전 세계적으로 전기자동차(EV)로의 전환이 가속화되는 가운데, 안정적이고 효율적인 고전력 충전 인프라를 구축하려면 기술적으로 첨단 전력 전자 장치와 지능형 에너지 관리가 필수적입니다. 역률 보정(PFC)과 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)의 통합을 특징으로 하는 이러한 융합은 용량이 제한된(예: 44kW) 그리드 인프라에서 높은 순간 전력(예: 200kW)을 공급해야 하는 문제를 근본적으로 해결합니다.
이 기술 브리프에서는 DC 고속 충전 시스템에서 고효율 변환 및 전력 증강을 촉진하는 핵심 원리, 반도체 발전, 운영 아키텍처를 자세히 설명하며 최적의 그리드 안정성과 충전 성능을 위해 전력 수요와 공급의 균형을 맞추는 BESS의 기능을 비판적으로 검토합니다.
1. 전력 아키텍처와 그리드 제약 과제
최신 DC 고속 충전기의 설계는 엄격한 전력 품질 표준을 준수하면서 AC 그리드의 에너지 활용을 극대화해야 하는 필요성에 의해 좌우됩니다. 핵심적인 기술적 과제는 다음을 활용하여 유틸리티 서비스 제한을 우회하는 것입니다. 에너지 버퍼링.
BESS-증강 원리: 높은 전력 출력 달성(P_out)를 초과하는 연속 그리드 입력 전력(P_grid)는 순간 계통 전력과 BESS에서 방전된 전력을 합산하여 이루어집니다(P_BESS)로 표시되며, 이는 파워 밸런스 방정식으로 표현됩니다:
P_out = 효율(Eta_sys) * (P_grid(t) + P_BESS(t))
어디 효율성(Eta_sys) 는 시스템의 전반적인 전환 효율을 나타냅니다, P_grid(t) 는 낮은 지속 입력 전력(예: 44kW)을 나타냅니다. P_BESS(t) 는 목표 충전 수준(예: 200kW)에 도달하기 위해 스토리지에서 끌어온 추가 전력입니다.
2. 핵심 전력 변환 기술
전체 시스템 아키텍처에는 세 가지 중요한 단계가 포함됩니다: PFC를 사용한 AC-DC 정류, DC-DC 변환 및 BESS 인터페이스(양방향 DC-DC).
2.1 역률 보정(PFC) 정류
프런트 엔드 AC-DC 스테이지는 일반적으로 액티브 PFC 회로를 사용합니다. 부스트 정류기 토폴로지-를 사용하여 입력 전압과 위상이 같은 사인파 전류 파형을 그립니다. 이렇게 하면 입력 역률(PF)는 통일성에 가깝게 유지됩니다(PF $\약$ 1).
기능: 총 고조파 왜곡 최소화(THD)의 입력 전류입니다, THD_I, 무효 전력 및 그리드 인프라 부하를 완화합니다.
성능 지표: 유지 관리 PF > 0.99 최대 부하에서 IEEE 519 및 기타 국제 그리드 규정을 준수하는 데 필수적입니다.
구성 요소 선택: 실리콘(Si) IGBT에서 다음과 같은 추세로 변화하고 있습니다. 와이드 밴드갭(WBG) 반도체 더 높은 스위칭 주파수를 가능하게 하는 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫(f_sw > 100kHz), 수동 부품 크기(인덕터 및 커패시터)가 줄어들고 체적 전력 밀도가 향상됩니다.
2.2 고주파 DC-DC 변환
PFC 스테이지의 고전압 DC 링크 출력은 200V~920V(특히 800V EV 플랫폼의 경우)에 이르는 EV 배터리의 전압 요구 사항에 맞게 변환 및 조정되어야 합니다.
토폴로지: 일반적인 토폴로지는 다음과 같습니다. 인터리브 DC-DC 컨버터 (예: 위상 시프트 풀 브리지 또는 다상 LLC 공진 컨버터). 인터리빙은 입력/출력 전류 리플을 줄이고 여러 모듈에 걸쳐 열 스트레스를 분산하여 안정성과 효율성을 향상시킵니다.
