0. 전기차 충전 개요: 충전 방식, 커넥터, 하드웨어 구성

요약

충전기는 계통 전력을 차량이 받을 수 있는 형태로 넘겨주면서, 그 과정을 보호하고 계량하는 장치다. SECC 입장에서 하드웨어는 차량과 통신으로 약속한 내용을 실제로 실행하는 부분이다.

 

1. 충전 방식 분류

충전기는 전력 변환 위치(AC/DC), 법령상 출력(급속/완속), 연결 방식으로 나뉘고, SECC가 해야 할 일도 이 분류에 따라 달라진다.

 

1-1. AC 충전 vs DC 충전

구분	AC 충전	DC 충전
전력 변환 위치	차량 내부 OBC(On-Board Charger)	충전기 내부 파워모듈
속도 제한 요인	차량 OBC 용량	충전기 출력, 배터리 수용 능력
충전기 구조	보호·개폐·계량 + CP 제어 (단순)	파워모듈, IMD, 냉각 등 (복잡)
차량과의 통신	CP PWM 기본 신호만으로 충전 가능	디지털 통신 필수 (CCS는 CP 선 위 PLC, 차데모는 CAN)
관련 규격	IEC 61851-1	IEC 61851-23, IEC 61851-24

• AC 충전기: 보호 기능이 달린 스마트 스위치에 계량기를 추가한 구조. AC→DC 변환은 차량 OBC가 수행
• DC 충전기: 직접 변환하기 때문에 차량이 요청하는 전압·전류를 실시간으로 맞춰야 함. (디지털 통신이 필요한 이유)

1-2. 충전 모드 (IEC 61851-1)

모드	내용	국내 예시
Mode 1	일반 콘센트 직결, 전용 보호·제어 장치 없음	승용 전기차에는 거의 안 씀
Mode 2	일반 콘센트 + 케이블 중간의 제어·보호 장치(IC-CPD)	휴대용 충전 케이블
Mode 3	전용 AC 충전기, CP 신호로 제어	완속충전기
Mode 4	충전기가 DC로 변환해 공급	급속충전기

 

2. 국내 커넥터 종류

국내 급속충전 표준은 DC콤보1(CCS1), 완속은 AC 단상 5핀이다. 

규격	전원	핀	구성	차량과의 통신 비고
AC 단상	AC	5핀 (L1, N, PE, CP, PP)	CP PWM (화재예방형은 PLC 추가)	국내 완속 표준, SAE J1772 Type 1 계열
DC 콤보1 (CCS1)	DC	인렛 7핀 = 상단 5핀 + 하단 DC 2핀	CP 선 위 PLC (DIN 70121 / ISO 15118)	국내 급속 표준
DC 차데모	DC	10핀	CAN	2017년 이전 초기 차량
AC 3상	AC	7핀 (유럽 Type 2 계열)	CP PWM	르노 방식, SM3 Z.E.

 

SECC 관점 

• 커넥터마다 차량과의 통신 방식이 다름. 멀티형 충전기는 PLC 스택(DC콤보), CAN 스택(차데모), PWM 제어(AC)를 모두 갖춰야 한다.
• 급속 충전에서 실제로 쓰는 신호선은 PE, CP, PP, DC+, DC−다. PLC 통신도 CP 선 위에 실리므로 CP 배선 상태가 통신 품질에 직결된다.
• CP/PP 신호의 상세(전압 레벨, 듀티비, 상태 A~F)는 통신 편에서 정리한다.

3. 충전기 하드웨어 구성

급속충전기는 입력 보호 → 파워모듈 → 출력부 → 케이블 순으로 전력이 흐르고, 메인 제어기와 SECC가 이 흐름 전체를 지휘한다.

