압에서 작동합니다. DC 고속 시스템은 400V 또는 800V와 같은 고전압 배터리 플랫폼에 설치됩니다. 전압이 상승함에 따라 커넥터는 해당 전압에 더 많은 여유 공간을 제공해야 합니다. 하우징 내부의 연면거리와 공간거리가 길어지고, 절연 재료는 더 높은 성능이 필요하며, 내부 구조는 시간이 지남에 따라 절연을 약화시킬 수 있는 날카로운 모서리와 먼지가 끼지 않도록 해야 합니다.

현재 프로파일도 마찬가지로 크게 변화합니다. 가정과 직장에서 AC를 사용하는 경우, 커넥터는 일반적으로 위상당 수십 암페어를 전달합니다. DC 고속 커넥터의 경우, 각 주 접점은 수백 암페어를 처리해야 할 수 있습니다. 이로 인해 설계자들은 DC 전원 핀의 접점 면적을 늘리고 접점 저항을 훨씬 더 엄격하게 제어해야 합니다. 스프링 및 블레이드 시스템은 고전류에서 저항이 조금만 증가해도 빠르게 열로 변할 수 있기 때문에 수천 번의 결합 사이클 동안 접점력을 일정하게 유지해야 합니다.

실제로 커넥터 설계자는 다음 세 가지에 중점을 둡니다.

전압은 연면거리, 간극 및 절연 재료를 구동합니다.

전류는 접촉 면적, 도금 품질 및 스프링 설계에 따라 결정됩니다.

듀티 사이클(사용 빈도)은 위에 나열된 모든 항목에 얼마나 많은 안전 여유가 내장되는지를 결정합니다.

핀 레이아웃 및 기능

AC와 DC 커넥터는 모두 전원 핀과 신호 핀을 결합하지만 그 비율이 다릅니다.

가정이나 직장에서 사용하는 AC 커넥터는 일반적으로 1~3개의 전선, 중성선, 보호 접지선, 그리고 파일럿 신호 및 근접 감지를 위한 작은 제어 핀 세트를 갖추고 있습니다. 이 커넥터는 기본적인 충전 매개변수를 확인하고 전원이 흐르기 전에 플러그가 제대로 꽂혔는지 확인할 수 있는 충분한 지능을 갖추고 있습니다.

DC 고속 커넥터는 여전히 보호 접지를 제공하지만, 주 전류는 이제 회선과 중성선 대신 큰 DC+ 및 DC- 핀을 통해 흐릅니다. 이러한 큰 핀 주변에는 더 풍부한 저전압 접점 세트가 있습니다. 파일럿 및 근접 신호는 여전히 존재하지만, 고전력 DC 커넥터는 종종 통신 회선을 추가하고, 많은 설계에서 커넥터의 가장 뜨거운 부분을 감시하기 위한 전용 온도 감지 기능을 추가합니다.

나란히 보면:

AC 커넥터는 간단한 전원 핀과 간단한 제어 쌍을 가지고 있습니다.

DC 고속 커넥터는 더 많은 신호 및 감지 핀으로 둘러싸인 매우 큰 전원 핀을 가지고 있습니다.

전력이 증가함에 따라 메인 핀의 크기와 신호 핀의 개수가 모두 증가하는 경향이 있습니다.

AC 및 DC용 커넥터 아키텍처

다양한 표준은 서로 다른 기계적 전략을 사용하여 "AC + DC" 문제를 해결합니다.

한 시스템 그룹은 AC 전용 커넥터를 사용합니다. 이는 집, 직장, 그리고 목적지 충전기에서 AC 전원을 사용하는 차량에서 볼 수 있는 연결부입니다. 하우징은 작고, 손잡이는 가벼우며, 내부 레이아웃은 직관적입니다. 이 디자인은 편안한 일상 사용과 적당한 전력으로 긴 수명을 제공하도록 설계되었습니다.

콤보 스타일 디자인은 다른 방식을 취합니다. AC 인터페이스와 추가 DC 전원 핀을 하나의 차량 인렛에 결합하여 차량의 소켓 하나에 AC 및 DC 플러그를 모두 연결할 수 있습니다. 이렇게 하면 차체에 구멍을 뚫어야 하는 횟수가 줄어들고, 운전자가 케이블을 들고 걸어갈 때 명확한 목표 지점을 확보할 수 있습니다. 하지만 그 대가로 더 크고 복잡한 인렛과 DC 핀 주변의 더욱 촘촘한 방열 설계가 필요합니다.

