전기자동차 급속 충전 시스템의 기술 동향 및 분석

이승호,이현석 국제차세대융합기술학회 2024 차세대융합기술학회논문지 Vol.8 No.4

자원 고갈 및 환경 문제로 인해 전기자동차의 중요성은 대두되고 있다. 전기를 동력원으로 구동하는 전기 자동차는 내장된 배터리에 외부 전력을 인가하여 충전하는 방식으로 소음 및 진동을 감소시키는 장점을 구비했지 만 충전 시간이 길고 운행 거리 제한 등의 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 배터리 용량 증대 및 충전 전력을 높이는 방안으로 연구 개발이 진행되고 있다. 이를 위해 충전 시스템에 대한 접촉식(완속, 급속), 비접촉식 (무선), 배터리 교환 방식에 대한 분류 방법과 그에 따른 규정을 나타냈다. 그 중, 지속적인 연구 개발을 통해 진 행되고 있는 급속 충전 시스템 기술 동향을 조사하고, 그에 따른 각 충전 분류와 특징 등을 분석했다. 이를 통해 급속 충전 시스템의 연구 방향과 앞으로의 기술 동향을 예측했다. The importance of electric vehicles(EVs) is emerging due to resource depletion and environmental problems. EVs that drive electricity as a power source have advantages such as reduced noise and vibration by applying external power to the built-in battery and charging it, but have disadvantages such as long charging times and driving distance limitations. To improve these shortcomings, measures to increase battery capacity and charging power are in progress. To this end, we present classification methods and regulations for the contact type (slow, rapid), non contact (wireless), and battery swapping methods for charging system. Among these, the technology trends of fast charging systems, which are progressing through continuous research and development, were investigated, and each charging classification and characteristics were analyzed accordingly. This analysis predicts the research direction and future technological trends of the fast charging system.

급속 충전 정보를 활용한 버스 차량 충전 전력 분배 기법

장태욱,조유민,신지인,박지숙,백종호 한국인터넷정보학회 2023 인터넷정보학회논문지 Vol.24 No.1

충전기 인프라 시설은 일정한 전력 공급량을 기반으로 설계 및 설치되어 있다. 초기 설계된 충전 시설은 급속히 성장하는 전기 차량의 충전을 한정된 공급 전력량 기반으로 지원한다. 또한, 현재 상용차량은 완전 충전만 가능하며, 급속 균등 충전 방식으로 지원된다. 하지만 상용차량은 정해진 스케줄에 따라 운영되기에 탄력적인 충전이 필수적이다. 본 논문에서는 전기 차량의 급속한 성장 및 증가에 따라 동일 전력량을 기반으로 상용 버스의 고정 스케줄 기반 충전 스케쥴링 및 전력 분배 기법을 활용하여 20%이상 효율 향상된 전력 운영방안을 제시한다. Charger infrastructure facilities are designed and installed based on a constant power supply. Initially designed charging facilities support charging of rapidly growing electric vehicles on a limited power supply basis. In addition, current commercial vehicles can only be fully charged, and are supported by the rapid equalization charging method. However, commercial vehicles operate according to a set schedule, so flexible charging is essential. In this paper, we propose a power operation method with more than 20% efficiency improvement by using a fixed schedule-based charging scheduling and power distribution technique of a commercial bus based on the same amount of power in accordance with the rapid growth and increase of electric vehicles.

