올해 초부터 전 세계 NEV(신에너지 차량) 시장에서 주목할 만한 성장이 있었습니다. 핵심 신인프라인 충전기는 가속화된 속도로 구축되고 있으며, 그 규모는 지속적으로 확장되고 있습니다. 최신 데이터에 따르면, 중국을 예로 들면 2025년 1월까지 중국의 누적 충전 인프라는 1,321만 3천 개로 전년 대비 49.1% 증가했습니다. 그중 고출력 충전은 중국 충전기 산업에서 새로운 밝은 점으로 부상하고 있습니다.

고출력 충전기는 이름에서 알 수 있듯이 높은 출력 능력을 가진 충전 장치입니다. 기존 충전기에 비해 가장 큰 장점은 충전 시간을 크게 단축할 수 있다는 것입니다.

고출력 충전은 높은 출력으로 충전하는 기술로, 주로 급속 충전에 사용됩니다. 일반적으로 충전 출력이 높을수록 충전 시간은 짧아지며, 충전 출력은 AC 충전의 경우 차량 OBC(온보드 충전기) 또는 DC 충전의 경우 BMS(배터리 관리 시스템)에 따라 결정됩니다. 충전이 시작되기 전에 차량과 충전 장비 간의 통신이 확인 및 검증되며, 이때 차량이 수용할 수 있는 충전 출력이 중요한 요소 중 하나입니다.

현재 고출력 충전은 차량의 전체 전압 플랫폼을 높이지 않고 충전 전류를 높이는 것을 목표로 합니다. 그러나 충전 전류가 상승하면 단자와 케이블의 발열량이 급격히 증가하여 온도가 급격히 상승하게 되며, 이는 충전 장치의 전자 부품을 손상시키거나 심각한 화재 관련 안전 사고를 유발할 수 있습니다.

고전압 또는 고전류 출력: 충전 전압 또는 충전 전류, 또는 둘 다를 증가시켜 단위 시간당 배터리로 전달되는 전력량을 늘립니다. 예를 들어, 기존 충전은 5V/2A와 같이 낮은 전압과 전류를 사용할 수 있습니다. 고출력 충전은 800V 또는 1000V와 같은 더 높은 전압, 또는 800A 및 1500A와 같은 더 큰 전류를 사용할 수 있습니다.

2.2 충전 회로 설계 최적화: PFC + LLC 아키텍처와 같은 고급 전력 관리 칩 및 회로 토폴로지를 채택합니다. 충전 효율을 개선하고 에너지 손실을 줄이며, 고출력 출력 조건에서도 충전 장비가 높은 변환 효율과 안정성을 유지하도록 보장할 수 있습니다.

2.3 지능형 충전 관리: 지능형 칩과 알고리즘의 도움으로 전력, 전압, 온도 등 배터리 상태를 실시간으로 모니터링합니다. 배터리의 실제 상태를 기반으로 충전 매개변수가 자동으로 조정되어 정전류, 정전압 전류 제한, 정전압 플로팅 충전과 같은 충전 모드를 구현합니다. 이를 통해 충전 과정의 안전성과 효율성을 보장합니다.

1 충전 시간 단축: 고출력 충전의 가장 큰 장점입니다. 예를 들어, NEV(신에너지 차량) 분야에서는 전기 대형 트럭의 전력을 15분 안에 60% 이상 보충할 수 있습니다. 일반 NEV의 경우 20%에서 80%까지 충전하는 데 15분밖에 걸리지 않습니다.

2 사용자 편의성 향상: 고출력 충전은 충전 과정에서 사용자의 대기 시간을 줄여줍니다. 이는 EV 및 기타 장치의 사용을 더욱 편리하게 하고, 이동 효율성을 개선하며, "주행 거리 불안"을 완화합니다.

3 운영 효율성 향상: 물류 및 운송 분야에서 전기차는 신속하게 재충전되어 다음 운송 작업에 투입될 수 있으며, 이는 물류 차량의 운영 효율성을 향상시키고 운영 비용을 절감합니다.

1 공공 충전소: 고속도로 휴게소, 대형 주차장 등 공공장소에 설치된 고출력 충전기는 전기차를 빠르게 충전하여 대기 시간을 최소화합니다.

2 물류 운송: 장거리 운송에서 고출력 충전은 충전 시간을 크게 단축하고 운송 효율성을 향상시킵니다.

1 액체 냉각 충전 기술: 액체 냉각 충전 기술은 충전 건 및 케이블과 같은 가열 장비를 냉각제로 냉각하는 기술입니다. 이 방식은 충전 중 온도를 효과적으로 제어하여 더 얇은 케이블을 사용할 수 있게 하고, 충전 장비 및 차량의 안전을 보장합니다. 테슬라의 V3 슈퍼차저는 이 액체 냉각 기술을 사용합니다.

.2 800V 고전압 아키텍처: 포르쉐 타이칸과 같이 새로 개발된 많은 전기차는 800V 고전압 전기 시스템을 특징으로 합니다. 이 고전압 시스템은 충전 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 동일한 전력에서 전압이 높을수록 전류가 낮아져 충전 중 에너지 손실 및 열 발생이 감소합니다.

