600A 역방향 팬터그래프 디스펜서 충전 솔루션 (전기버스 차고지용)

600A 역방향 팬터그래프 디스펜서 충전 솔루션 (전기버스 차고지용)

팬터그래프는 전기버스(E-버스)의 급속 충전에 일반적으로 사용됩니다. 충전 기술의 지속적인 발전과 함께 차고지에서의 급속 충전 요구를 충족하는 차세대 팬터그래프가 등장했습니다.

본 논문에서는 먼저 전기 버스 충전에 사용되는 팬터그래프를 살펴보고, 이를 활용한 기회주의적 충전 방식을 소개합니다. 마지막으로, 차고지에서 전기 버스용 고속 충전기로 팬터그래프를 활용할 가능성을 제시합니다.

팬터그래프는 가위 모양의 팔을 사용하여 버스 지붕을 팬터그래프 충전소의 고정된 기둥에 연결하는 장치입니다. 전기 버스용 팬터그래프 시스템은 경전철이나 트램의 시스템에서 파생되었습니다. 전기 버스가 팬터그래프 충전소에 도착하면 팬터그래프가 자동으로 펼쳐집니다. 팬터그래프가 기둥에 닿으면 전기 버스의 배터리가 충전을 시작할 수 있습니다.

팬터그래프 충전기는 일반적으로 150kW에서 550/650kW에 이르는 고용량 충전기입니다. 전기 버스의 전력을 보충하기 위해 노선상의 지정된 충전소에 임시로 연결하는 데 자주 사용됩니다. 이를 기회주의적 충전이라고 합니다.

팬터그래프 구성

팬터그래프 충전 방식에는 두 가지 구성이 있습니다. 팬터그래프가 버스 지붕에서 올라오는 방식(팬터그래프 상승형)과 충전소에서 아래로 내려와 버스와 연결되는 방식(팬터그래프 하강형)이 있습니다.

팬터그래프 하강 시스템
팬터그래프 하강 시스템에서는 거꾸로 된 팬터그래프가 충전소 상단에서 내려와 버스 지붕의 트랙에 연결되어 배터리에 연결됩니다.

팬터그래프는 버스로부터 무선으로 수신되는 호출을 받아 연결하고 충전 프로세스를 시작합니다.

팬터그래프 상승 시스템
팬터그래프 상승식 충전 시스템에서는 팬터그래프가 전기 버스의 지붕에 설치됩니다. 버스가 충전소에 도착하면 팬터그래프가 지붕에서 올라와 충전소의 커넥터와 전기적으로 연결됩니다.

두 시스템 중 팬터그래프 상승 시스템이 기술적으로 구현하기 더 쉽습니다. 이 유형의 팬터그래프는 운전실에서 운전자가 제어할 수 있는 반면, 팬터그래프 하강 시스템은 연결을 작동시키기 위해 Wi-Fi 인프라가 필요합니다.

전기버스의 현장 충전만으로는 특히 장거리 운행 시 노선 운영에 필요한 충전량을 충족하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 이 경우 전기버스는 재충전 또는 급속 충전이 필요합니다. 노선에 설치된 팬터그래프는 운행 중 버스의 주행 가능 거리를 연장할 수 있습니다. 따라서 차고지에서 야간에 전기버스를 충전하는 것 외에도 팬터그래프와 고전압 충전기를 통해 급속 충전을 제공함으로써 전기버스가 주간에도 장거리 노선을 운행할 수 있도록 합니다. 팬터그래프는 일반적으로 버스 정류장, 터미널 또는 노선의 주요 정류장에 설치됩니다.

팬터그래프 충전 전력
팬터그래프 충전 전력은 150kW에서 600kW까지 다양합니다. 전기 버스를 완전히 충전하는 데는 5분에서 20분이 소요될 수 있습니다. 급속 충전(반드시 완전 충전은 아님)은 5분에서 7분 정도 소요됩니다. 버스 정류장에 정차해 있는 동안 충전이 가능하며, 승객은 충전 중에도 평소처럼 승하차할 수 있습니다.

팬터그래프를 고속 충전 장치로 활용
일부 선진국에서는 종착역뿐만 아니라 노선상의 주요 정류장에도 팬터그래프를 설치합니다. 전기 버스는 이러한 정류장에서 승객이 승하차하는 동안 급속 충전을 할 수 있습니다. 제네바에 설치된 600킬로와트급 "급속 충전" 팬터그래프 충전소는 15~20초 만에 배터리를 완전히 충전할 수 있다고 합니다.