3-1. DC 급속충전기 플로우차트

flowchart TD
    A["계통 AC 3상 380V<br/>(고출력은 고압 수전 + 변압기)"] --> B["입력 보호<br/>차단기 · SPD · 누설 보호"]
    B --> C["파워모듈 × N<br/>PFC → 절연형 DC/DC"]
    C --> D["출력부<br/>센서 · IMD · 접촉기 · 퓨즈 · 방전 · 계량"]
    D --> E["케이블 · 커넥터<br/>PE · CP · PP · DC+ · DC−"]
    E --> F["차량 인렛 → 차량 릴레이 → 배터리"]
    M["메인 제어기"] -.->|"전압·전류 지령"| C

전력은 위에서 아래로 흐르고, 메인 제어기가 파워모듈의 출력 전압·전류를 지령한다.

flowchart LR
    M["메인 제어기<br/>시퀀스 · 상태 머신 · 에러 처리"] --> S["SECC<br/>CP 회로 + PLC 모뎀"]
    S --- EV["차량 EVCC"]
    M --> P["파워모듈<br/>CAN 등"]
    M --> MT["전력량계<br/>RS-485 Modbus 등"]
    M --> IO["I/O<br/>접촉기 · IMD · 온도 · 비상정지"]
    M --> H["HMI · 결제 단말"]
    M --> T["통신 모듈<br/>LTE · 이더넷"]
    T --- O["OCPP 관제 서버"]

메인 제어기와 SECC가 한 보드인 제품도 있고, SECC가 별도 모듈로 분리된 제품도 있다.

3-2. 구성품별 정리

구성	구성품	역할	제어·SECC 관점
전력	파워모듈	AC→DC 변환. 수십 kW 단위 모듈을 병렬로 묶어 총 출력 구성	지령 응답 속도가 PreCharge·CurrentDemand 품질을 좌우. 과온 등 모듈 알람 처리
전력	DC 전자접촉기(+/−)	출력 경로 개폐	개폐 타이밍, 보조접점으로 실제 상태 확인. 컨버터를 멈추고 전류를 줄인 뒤 개방
전력	퓨즈·차단기	단락·과전류 차단	고장 전류 차단은 퓨즈·차단기 몫. 일반 접촉기를 주 차단 장치로 쓰지 않음
전력	방전 회로	종료 후 잔류 전압 제거	방전 완료를 확인한 뒤 잠금 해제
계측	전압·전류 센서	출력 측정	차량에 보고하는 현재 전압·전류 값의 출처
계측	전력량계	충전량 계량 (입력 AC 측 또는 출력 DC 측)	읽은 값을 정산과 OCPP 계량값 보고에 사용
안전	IMD(절연감시장치)	비접지 DC 출력의 대지 절연저항 감시	CableCheck 결과와 충전 중 절연 상태를 차량에 보고
안전	입력 차단기·SPD·누설 보호	과전류·서지·누설 보호	트립 상태 입력 감시
안전	비상정지·도어·온도 센서	이상 시 즉시 정지	하드웨어 인터록 + 소프트웨어 에러 처리
열관리	팬·액냉 시스템	모듈·케이블 냉각	온도에 따른 출력 제한(디레이팅), 냉각 이상 시 정지
인터페이스	케이블·커넥터	차량 연결, 온도센서·잠금 장치 내장	잠금 상태 확인, 커넥터 온도에 따른 전류 제한
제어	메인 제어기·SECC	시퀀스 제어, 차량 통신	전체 상태 머신의 중심
부가	HMI·결제 단말·통신 모듈	사용자 인증, 서버 연결	인증이 충전 시작의 트리거, OCPP 연동

고장 시에는 제어기가 컨버터를 먼저 멈추고, 퓨즈나 정격 차단기가 고장 전류를 끊은 뒤, 접촉기가 회로를 분리하는 구성이 가능하다.

3-3. 파워모듈 배분 (듀얼 충전기)

• 모듈을 여러 그룹으로 나누고, 릴레이로 각 그룹을 출력 A와 B 중 어디에 붙일지 전환하는 구조가 많다. 한쪽만 연결되면 모듈을 몰아주고, 양쪽이 연결되면 나눈다.
• 충전 중에 재배분할 때는 전류를 먼저 줄인 뒤 전환해야 한다. 차량에 알려주는 최대 전류·전력 한계값도 함께 갱신해야 한다.