3개의 고출력 충전기: 고출력 충전기는 매우 높은 충전 전력을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 350kW 충전기는 15분 안에 배터리의 80%를 충전할 수 있습니다. 이러한 충전기는 일반적으로 CHAdeMO, CCS, GB/T 등 여러 표준을 지원하여 다양한 차량과의 호환성을 보장합니다.

4 배터리 관리 시스템(BMS): 배터리 관리 시스템은 고출력 충전에서 핵심적인 역할을 합니다. 온도, 전압, 충전 수준과 같은 배터리 상태를 모니터링하고 안전하고 효율적인 충전 과정을 보장합니다. BMS는 배터리 과열 또는 과충전을 방지하기 위해 충전 전략을 최적화하여 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.

열 방출

충전 전력 증가에 따라 장비의 방열 요구 사항이 더욱 까다로워지고 있습니다. 예를 들어, 480kW 충전 파일이 최대 전력으로 작동할 때 방열 요구량은 20kW를 초과합니다. 고출력 및 장시간 작동이 필요한 대형 트럭 충전 구역에서는 보다 효과적인 방열과 높은 장비 신뢰성이 필수적입니다. 방열 분야에서 세 가지 주요 기술은 전통적인 직접 통풍 방식, 독립 공기 덕트, 액체 냉각입니다. 이 중에서 독립 공기 덕트와 액체 냉각은 비교적 높은 보호 수준을 제공합니다.

전체 효율

고출력으로 인해 효율성 문제가 더욱 두드러지게 나타나며, 이는 전체 스테이션의 열 방출 및 경제적 이익에 영향을 미치게 됩니다. 전력 변환 분야에서는 토폴로지 및 시스템 레벨 최적화 외에도 실리콘 카바이드(SiC) 소자와 같은 신규 반도체 소자의 적용 또한 매우 중요합니다. 그러나 현재 실리콘 카바이드 소자의 적용은 비용, 고주파 구동 요구 사항, 지원 자기 소자 설계, 열 방출 및 단락 보호를 포함한 몇 가지 과제에 직면해 있습니다.

소음은 사용자 충전 경험과 스테이션 위치에 영향을 미칩니다. 특히 소음 요구 사항이 높은 일부 환경에서는 소음이 발생하는 장비를 사용할 수 없거나 사용 및 설치가 제한될 수 있습니다. 예를 들어, 소음의 영향을 줄이기 위해 해당 조치가 필요합니다. 소음 제어에서 팬 레이아웃, 공기 덕트 설계, 방음 및 흡음 재료 사용은 모두 소음 수준에 공동으로 영향을 미치는 핵심 요소입니다.

Noise will affect the experience of charging users and the location of the station. Especially in some scenes with high noise requirements, noisy equipment cannot be used, or the use and installation are restricted, for example, corresponding measures need to be equipped to reduce the impact of noise. In noise control, fan layout, air duct design and the use of sound insulation and sound absorption materials are all key factors, which jointly affect the noise level.

전력망

고출력 DC 충전의 광범위한 적용은 전력망에 영향을 미칠 것입니다. 이는 전력망 부하의 상당한 증가로 이어집니다. 특히 쇼핑몰, 주거 지역 등 전력망 용량이 제한된 곳에서는 고출력 충전 장비 접속 시 추가적인 용량 확장이 필요한 경우가 많습니다. 이러한 지역의 전력망 용량 확장은 어려울 뿐만 아니라 비용도 많이 듭니다. 고출력 충전의 급격한 전력 상승 및 하락은 전력망 변동을 심화시켜 전력망 안정성에 도전 과제를 제기합니다. 이러한 급격한 전력 변화는 전력망의 피크-밸리 특성에 영향을 미치고, 피크-밸리 차이를 증가시키며, 피크-밸리 시간의 변화를 초래하여 스테이션 운영의 경제적 이익에 영향을 미칠 수 있습니다.

전력 분배

전력 분배 용량, 케이블 포설 및 기타 엔지니어링 적용 측면에서 360kW/480kW는 120kW 충전 장치의 3/4배 이상일 수 있으므로 많은 360kW/480kW 장치는 테슬라 V3와 같은 "스테이션 내 스테이션" 또는 시연 스테이션을 선택했습니다.

첫째, 액체 냉각 방열 기술이 고출력 충전 장비의 표준 구성으로 자리 잡아 방열 효율과 장비 수명을 향상시키고 있습니다.

둘째, 지능형 및 상호 연결 기술이 점차 성숙해지고 있습니다. 사물 인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능 기술을 통해 충전기 사업자는 장비의 원격 모니터링, 고장 진단 및 동적 가격 책정을 실현하고 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

셋째, 고출력 충전기는 호환성 및 다용성에 더 중점을 둘 것입니다. 이는 다양한 브랜드, 모델 및 사양의 NEV에 적응하여 차량과 충전기 간의 장벽을 허물고 사용자에게 더 편리한 충전 경험을 제공할 수 있습니다.

넷째, 고출력 충전은 신재생 에너지원과의 통합이 더욱 강화될 것입니다. 태양광 및 풍력 에너지를 충전기에 사용하여 진정한 친환경 충전을 가능하게 하고, 탄소 배출을 더욱 줄이며 지속 가능한 에너지 개발을 촉진할 것입니다.