저속 및 고속 충전소
충전소의 충전 기술은 끊임없이 발전하고 있습니다. 초기에는 플러그인 AC 충전기를 사용하여 전기 버스를 완전히 충전하는 데 6~8시간이 걸렸습니다. 이러한 "느린 충전" 방식은 이상적이지 않았습니다.

• 전기버스를 대량으로 보유한 기업의 경우 충전 수요가 높았습니다.

• 야간에 충전 가능한 시간이 AC 충전기의 충전 시간보다 훨씬 짧은 경우.

• AC 충전기를 사용하려면 전기 버스에 자체 변환기가 장착되어야 합니다. 자체 변환기는 용량이 제한적이기 때문에 일반적으로 크기가 작아 충전 시간이 길어집니다.

기존의 느린 AC 충전기에서 고속 충전기로 전환하는 차고지에서는 플러그인 DC 고속 충전기를 도입하는 것이 자연스러운 선택입니다. DC 충전 변환기는 전기 버스가 아닌 충전 장비 자체에 탑재되므로, 외부 변환기의 변환 용량을 크게 늘릴 수 있습니다. 이는 충전 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 충전 시간도 단축시켜 줍니다.

일반적으로 최대 100kW 출력의 플러그인 DC 고속 충전기를 사용하여 버스를 충전하는 데는 배터리 용량에 따라 약 4시간이 소요됩니다.

 

전기버스는 고속 팬터그래프 충전 시스템을 장착하여 노선상의 정류장과 차고지에서 배터리를 충전할 수 있으므로 운행 효율성과 회전율을 향상시킬 수 있습니다.

팬터그래프 시스템에는 두 가지 설치 방법이 있습니다. 팬터그래프를 버스 지붕에 설치하거나 충전 파일에 직접 설치하는 방식(역방향 팬터그래프)이 있습니다.

기존 인프라가 팬터그래프 유형 선택에 결정적인 역할을 합니다. 도시에 이미 가공 팬터그래프 충전소가 있는 경우, 운영자는 일반적으로 차량에만 충전 레일을 설치하는 역방향 방식을 선택합니다.

팬터그래프 충전소는 오버헤드 프레임워크가 있는 도로변 충전 시설입니다. 버스가 도착하면 오버헤드 장치의 접촉점이 내려와 버스 앞쪽 지붕의 레일에 연결되어 고출력 DC 고속 충전이 가능해집니다.

iEngineering Group은 전기 버스를 위한 장거리 DC 충전 솔루션을 제공합니다. 당사의 iPower 시리즈는 충전소 호스트와 팬터그래프를 통합하여 컴팩트하고 효율적인 솔루션을 제공합니다.

이 시스템은 커넥터 충전, 팬터그래프 충전, 계통 연계(DC-AC 변환)의 세 가지 기능 모듈을 지원합니다. 전력선의 시작점과 끝점에 설치되는 급속 충전소에 매우 적합하며, 최대 400kW까지 맞춤 구성이 가능합니다.

• 팬터그래프 하강: 팬터그래프 작동 모터가 버스 측이 아닌 충전기 측에 있기 때문에, 버스가 충전기에 팬터그래프 하강을 지시하는 과정이 추가적으로 필요합니다. 버스는 충전기와 Wi-Fi 연결(가급적 보안 연결)을 설정한 후, 충전기에 팬터그래프 하강 신호를 보냅니다. 주변에 여러 대의 충전기가 있을 수 있으므로, 충전기는 아래쪽 버스가 팬터그래프 하강을 요청한 버스인지(인근 버스가 아닌지) 그리고 정확한 위치에 있는지 확인해야 합니다. 이를 위해 버스에 설치된 비콘을 이용한 RFID 위치 확인 시스템을 사용합니다. 충전기가 버스의 위치와 신원을 확인하면 팬터그래프를 하강시킬 수 있습니다. 이러한 추가적인 Wi-Fi 및 RFID 통신 구성 요소와 관련 컨트롤러는 시스템의 복잡성을 크게 증가시킵니다. 충전기 측의 팬터그래프 컨트롤러는 팬터그래프 상승 시에 비해 추가되는 부품입니다. 버스 전용으로 사용되기 때문에 앞으로도 소량 생산되는 특수 제품으로 남을 것입니다. 이는 팬터그래프 하강 기능을 지원할 수 있는 충전기 제조업체의 수를 줄이고, 전자 부품 비용과 복잡성을 증가시킬 것입니다.