교통량 데이터를 활용한 전기차 충전소 위치 최적화 방안 연구

김경현,구윤모 한국혁신학회 2020 한국혁신학회지 Vol.15 No.4

Since the Paris Agreement, various support policies to support reduction of carbon emissions have been proposed in Korea. However, domestic EV (Electric Vehicle) penetration rate accounts only for 0.3%. The increase in supply for EV is proportional to the increase in EV charging stations. The Korean government have announced the increase in supply to 3.5 million by 2030. Therefore, it is crucial to find the optimal location for EV Charging station. Considering the environmental condition in Korea city, large number of apartments are built and thus, fast EV charging stations become an important factor. In this research, it defined optimal location of fast charging stations based on Anyang City. This research has been selected14 fast EV charging stations based on using Set cover, P-Median, and P-Center modeling, and used traffic data among the existing candidates slow charging stations. Using the Set cover modeling, it has been suggested optimal locations within 2 km distance, and it has been defined optimal locations with shorter distance movement of more users using the P-Median modeling with traffic data. P-Center modeling has been used to select a location that reduces long distance travel and showed changes according to the utilization of traffic data. Through the results of this study, it has been showed changing locations of the fast EV charging stations by each modeling and traffic data. So it is necessary to define which modeling will be used when design optimal locations according to purpose. 탄소 배출을 줄이기 위해 국내에서는 전기차 보급확대를 위해 여러 지원 정책이 제시되고 있으나, 현재 국내 전기차 보급율은 0.3% 내외로 상당히 낮은 수준에 머무르고 있다. 전기차 보급율을 높이기 위해서, 전기차 구매 여부에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나인, 충전소의 접근성을 높여야 할 필요성이 있다. 한정된 자원을 통해 최대 효과를 발휘하기 위해, 무분별한 충전소 설치보다는 사용자의 접근성이 높은 최적의 위치에 충전소를 보급하여, 사용자의 편리성을 높이는 효과를 통해 전기차 보급률 증대로 이끌 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 접근성이 높은 충전소위치 선정을 위해, 안양시를 대상으로 집합 커버, P-Median, P-Center 방식으로 교통량 정보를 함께 고려하여 14개의 급속충전소 후보지를 선정하였다. 집합커버 모델링을 사용할 경우, 특정 범위(반경 2km 이내)의 공간에 급속충전소가 균등하게 위치할 수 있기에 형평성 위주의 배치를 할 때 유용하고, 보다 많은 사용자들의 짧은 거리 이동으로 충전소에 접근하기 위해서는 P-Median 방식이 유용한 것을 보였다. 또한, P-Center 방식을 통해 전기차 충전을 위해 사용자가 이동해야 하는 최대 이동거리를 최소화 하는 위치를 선정하였다. 접근성이 높은 위치 선정이 목적에 따라 다른 충전소 위치 선정을 보이며, 지역의 특징과 계획 목표에 따라 적합한 모델링을 통한 충전소 위치 선정의 필요성을 보였다.

전기자동차 충전 인프라 현황 및 개선 방안에 관한 연구

이승호,이현석 국제차세대융합기술학회 2024 차세대융합기술학회논문지 Vol.8 No.3

전기자동차 및 충전 인프라 산업은 전 세계 환경규제 정책과 각 나라의 보조금 정책으로 빠르게 성장하 고 있다. 전기자동차 보급에 따라 충전 인프라 산업 역시 비례하게 성장하고 있으며, 그에 따른 기술개발과 인프 라 구축 방안 등이 중요시되고 있다. 전기자동차 산업의 성장에 따라, 그에 맞는 전력의 수요가 늘어나며 충전기 의 적시 적소 위치, 인프라 관련 구축 사항과 충전 관련 다수의 문제점 등이 야기되고 있다. 본 논문에서는 전기 자동차 충전 인프라 산업 시대에 맞춰 연관된 국내 정부의 정책 방안 및 인프라 구축 현황과 현재 설치되어 있는 완속·급속 충전기의 문제점에 대한 개선 방안 등을 공유함으로 이를 기반으로 전기자동차 충전 인프라 수요 및 구축에 필요한 분야의 서비스 제공이 가능할 것으로 판단된다. The electric vehicle and charging infrastructure industry is growing rapidly due to global environmental regulatory policies and subsidies from each country. With the spread of electric vehicles, the charging infrastructure industry is also growing proportionally, and technology development and infrastructure construction plans are becoming important accordingly. With the growth of the electric vehicle industry, the demand for electric power increases, causing a number of problems related to the proper location of chargers, infrastructure-related construction, and charging. In this paper, it is judged that it is possible to provide services in areas necessary for electric vehicle charging infrastructure demand and construction by sharing the domestic government's policy measures and infrastructure construction status related to the electric vehicle charging infrastructure industry era and improvement measures for the problems of the currently installed slow and fast chargers.