다른 아키텍처는 콤보 인렛을 사용하지 않습니다. 일부 표준은 AC와 DC를 완전히 분리하여 각 용도에 맞게 최적화할 수 있도록 합니다. AC 플러그는 작고 가벼우며, DC 플러그는 필요한 만큼 크고 견고하게 만들 수 있습니다. 새로운 소형 커넥터 제품군은 이와는 반대로 AC와 DC를 하나의 작은 셸로 모두 전달하려고 합니다. 이는 공간을 절약하고 인터페이스를 간소화하지만, 핀 재사용, 절연 설계 및 냉각 전략의 기준을 높입니다.

케이블과 열: DC가 다르게 보이고 느껴지는 이유

도체 크기, 무게 및 취급

하룻밤 사이에 몇 킬로와트의 AC를 차량에 공급하는 데는 거대한 구리 단면적이 필요하지 않습니다. 도체의 크기가 적당하기 때문에 케이블을 쉽게 들어 올릴 수 있을 만큼 가볍고 차고 구석에 깔끔하게 감아둘 수 있을 만큼 유연합니다.

짧은 정지 상태에서 수백 킬로와트의 직류를 전달하는 것은 또 다른 문제입니다. 저항 손실과 온도 상승을 제어하려면 도체에 훨씬 더 많은 구리가 필요합니다. 구리가 많을수록 질량이 커지고, 그 질량은 케이블을 더 무겁고 단단하게 만듭니다. 좁은 주차 공간이나 연석 위로 케이블을 구부릴 때마다 더 단단해지고, 케이블이 손잡이나 캐비닛에 들어가는 스트레인 릴리프 지점에는 무게가 더 많이 실립니다.

실제로는:

더 높은 DC 전력 → 더 두꺼운 구리 코어 → 더 무겁고 단단한 케이블.

케이블이 무거워지면 스트레인 릴리프와 종단에 더 많은 부하가 걸립니다.

AC 케이블은 편안함을 중심으로 조정할 수 있는 반면, DC 케이블은 열 한계에서 시작하여 거꾸로 조정합니다.

AC 충전 케이블은 일상생활에 맞춰 설계되었습니다. 한 손으로 들고 좁은 진입로에서 차들 사이로 구불구불하게 감아도, 충전이 끝나면 쉽게 감길 수 있도록 설계되었습니다. DC 고속 충전 케이블은 더 단단한 균형을 유지해야 합니다. 매우 높은 전류를 전달하면서도, 운전자의 힘과 키가 달라도 산업 장비와 씨름하는 것 같은 느낌 없이 커넥터를 쉽게 연결할 수 있도록 충분히 구부러져야 합니다. 최소 굽힘 반경은 도체와 절연체를 보호하기 위해 설정되었지만, 충전 장소의 실제 레이아웃에도 적합해야 합니다.

외부 재킷, 내구성 및 액체 냉각 케이블

공공장소는 케이블에 큰 부담을 줍니다. 햇빛, 비, 먼지, 도로 오염은 흔한 일입니다. 게다가 전선은 콘크리트 바닥에 떨어지거나, 날카로운 모서리에 끌리거나, 때로는 차량에 눌리거나 굴러가기도 합니다. 이러한 환경에서 수년간 견디기 위해 DC 케이블은 더 두껍고 튼튼한 외피를 사용하는 경향이 있습니다. 스트레인 릴리프는 강화되었고, 종단은 꼬임과 당김을 흡수하도록 설계되어 모든 응력이 도체에 직접 전달되지 않습니다.

집에서 사용하는 케이블은 더 부드러운 환경에 놓이게 되지만, 충전기 수명 동안 마모, 먼지, 계절적 온도에 여전히 견뎌야 합니다. 따라서 케이블은 기본적인 견고성만 유지된다면 유연성과 외관에 더 중점을 둘 수 있습니다.

DC 전력의 최상위 단계에서 구리선을 추가하고 자연 냉각에 의존하는 것은 결국 비현실적입니다. 케이블이 너무 두껍고 무거워서 많은 사용자가 거의 움직일 수 없게 되고, 모든 베이에 고정 지지대가 필수적이 됩니다. 수냉식 DC 케이블은 전력 도체 근처에 냉각 회로를 추가하여 이 문제를 해결합니다. 냉각수는 코어 근처로 흐르면서 열을 흡수하여 동일한 외경으로 더 많은 전류를 흐르게 하면서도 온도 상승을 억제할 수 있습니다. 하지만 이 경우 추가적인 설계 작업이 필요합니다. 냉각수 경로는 수년간 밀폐되고 안정적으로 유지되어야 하며, 누출을 감지하고 모니터링해야 할 수도 있고, 호스와 센서는 어셈블리를 유연하게 사용할 수 있도록 배선되어야 합니다.

