언제 양방향 OBC를 사용해야 합니까?

전기 자동차 플랫폼에 기존 AC 충전 이상이 필요할 경우 양방향 온보드 충전기(OBC)를 고려해 볼 가치가 있습니다. 주로 AC 전력을 고전압 배터리용 DC 전력으로 변환하는 단방향 OBC와 달리 양방향 OBC는 차량 배터리에서 외부 AC 부하 또는 에너지 시스템으로 다시 제어되는 전력 흐름을 지원할 수도 있습니다.

EV 제조업체 및 차량 통합업체의 경우 이 기능은 차량에서 부하까지(V2L), 차량에서 집 또는 건물까지(V2H/V2B), 차량에서 그리드까지(V2G) 아키텍처를 지원할 수 있습니다. 그러나 양방향 OBC만으로는 완전한 V2G 또는 V2H 시스템을 만들 수 없습니다. 차량 제어, BMS 전략, 충전 장비, 통신 프로토콜, 보호 장치, 그리드 상호 연결 요구 사항 및 지역 규정도 의도한 기능을 지원해야 합니다.

따라서 양방향 OBC 사용 결정은 차량 아키텍처 수준에서 이루어져야 합니다. 이 가이드에서는 양방향 충전이 실제 가치를 더하는 경우, 고려해야 할 추가 시스템 요구 사항, 기존 단방향 OBC가 여전히 더 적절한 선택일 수 있는 경우에 대해 설명합니다.

주요 시사점

• 에이 양방향 온보드 충전기는 충전 및 방전 방향 모두에서 전력 변환을 지원합니다.

• 차량 플랫폼이 V2L, V2H/V2B, V2G, 차량 에너지 관리 또는 기타 전력 수출 기능을 지원하도록 의도된 경우 양방향 OBC를 사용하십시오.

• V2H 및 V2G는 시스템 수준 기능입니다. OBC는 호환 가능한 차량 제어, EVSE, 통신, 보호 및 그리드 인프라와 함께 작동해야 합니다.

• ISO 15118-20은 양방향 전력 전송을 위한 EV-EVSE 통신이 필요한 경우에 관련될 수 있으며, 그리드 대화형 AC V2G 프로젝트에는 지역적 상호 연결 요구 사항이 포함될 수도 있습니다.

• 배터리 열화는 하나의 보편적인 비율에 의존하는 대신 배터리 화학, SOC 창, 방전 깊이, 온도, 사이클 전략 및 예상되는 양방향 듀티 사이클에 따라 평가되어야 합니다.

양방향 온보드 충전기란 무엇입니까?

단방향 및 양방향 전력 변환

기존의 온보드 충전기는 주로 AC 충전 중 단방향 에너지 전송을 위해 설계되었습니다. 이는 들어오는 AC 전력을 BMS 및 차량 충전 시스템의 제어에 따라 견인 배터리로 전달할 수 있는 조정된 DC 출력으로 변환합니다.

에이 양방향 온보드 충전기는 역전력 변환 기능을 추가합니다. 아키텍처에 따라 OBC는 배터리 측 DC 에너지를 외부 부하 또는 그리드 연결 시스템을 위한 제어된 AC 출력으로 다시 변환할 수 있습니다.

양방향 전력 변환 작동 방식

일반적인 AC 충전 중에 전기 에너지는 그리드 또는 EVSE에서 ​​OBC를 거쳐 고전압 배터리로 흐릅니다. 충전기는 차량 및 BMS 명령에 따라 전압과 전류를 조절합니다.

역방향 작동 중에는 견인 배터리의 DC 에너지가 다시 AC로 변환됩니다. 필요한 AC 특성은 의도한 애플리케이션에 따라 다릅니다. 절연된 외부 부하를 공급하는 것은 배전망과 병렬로 작동하는 것과 근본적으로 다릅니다.

V2L을 통해 기기에 전원을 공급할 수 있는 차량은 V2G에 대한 요구 사항을 자동으로 충족하지 않기 때문에 이러한 구별이 중요합니다. 그리드 병렬 운영에는 동기화, 보호, 고립 방지 또는 관련 상호 연결 동작, 통신, 승인 및 규정 준수에 대한 추가 요구 사항이 도입됩니다.