3-4. AC 완속충전기 구성

flowchart TD
    A["계통 AC 단상 220V"] --> B["입력 보호 · 계량<br/>차단기 · 누설차단기 · 전력량계"]
    B --> C["릴레이(MC)"]
    C --> D["케이블 · 5핀 커넥터<br/>L1 · N · PE · CP · PP"]
    D --> E["차량 OBC → 배터리"]
    K["제어부<br/>CP 회로 · 릴레이 제어 · RF 카드 · 통신"] -.-> C
    L["PLC 모뎀<br/>(화재예방형)"] -.-> K

4. 충전 흐름과 하드웨어 동작 (DC 기준)

DC 충전의 통신 단계마다 충전기 하드웨어가 해야 할 동작이 하나씩 짝지어져 있다.

 

단계	충전기	하드웨어 동작 관련 메세지
인증	HMI·결제 단말로 사용자 인증	OCPP Authorize 등
연결 감지	CP 전압 변화(상태 A→B)와 PP로 체결 확인, 커넥터 잠금	기본 신호
통신 연결	CP 듀티 5% 출력, PLC 모뎀으로 매칭	SLAC, SDP
파라미터 교환	출력 가능 범위·한계값을 차량과 교환	ChargeParameterDiscovery
절연 검사	출력 접촉기를 닫고(차량 릴레이는 열린 상태) 시험 전압 인가 후 IMD 측정	CableCheck
전압 맞춤	파워모듈 출력을 배터리 전압 근처로 맞춤. 이후 차량이 릴레이를 닫음	PreCharge
충전	차량 요청대로 파워모듈에 지령, 측정값·한계값 보고	PowerDelivery, CurrentDemand
종료	전류를 줄인 뒤 출력 차단, 출력단 방전	PowerDelivery(종료)
용착 확인	커넥터 쪽 전압 측정값을 보고. 차량이 이 값으로 자기 릴레이 용착 여부 판단	WeldingDetection
마무리	잔류 전압 확인 후 잠금 해제, 계량값 확정·정산	SessionStop

 

IEC 61851-23 1판(2014)과 2판(2023)의 차이

항목	1판(2014)	2판(2023)
케이블 체크 전압	충전 전 시험 동안 차량 커넥터 DC 전압 500V 이하	차량 최대 전압 ≤ 500V이면 min(차량 최대 + 50V, 충전기 최대, 500V), 500V 초과이면 min(1.1 × 차량 최대, 충전기 최대)
케이블 체크 항목	충전 전 절연 시험	IMD 기능 점검, 절연저항 검사, 에너지 전달 전 단락 검사, (선택) 충전기 차단장치 용착 검사
프리차지	요청 전압 대비 ±5% 이내, 리플 ±5V, 변화율 ±20V/ms 이하	차량 목표 전압 ±5% 또는 충전기 정격 최대 ±2% 중 작은 편차. 시험 회로를 3초 안에 프리차지하고, ±50V 목표 변화를 1초 안에 추종
충전기 발생 비상 정지	1초 안에 출력 전류 5A 미만, 감소율 200A/s 이상	20ms 안에 전류 5A 이하, 1초 안에 전압 60V 이하 (system C)

• 800V급 차량이면 2판에서는 케이블 체크 전압이 500V를 넘을 수 있다.
• 2판 기준으로 케이블 체크가 모두 통과하면 CableCheckRes에 EVSEIsolationStatus = Valid, ResponseCode = OK, EVSEProcessing = Finished를 담아 보낸다.
• 차량이 비상 정지를 걸 때는 S2를 열어 CP 상태를 C/D에서 B로 바꾼다.

2판 비상정지 트리거	반응 시간
CP 도통 상실	10ms 이하
PP 도통 상실	10ms 이하
차량 발생 비상 정지에 대한 반응	10ms 이하
DC+–DC− 과전압 (임계값을 9ms 넘게 초과할 때)	1ms 이하
보호도체 도통 상실	150ms
과전류 보호	500ms 이하
단락 보호	1s 이하