전기차 급속충전소의 입지 결정요인과 정책적 함의

김현중,김경석 재단법인 경기연구원 2023 GRI 연구논총 Vol.25 No.4

이 연구는 전기차 충전소의 부족 문제 및 공간적 편중 특성에 주목하여 수요, 공급, 지역 특성이 급속충전소 입지에 끼친 영향을 분석하였으며, 개별 독립변인의 영향력 차이를 탐색하였다. 회귀모형은 이산적인 급속충전소의 입지를 고려하기 위해 이항로짓모형을 활용하였다. 집계자료가 갖는 구조적인 문제인 생태학적 오류와 가변적 공간 단위의 문제를완화하기 위해 모든 변인은 100m×100m의 미시적인 공간 단위에서 구축하였다. 분석 결과, 급속충전소 입지는 교통량을 반영하지 못하였다. 간선도로와의 거리가 짧을수록 급속충전소의 입지 확률은 높았는데, 이는 전기차의 짧은 이동가능 거리를 고려할 때, 긍정적으로 받아들여질 수 있다. 급속충전소 밀도가 높은 지역일수록 급속충전소의 입지 확률이높았다. 급속충전소에 입지와 토지이용 간의 연관성은 선행연구와 동일하게 매우 밀접한 것으로 확인되었으며, 지역별로 급속충전소 차별적인 입지 확률도 증명되었다. 상기의 분석 결과를 토대로 전기차 급속충전소의 입지를 결정하는 데에 필요한 정책적 시사점을 제시하였다. This study analyzed the impact of demand, supply, and regional characteristics on the location of electric vehicle fast charging stations (EVFCS) and explored differences in the influence of independent variables in Korea, focusing on the shortage issue and spatial distribution of EVFCS. We utilized a binomial logit model to consider discrete location patterns of the electric vehicle fast charging station location (EVFCSL). All variables were constructed at a microscopic spatial unit of 100m x 100m to mitigate the structural problems of aggregated data, such as ecological fallacy and modifiable areal unit problem. As a result, EVFCSL needs to take traffic volume into account. The shorter the distance to the main road, the higher the probability that EVFCSL can be regarded positively, considering the short travel distance of electric vehicles. The probability of EVFCSL was high in areas with a high density of EVFCS. The relationship between EVFCSL and land use was confirmed in the same way as in previous studies, and differential EVFCSL by regional characteristics was also proven. The study proposed policy implications for determining EVFCSL in light of the analysis results.

급속 충전 알고리즘에 따른 전기자동차 배터리 성능 비교 평가

윤효정(Hyojung Yoon),김태훈(Tae-Hoon Kim),정진범(Jin-Beom Jeong) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

최근 높은 판매율을 보이고 있는 전기자동차는 성능, 연료 유지비 등에 대한 이용자 만족도가 상당히 높은 반면, 전기차 충전 불편과 인프라 부족은 아직까지도 구매의 걸림돌로 작동하고 있다. 따라서 전기차 충전 불편 문제 해소를 위해서는 근본적 문제인 배터리의 성능 해결 방안과 전기차를 빠르고 편리하게 충전할 수 있는 실질적 해소 방안에 대한 연구가 병행되어야 한다. 근본적 문제 해결 방안으로는 고율 충전이 가능한 배터리의 소재 개발이 이루어지고 있으며, 이와 동시에 응용 기술 중의 하나인 충전 성능을 향상시킬 수 있는 급속 충전 제어 기술을 개발하여 이용자들이 당면한 실질적 문제 해결이 필요하다. 본 연구에서는 국내에 양산, 보급된 전기차들을 고려하여, 실사용에 유의미한 전기차 충전 시간 단축을 위해 10분 충전으로 100km 주행이 가능한 급속 충전 알고리즘 개발에 대하여 논한다. 전기차 배터리 상태를 고려하여 충전 시간을 단축할 수 있는 총 4가지(3/4-step MSCC, PC, CC)충전 알고리즘의 제안 및 비교 평가를 통해 이들의 타당성을 검증한다. 이를 위해 최적 충전 알고리즘 적용에 따른 배터리 성능 및 수명 영향도를 정량적으로 평가할 수 있는 표준 시험법 및 RPT 시험법을 정립하며, 이를 기반으로 전기차 셀을 대상으로 평가·검증한다. 또한 현재 출시된 전기차의 급속 충전 알고리즘을 분석하여, 이를 기준으로 제안된 알고리즘의 유효성을 확인하여 최적의 충전 알고리즘을 선정한다. 선정된 알고리즘은 향후 열 관리 시스템을 고려하여 모듈 및 팩 레벨까지 확대 적용하여 실차 적용 적절성을 검증할 예정이다.