EV 제조업체는 언제 양방향 OBC를 사용해야 합니까?

양방향 기능은 에너지 수출이 정의된 고객, 운영 또는 그리드 서비스 이점을 창출할 때 가장 가치가 있습니다. 단순히 기술이 가능하다는 이유만으로 OBC를 양방향으로 만들어서는 안 됩니다.

V2L: 차량에 외부 AC 전원이 필요한 경우

V2L이 가치를 더하는 곳

차량-부하(Vehicle-to-load)는 가장 직접적인 양방향 사용 사례 중 하나입니다. 견인 배터리의 에너지가 전력망으로 내보내지는 않고 외부 전기 부하에 전력을 공급하는 데 사용되기 때문입니다.

V2L은 다음과 같은 용도로 유용할 수 있습니다.

• 전동 공구 또는 장비가 필요한 상용 서비스 차량

• 건설 및 오프로드 장비

• 비상 또는 임시 전력 애플리케이션

• 실외 및 모바일 작업 애플리케이션

• 보조 AC 전원이 필요한 특수 목적 차량

EV 제조업체의 경우 중요한 엔지니어링 매개변수는 소비자가 연결할 수 있는 기기 유형이 아닙니다. 대신 필요한 AC 출력 전력, 출력 전압 및 주파수, 과부하 기능, 커넥터 아키텍처, 절연 전략, 보호 기능, 듀티 사이클 및 열 제한을 정의하십시오.

V2L은 V2G와 동일하지 않습니다

V2L 가능 차량은 자동으로 V2G 가능 차량으로 설명되어서는 안 됩니다. V2L은 일반적으로 로컬 외부 부하를 공급하는 반면, V2G는 전기 그리드를 통한 제어된 작동을 포함하므로 다른 시스템 수준 규정 준수 및 통신 전략이 필요합니다.

양방향 OBC는 두 개념 모두에 중요한 하드웨어 기능을 제공할 수 있지만 각 애플리케이션은 별도로 검증해야 합니다.

V2H 및 V2B: 차량이 에너지 자원이 될 때

백업 및 에너지 관리 애플리케이션

V2H 및 V2B 아키텍처를 통해 호환 가능한 EV 배터리가 가정 또는 건물 에너지 시스템에 참여할 수 있습니다. 잠재적인 응용 분야에는 백업 전력, 피크 부하 관리, 지역 재생 가능 발전과의 통합 및 시간 기반 에너지 관리가 포함됩니다.

차량 제조업체의 관점에서 이러한 기능은 대상 차량이 호환 가능한 에너지 관리 생태계와 상호 작용할 것으로 예상될 때 관련됩니다. 양방향 OBC는 차량측 변환 기능을 제공할 수 있지만 추가 시스템 요소에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 호환되는 양방향 EVSE 또는 전력 수출 장비

• 차량 및 EVSE 통신

• 필요한 경우 건물 이동 또는 격리 장비

• 에너지 관리 컨트롤러

• 전기적 보호

• 로컬 설치 및 전기 규정 준수

이러한 이유로 지원한다고 말하는 것이 더 안전하고 기술적으로 더 정확합니다. OBC 자체가 '가정에 전력을 공급한다'고 말하는 것보다 양방향 OBC가 V2H 아키텍처를

V2H를 지정할 가치가 있는 경우

V2H 기능은 백업 에너지, 주거용 에너지 관리 또는 재생 에너지 통합이 중요한 고객 요구 사항인 시장을 위해 차량을 개발할 때 의미 있는 제품 가치를 추가할 수 있습니다.

그러나 OEM은 의도한 생태계를 조기에 확인해야 합니다. 호환되는 충전 장비, 통신, 출력 전력, 배터리 예비 요구 사항 및 지역 규정 준수를 정의하지 않고 양방향 전력단을 설계하면 실제로 배포할 수 없는 하드웨어 기능이 발생할 수 있습니다.

V2G: 차량이 그리드와 상호작용해야 하는 경우

V2G가 다른 점은 무엇입니까?

차량-그리드(Vehicle-to-Grid)는 차량이 유틸리티 그리드와 병렬로 작동하는 전기 시스템에 참여하기 때문에 단순한 외부 AC 전원 출력보다 더 까다롭습니다.