주요 이점: LLC와 같은 공진형 컨버터는 소프트 스위칭 기술 (제로 전압 전환, ZVS, 또는 제로 전류 전환, ZCS)를 사용하여 스위칭 손실을 제거하여 종종 최대 효율을 초과합니다. 98%.
2.3 BESS 통합을 위한 양방향 DC-DC 컨버터
BESS 인터페이스에는 양방향 DC-DC 컨버터 를 사용하여 전력 흐름을 관리합니다:
충전 모드(그리드-투-BESS): BESS를 지속적인 저전력 요금(예: 44kW)으로 충전할 수 있습니다.
방전 모드(BESS-to-EV): 200kW 고속 충전 중에 저장된 에너지를 방출하여 그리드 입력을 보강합니다.
토폴로지: 종종 듀얼 액티브 브리지(DAB) 컨버터 또는 수정된 부스트 컨버터로 높은 절연과 높은 전력 밀도를 제공하는 동시에 정밀한 SOC(서비스 상태) 관리.
제어 전략: 정교한 에너지 관리 시스템(EMS) 예측 알고리즘을 사용하여 BESS 전력 기여도를 조절하여 그리드의 전력 한도를 위반하지 않고 최대 200kW를 공급할 수 있습니다.
3. 운영상의 이점 및 시스템 성능
3.1 그리드 고조파 완화 및 수요 관리
BESS를 활용하면 충전소는 순간적인 피크 부하에서 안정적이고 관리 가능한 기본 부하로 전환됩니다. 이는 보조 서비스를 지원하는 로컬화된 마이크로그리드 요소로 작동합니다.
피크 면도: BESS는 부하 변동을 흡수하여 스테이션이 다음을 수행할 수 있도록 합니다. 계약상 최대 전력 수요 감소 유틸리티와 협력하여 운영자의 수요 요금을 직접 낮춥니다.
전력 품질: 액티브 PFC 프론트 엔드는 낮은 고조파 주입을 보장하여 엄격한 기준을 충족합니다. THD_I 제한을 설정할 수 있으며, 이는 지원이 취약한 배전 네트워크에서 전압 왜곡을 방지하는 데 필수적입니다.
3.2 향상된 열 관리 및 안정성
고주파 컨버터에 SiC MOSFET을 배치하면 전도 및 스위칭 손실이 줄어들어 열 부하 감소로 직결됩니다.
혜택: 더 간단하고 작은 액체 냉각 시스템과 향상된 전력 밀도를 지원합니다(kW/L), 궁극적으로 평균 무고장 시간(MTBF) 그리고 전반적인 시스템 안정성.
4. 아넹지에너지의 통합 솔루션
Anengjienergy의 충전 플랫폼은 이러한 중요한 기술을 단일 플랫폼에 통합합니다. 하이브리드 에너지 솔루션.
이 회사의 접근 방식은 다음과 같은 특징이 있습니다:
모듈식 아키텍처: 이중화를 활용한 확장 가능한 전력 모듈(60kW ~ 1440kW) N+1 토폴로지, 고가용성 보장(>99.5%).
고급 제어: 실시간 그리드 조건에 따라 BESS 디스패치를 최적화하는 독점적인 EMS 알고리즘 및 사용 시간(ToU) 전기 요금, 운영 효율성 극대화 및 최소화 LCOE(균등화 에너지 비용).
WBG 채택: 주요 컨버터 단계에 SiC 소자를 구현하여 최대 변환 효율을 실현합니다(효율성_피크 > 98%), 전기차 배터리로 전달되는 최종 충전 전력에 직접적인 영향을 미칩니다.
5. 결론
44kW 그리드 연결에서 200kW 고속 충전 전력을 공급할 수 있는 능력은 다음과 같은 지능형 통합에 기반한 기술적 성과입니다. BESS 및 고급 전력 전자 장치. 이 시스템의 성공은 PFC가 제공하는 높은 전력 품질, 높은 시스템 효율성(Eta_sys) 소프트 스위칭 DC-DC 컨버터와 BESS가 제공하는 즉각적인 전력 버퍼링을 통해 달성할 수 있습니다. 이러한 하이브리드 에너지 솔루션에 대한 Anengjienergy의 노력으로 전 세계적으로 그리드 호환성, 고효율, 지속 가능한 충전 인프라의 핵심 공급업체로 자리매김하고 있습니다.