이것이 AC 케이블이 얇고 부드러운 상태를 유지하는 반면, 매우 고전력 DC 케이블은 더 두껍고, 여러 겹으로 되어 있으며, 어떤 경우에는 눈에 띄는 냉각 인터페이스를 가지고 있는 이유입니다.

사이트에 맞는 커넥터와 케이블을 선택하는 방법

충전소마다 전력, 편의성, 내구성, 비용에 대한 비중이 다릅니다. 작은 가정용 벽면 콘센트와 버스 차고지는 모두 "EV 충전 프로젝트"일 수 있지만, 디자인 측면에서는 매우 다른 위치에 있습니다.

가정용 에어컨 설치 현장에서는 야간 작동 시간이 길기 때문에 전력을 보통 낮음에서 중간 정도의 우선순위로 취급합니다. 조작 편의성이 매우 중요하며, 내구성은 지속적인 사용보다는 온화한 환경에서 수년간 지속되는 데 달려 있습니다.

집에서 레벨 1과 레벨 2 사이에서 고민하는 운전자는 다음을 사용할 수 있습니다. 레벨 1 대 레벨 2 홈 충전 가이드이러한 하드웨어 선택이 일상 생활에서 어떤 느낌인지 확인하세요.

목적지와 직장의 AC가 한 단계 더 발전했습니다. 사용자 수가 늘어나고, 플러그인 이벤트가 늘어나고, 견고한 하우징과 안정적인 래치에 대한 수요가 늘어났습니다.

공공 DC 고속 충전은 전력을 최우선으로 고려합니다. 조작 편의성은 여전히 ​​중요하지만, 크기와 무게의 제약이 따릅니다. 장비는 실외에서 사용되어야 하고, 다양한 사용자를 만나며, 가끔씩 오용되는 것을 견뎌내야 하기 때문에 내구성이 매우 중요합니다. 차량 기지와 상업용 야드는 공공 DC와 작업장 사이에 위치해 있습니다. 출력은 높음에서 매우 높음까지 다양하며, 커넥터는 여러 교대 근무를 통해 하루에도 여러 번 연결 및 분리될 수 있습니다. 접점 안정성, 기계적 견고성, 그리고 서비스 편의성은 기본 출력만큼이나 중요합니다.

차량이 창고, 주택 및 공공 장소에서 다양한 충전 수준을 결합하는 방법에 대한 전체 프레임워크는 다음을 참조하세요. EV 충전 차량에 실제로 필요한 수준에 대한 가이드.

세 가지 간단한 질문은 일반적으로 표의 오른쪽 행을 가리킵니다.

각 차량은 여기에 얼마나 오랫동안 주차되어 있나요?

사람들은 하루에 몇 번이나 플러그를 꽂고 뽑을까요?

10년 동안 케이블과 커넥터는 얼마나 가혹한 환경에 노출됩니까?

워커스비 관점

이러한 원칙을 실제 프로젝트로 구현하려면 커넥터와 케이블 선택을 외형적인 추가 요소가 아닌 전력 및 현장 설계의 일부로 고려해야 합니다. 동일한 충전 레벨이라도 환경과 사용 주기에 따라 매우 다른 하드웨어가 필요할 수 있습니다.

Workersbee는 가정, 직장, 창고용 AC 사용을 위해 지역 표준에 따라 편안한 일상 조작과 장기적인 신뢰성을 기반으로 제작된 AC 커넥터와 충전 케이블을 개발합니다. 일반적인 AC 출력 범위 내에서 예측 가능한 작동과 쾌적한 사용자 경험에 중점을 두고 있습니다.

공공 DC 급속 충전 및 고활용 창고의 경우 Workersbee가 제공합니다. DC 고속 충전 커넥터 높은 전류 용량, 제어된 접촉 저항 및 견고한 기계적 성능을 위해 설계된 케이블과 더 높은 전력과 더 엄격한 열 마진이 필요한 프로젝트 요구 사항을 충족하는 고급 냉각을 위한 옵션이 준비되어 있습니다.