잠재적인 V2G 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 관리형 차량 충전 및 방전

• 수요반응 참여

• 피크 부하 관리

• 분산 에너지 자원 집합

• 허용되는 경우 그리드 지원 서비스

이러한 기능의 상업적 가치는 지역 전력 시장 규칙, 유틸리티 프로그램, 계량, 집계, 차량 가용성 및 에너지 가격에 따라 크게 달라집니다. 이러한 이유로 OEM은 모든 V2G 지원 차량이 소유자나 차량 운영자를 위해 자동으로 수익을 창출할 것이라고 가정해서는 안 됩니다.

V2G에는 양방향 하드웨어 이상이 필요합니다.

양방향 OBC는 중요한 차량 측 전력 변환 기능을 제공하지만 그리드 연결 작동에는 다음이 필요할 수도 있습니다.

양방향 OBC에 대한 표준 및 통신

ISO 15118-20 및 EV-EVSE 통신

ISO 15118은 단순히 보편적인 'V2G 인증'으로 설명되어서는 안 됩니다. ISO 15118은 EV와 EVSE 간의 통신을 다루는 표준 제품군입니다.

ISO 15118-20은 양방향 전력 전송을 지원하는 통신 메시지와 시퀀스 요구 사항을 구체적으로 정의합니다. 호환되는 스마트 또는 양방향 충전을 구현하려는 차량 프로그램의 경우 OEM은 필요한 ISO 15118 기능과 구현 범위를 정의해야 합니다.

그리드 상호 연결 요구 사항

그리드 인터랙티브 AC 아키텍처는 지역적 상호 연결 요구 사항도 고려해야 합니다. 예를 들어 북미에서는 SAE J3072가 플러그인 전기 자동차에 통합된 온보드 그리드 지원 인버터 시스템을 다루고 방전 작업에 대한 관련 EV-EVSE 인증을 정의합니다. 이는 IEEE 1547 및 IEEE 1547.1 요구 사항과 함께 사용되도록 고안되었습니다.

UL 지침은 또한 온보드 그리드 대화형 인버터 시스템과 외부 EV 전력 수출 장비를 구별합니다. 이는 OEM이 SAE J3072, UL 1741, IEEE 1547 및 ISO 15118과 같은 표준을 하나의 체크리스트에 단순히 배치하고 해당 표준이 모두 동일한 방식으로 OBC 구성 요소에 직접 적용된다고 가정해서는 안 된다는 것을 의미합니다.

대신 다음을 정의하십시오.

• 목표 시장

• AC 또는 DC 양방향 아키텍처

• 차량측 인버터/OBC 책임

• EVSE/상호 연결 장비 책임

• 통신 요구 사항

• 필수 안전 및 그리드 인증 전략

얼마나 많은 양방향 OBC 전력이 필요합니까?

양방향 전력 정격은 가능한 최대 차량 충전 속도와 동일하다고 가정하기보다는 필요한 사용 사례에서 선택해야 합니다.

양방향 전력의 증가는 반도체 크기, 자기, 열 설계, 패키지 크기, 냉각 시스템 요구 사항, 커넥터 설계 및 비용에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이는 차량-시스템 엔지니어링 상충관계로 처리되어야 합니다.

더 높은 전력의 상업용 EV 예를 보려면 Landworld의 문서를 참조하세요. 44kW 양방향 OBC . 전기 트럭용

배터리 상태 및 양방향 충전

범용 배터리 성능 저하 비율 방지

양방향 충전은 추가적인 배터리 에너지 처리량을 제공하므로 차량 개발 중에 배터리 노화 영향을 고려해야 합니다. 그러나 모든 EV 배터리에서 V2G 또는 V2H의 효과를 정확하게 나타내는 단일 비율은 없습니다.

배터리 성능은 다음을 포함한 요인에 따라 달라집니다.

• 세포화학

• 배터리 온도

• 충전 상태 창

• 방전 깊이

• 충전/방전 전력

• 주기 빈도

• 캘린더 에이징

• 차량 열 관리

이러한 이유로 'V2G는 10년 동안 추가 용량 손실이 9~14%만 발생합니다'와 같은 주장은 보편적인 엔지니어링 가정으로 취급되어서는 안 됩니다. 이러한 값은 연구 조건 및 배터리 관리 전략에 따라 크게 달라집니다.