환경온도가 리튬이온전지의 급속충전 프로토콜에 미치는 영향 모델링

이동철(Dongcheul Lee),김병묵(Byungmook Kim),강서희(Seohee Kang),신치범(Chee Burm Shin) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

리튬이온 전지는 우수한 에너지밀도, 고용량, 안전성 및 장주기 수명의 장점으로 전기자동차의 주요 동력원으로 사용되고 있다. 고온에서 리튬이온 전지는 전지 내부의 전기화학반응이 촉진되어 저온 대비성능은 증가하지만 전극 구조붕괴로 인한 급격한 수명 감소를 야기할 수 있다. 상온 이하의 저온에서 충전 및 방전을 진행할 때 전지의 내부저항 증가로 인해 주행거리와 성능이 저하된다. 특히, 저온에서 급속충전 시에는 리튬 플레이팅 현상이 굉장히 잘 일어나며 리튬이온 전지의 수명과 안전성에 매우 치명적이다. 따라서 환경온도가 리튬 플레이팅 현상에 미치는 영향을 분석하여 환경온도에 따른 최적의 급속충전 프로토콜을 찾고 전기자동차의 전지 시스템을 운용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 환경온도에 따라 리튬 플레이팅 현상이 일어나지 않는 조건을 찾아 급속충전 프로토콜을 개발하였다. 또한 환경온도 별 급속충전 프로토콜이 리튬이온 전지의 전기적 거동과 열적 거동에 미치는 영향을 모델링하였다. 지배방적식으로 전극에서 분극 특성에 기초한 옴의 법칙과 전하 보존의 법칙을 사용하였다. 전산 모사 결과에 근거한 전극의 전위와 전류 밀도를 통하여 열 발생량을 계산하여 온도를 예측하였다. 모델링 결과의 타당성은 시험 결과와의 비교를 통해 검증하였다.

장소별 완속충전기 적정 보급 비율에 관한 연구 : 전기차 이용자의 통행 및 충전행태에 따른 이질성을 중심으로

이재현,윤서연,김현미 한국ITS학회 2022 한국ITS학회논문지 Vol.21 No.6

경기도 전기차 충전시설 적정 설치기준 연구

강철구,전소영 경기연구원 2017 정책연구 Vol.- No.-

배터리 열관리 시스템을 위한 히트파이프 보조 하이브리드 핀 냉각 구조에 대한 실험 연구

한욱민(Ukmin Han),정기택(Gitaek Jung),김현태(Hyuntae Kim),이호성(Hoseong Lee) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.11

The effective and fast heat dissipation under severe operating conditions such as fast charging is an essential for battery thermal management system (BTMS). In this regard, heat pipe cooling is expected as a good solution with its high thermal performance, but the disadvantage of requiring sufficient condensation parts makes it reluctant to use in BTMS. To resolve this problem, the heat pipe assisted hybrid fin cooling structure is newly proposed in the current study and have experimentally tested its thermal performances under fast charging conditions. The bottom cooling method using the cooling plate attached at the bottom of the battery is set as the baseline BTMS for the comparative study. From the experimental result, the proposed BTMS is confirmed to be able to maintain the battery maximum temperature and inner-cell temperature difference below the 35℃ and 5℃ under 3.0C fast charging conditions.