배터리 관리 전략이 중요합니다

빈번한 양방향 작동을 목적으로 하는 차량은 최소 주행 거리를 보호하고 불필요한 배터리 스트레스를 방지하는 에너지 관리 전략을 정의해야 합니다.

BMS와 VCU는 다음을 제어할 수 있습니다.

• 최소 방전 SOC

• 장기 주차를 위한 최대 SOC

• 최대 양방향 전력

• 배터리 온도 제한

• 최대 방전 기간

• 운전 에너지 예비

• 결함 및 성능 저하 보호

따라서 차량 보증 및 내구성 목표는 V2G 또는 V2H 동작을 제어되지 않은 채로 두는 것이 아니라 의도된 양방향 사용 사례를 중심으로 설계되어야 합니다.

열 및 효율성 요구 사항

양방향 작동을 위해서는 전력단이 두 변환 방향 모두에서 효율적으로 수행되어야 합니다. 순방향 충전 효율만으로는 양방향 OBC를 평가하기에 충분하지 않습니다.

엔지니어링 팀은 다음을 평가해야 합니다.

• 충전 중 AC-DC 효율

• 전력 수출 중 DC-AC 효율

• 대표적인 로드 포인트 전반의 효율성

• 배터리 전압 작동 범위

• AC 입력/출력 조건

• 연속 양방향 작동 시간

• 냉각수 또는 공기 흐름 요구 사항

• 열 경감 동작

Landworld는 설명하는 기사에서 OBC 효율성에 대한 추가 배경을 제공합니다. 온보드 충전기가 얼마나 효율적일 수 있는지.

기존 OBC가 더 나은 선택일 수 있는 경우

모든 EV 플랫폼에 양방향 기능이 필요한 것은 아닙니다. 다음과 같은 경우 기존 OBC가 더 나은 엔지니어링 선택으로 남아 있을 수 있습니다.

• 차량에는 AC 배터리 충전만 필요합니다.

• 정의된 V2L, V2H, V2G 또는 전력 수출 사용 사례가 없습니다.

• 목표 시장 충전 인프라는 의도된 양방향 아키텍처를 지원하지 않습니다.

• 차량 비용과 패키지 공간은 미래 전력 수출 능력보다 더 중요합니다.

• 추가적인 검증, 통신, 안전 및 승인 요구 사항은 예상되는 고객 가치로 정당화될 수 없습니다.

따라서 양방향 기능은 단순히 OBC 사양에 추가하는 기능이 아니라 명확한 사용 사례가 있는 제품 요구 사항으로 처리되어야 합니다.

Landworld 양방향 OBC 솔루션

다양한 EV 플랫폼을 위한 양방향 솔루션

Landworld Technology는 기존 OBC, 양방향 OBC, DC/DC 컨버터 및 통합 충전 시스템을 포함한 전기 자동차용 온보드 전원 공급 장치 솔루션을 개발합니다.

회사의 온보드 충전기 포트폴리오 에는 승객용, 상업용, 오프로드 및 특수 EV 애플리케이션을 위한 다양한 전력 수준의 양방향 솔루션이 포함되어 있습니다.

승용차 응용 분야의 경우 Landworld도 평가했습니다. 전기 승용차의 양방향 OBC 성능.

양방향 OBC 프로젝트에 어떤 정보를 제공해야 합니까?

OBC 공급업체에 문의할 때 처음부터 의도한 양방향 사용 사례를 정의하세요. 유용한 프로젝트 정보는 다음과 같습니다.

Landworld는 IATF 16949 인증 자동차 품질 관리 시스템에 따라 운영됩니다. 기능 안전 요구 사항이 있는 프로젝트의 경우 ISO 26262 관련 개발 및 검증은 특정 제품 및 프로젝트 범위에 따라 처리될 수 있습니다.

프로젝트를 평가하려면 Landworld의 온보드 충전기 솔루션 , 자세히 알아보기 회사에 대해 , 또는 Landworld에 문의하세요 . 차량 및 양방향 충전 요구 사항은

승용차 프로그램의 경우 Landworld의 전기 승용차 솔루션.

결론

차량 플랫폼에 에너지를 내보내고 받는 데 대한 명확한 요구 사항이 있는 경우 양방향 OBC를 사용해야 합니다. V2L은 외부 장비 및 모바일 전력 애플리케이션을 지원할 수 있고, V2H/V2B는 차량을 호환 가능한 건물 에너지 시스템에 연결할 수 있으며, V2G는 차량이 인프라 및 규정이 허용하는 그리드 상호 작용 에너지 아키텍처에 참여할 수 있도록 허용합니다.

그러나 이러한 기능을 OBC에만 국한해서는 안 됩니다. 성공적인 양방향 충전은 배터리, BMS, VCU, EVSE, 통신, 보호, 열 설계, 그리드 인터페이스 및 지역 규정 준수 전략을 포함한 전체 시스템에 달려 있습니다.

따라서 EV OEM 및 차량 통합업체의 경우 올바른 질문은 단순히 '양방향 충전기가 필요한가?'가 아니라 '이 차량은 어떤 작동 조건에서 어떤 전력 내보내기 기능을 수행해야 하며, 이를 안정적으로 지원하려면 어떤 시스템 아키텍처가 필요한가?'입니다.

FAQ

양방향 OBC를 갖춘 모든 EV는 V2G를 지원합니까?

아니요. 양방향 OBC는 차량 측 전력 변환 기능을 제공하지만 V2G에는 호환 가능한 차량 제어, EVSE, 통신, 그리드 상호 연결 기능 및 규제 승인도 필요합니다. 양방향 하드웨어만으로는 V2G 작동을 보장하지 않습니다.

V2L, V2H 및 V2G의 차이점은 무엇입니까?

V2L은 외부 전기 부하를 공급하고, V2H는 호환 가능한 홈 에너지 시스템 내에서 차량 에너지를 사용하며, V2G를 통해 차량이 유틸리티 그리드와 상호 작용할 수 있습니다. 차량이 격리된 부하에서 그리드 병렬 작동으로 이동함에 따라 기술 및 규제 요구 사항은 점점 더 복잡해집니다.

ISO 15118은 EV V2G를 가능하게 합니까?

그 자체로는 아닙니다. ISO 15118은 EV와 EVSE 간의 통신을 정의하고 ISO 15118-20에는 양방향 전력 전송을 지원하는 통신 요구 사항이 포함되어 있습니다. 차량에는 여전히 적합한 양방향 전력 전자 장치, 제어, EVSE 호환성, 보호 및 적용 가능한 그리드 상호 연결 규정 준수가 필요합니다.

양방향 충전으로 인해 EV 배터리가 손상되나요?

추가 에너지 처리량은 배터리 노화에 영향을 미칠 수 있지만 실제 효과는 배터리 화학, 온도, 방전 심도, SOC 창, 방전 전력, 주기 빈도 및 에너지 관리 전략에 따라 달라집니다. 모든 차량이나 V2G 프로그램에 하나의 성능 저하 비율을 적용하는 것은 정확하지 않습니다.

정전 시 양방향 OBC가 백업 전원을 제공할 수 있습니까?

호환 가능한 V2H 또는 백업 전원 아키텍처를 위한 차량 측 역전력 변환 기능을 제공할 수 있습니다. 그러나 실제 백업 작업에는 적절한 외부 장비, 해당하는 경우 격리 또는 전송 기능, 차량 제어 및 현지 전기 규정 준수도 필요합니다.

OEM은 언제 양방향 OBC를 선택해야 합니까?

V2L, V2H/V2B, V2G, 차량 에너지 관리 또는 정의된 다른 전력 수출 사용 사례가 추가 하드웨어, 소프트웨어, 열, 검증 및 규정 준수 요구 사항을 정당화할 만큼 충분한 고객 또는 운영 가치를 생성하는 경우 양방향 기능을 선택하십시오.

Landworld는 어떻게 양방향 OBC 프로젝트를 지원할 수 있습니까?

Landworld는 다양한 EV 애플리케이션을 위한 양방향 OBC 및 통합 전력 솔루션을 개발합니다. 차량 제조업체는 기술 평가를 위해 배터리 전압, 순방향 및 역방향 전력 요구 사항, AC 입력/출력 조건, 통신, 냉각, 패키지 제약 조건, 목표 시장 및 의도된 V2X 사용 사례를 제공할 수 있습니다.