J1772 어댑터

J1772 어댑터(J1772 Adapter)

국제자동차기술자협회(SAE International)

J1772 어댑터(J1772 Adapter)는 국제자동차기술자협회(SAE International)가 북미 표준으로 공인한 전기자동차용 충전 어댑터이다. AC단상 5핀으로 이루어진 J1772는 광범위한 단상교류 충전 속도를 지원한다. 대표적으로 테슬라(Tesla)의 모델3(Model 3)가 J1772 어댑터를 제공한다. J1772 어댑터의 사용범위는 가정용 콘센트에 연결할 수 있는 휴대용 장치부터, 최대 19.2kW를 공급할 수 있는 유선 연결장비에 이르기까지 다양하다. J1772 어댑터는 충전기로 알려져 있지만, 차량의 내장형 충전기에 교류(AC) 전원을 공급하기만 하면 배터리를 충전하는 데 필요한 직류 전류로 변환하는 장치이기 때문에 충전기라고 볼 수는 없다.

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개요

J1772는 콤보 방식이라는 점에서 의의가 있다. 일본의 경우 자체 개발해 국제표준화 작업을 하려한 차데모(CHAdeMO) 방식과 중국이 역시 자체 개발한 독자규격을 내세우려 했던 가운데 미국이 콤보 방식인 J1772를 표준으로 채택한 것이기 때문이다. 콤보 방식은 미국의 제너럴모터스(GM)와 독일의 폭스바겐(Volkswagen)을 필두로 7개 제조업체가 연합해 추진하였다. 하나의 플러그로 급속충전과 가정용 전원을 이용한 일반적인 충전에 둘 다 대응할 수 있다는 점이 특징이다. 일본의 차데모의 경우 보통충전과 급속충전의 플러그의 콘센트가 별도로 나뉘어 있어 호환성이 없는 것이 단점이다.

역사

설계 및 표준

J1772는 미국 캘리포니아 대기환경관리기구(California Air Resources Board)로부터 개발이 시작됐다. 제너럴모터스(GM) EV1, 토요타(Toyota) RAV4 EV와 같은 초기의 전기자동차는 유도시스템인 마그넷 차지를 사용했다. 하지만 캘리포니아주 대기환경관리기구는 충전을 위한 전기를 공급하기 위해 전도성 결합을 위한 유도 기술을 거부했다. 2001년 6월, 캘리포니아주 대기환경관리기구는 캘리포니아에서 전기자동차의 충전 인터페이스로 J1772 표준을 채택했다. 에이브콘(Avcon)이 개발한 이 J1772의 초기 버전은 최대 6.6kW의 전력을 공급할 수 있는 직사각형 모양이었다. 캘리포니아는 2006년식 차량부터 SAE 1772-2001 어댑터를 사용할 것을 의무화했다. 이후, 캘리포니아주 대기환경관리기구는 2001년식의 J1772 표준이 지원하는 6.6kW보다 높은 전류 공급을 요구했다. 이 과정에서 커넥터 및 터미널과 같은 구성 요소에 중점을 둔 글로벌 자동차 부품 공급업체인 야자키(Yazaki)가 최대 80암페어의 단상 120~240V AC를 통해 최대 19.2kW의 전력을 공급할 수 있는 새로운 원형 커넥터를 설계하였다. 그리고 2008년, 캘리포니아주 대기환경관리기구는 2010년식부터 새로운 커넥터이 사용을 의무화한 새로운 표준을 발표하였다. 새로운 SAE J1772 플러그 표준에 따라 구축된 야자키 플러그는 미국 최초의 안전 규격 개발 기관이자 인증 회사인 유엘(UL)에서의 인증도 성공적으로 마쳤다.

제조사 동참

표준 규격은 2009년 7월 SAE 위원회에서 의결되었고, 2010년 1월 14일, SAE J1772 REV 2009가 국제자동차기술자협회에 의해 채택되었다. 이때 개정된 표준에 참여하거나 지원하는 기업으로는 스마트(Smart), 크라이슬러(Crysler), 제너럴모터스(GM), 포드(Ford), 토요타(Toyota), 혼다(Honda), 닛산(Nissan), 리비안(Rivian), 테슬라(Tesla) 등이 있었다. SAE J1772-2009 커넥터 규격은 2011년 5월에 마감될 예정이었던 최종 규격에 대한 투표와 함께 국제 IEC 62196-2 표준에 추가되었고, 이 표준은 단상 커플러를 제공하는 타입1의 구현으로 간주되었다. SAE J1772-2009는 닛산(Nissan)의 리프(Leaf)와 쉐보레(Chevolet)의 볼트 EV(Bolt EV)와 같은 2000년 이후에 출시된 전기자동차에 초기 모델로 채택되었다. J1772는 표준으로 등록되었기 때문에 미국의 모든 전기자동차 충전소에 플러그 타입이 마련되었다. 모든 IEC 커넥터가 동일한 J1772 신호 프로토콜을 사용하기 때문에, 모든 IEC 커넥터는 J1772-2009 흡입구 또는 IEC 타입2 흡입구 중 하나로 판매되었다. 지역 시장은 J1772-2009를 IEC 유형2로 변환하거나 그 반대로 변환할 수 있는 어댑터도 판매하였다. 이 두 어댑터의 유일한 차이점은 동일한 전기차 모델의 유럽 버전에도 더 높은 전압과 전류 한계 때문에 3상 전력을 활용할 수 있는 온보드 충전기가 있다는 것이었다.

복합 충전시스템

2011년 SAE는 직류 급속충전을 위한 결합 충전시스템 표준을 지원하기 위해 J1772-CCS 콤보 커플러 변형을 개발하였다. CCS는 통합 충전 시스템(combined charging cystem)의 약자로, 통상 '콤보'라 불리는 충전방식이다. DC 고속 충전을 위한 충전 플러그 표준 중 하나이다. 콤보1은 200-920V의 DC와 최대 350kW의 충전을 수용했다. 이 결합기는 차량, 오프보드 충전기, 스마트그리드 간의 통신에 전력선 통신 기술을 사용한 것이다. 2011년 하반기에 자동차 제조사와의 합의를 시작하였고, 2012년 중반에 들어 아우디(Audi), 비엠더블유(BMW), 다임러(Daimler), 포드(Ford), 제너럴모터스(GM), 현대자동차그룹, 포르쉐(Porsche), 볼보(Volvo), 폭스바겐(Volkswagen) 등 7개 자동차 업체가 복합 충전시스템을 도입하기로 합의했다. 이렇게 탄생한 콤보 플러그를 사용한 최초의 차량은 2013년 말에 출시된 비엠더블유(BMW) i3와 2014년에 출시된 쉐보레(Chevolet) 스파크 EV(Spark EV)이다. 한편 유럽에선 콤보 커플러는 DC 충전을 위한 규격 및 폼블러그 그린 PHY PLC 프로토콜과의 완전한 호환성을 유지하는 타입2 AC 충전 커넥터를 기반으로 했다. 2019년 테슬라는 유럽에서 CCS 콤보2 플러그가 장착된 모델3를 선보였지만 미국에서는 CCS가 장착된 모델을 선보이지 않았다. 유럽에서 모델3의 도입과 함께 테슬라는 V2 슈퍼차저에 CCS 충전 케이블을 추가했다. 따라서 유럽형 V3 테슬라 슈퍼차저에는 CCS 충전 케이블만 포함되어 있었다.

특징

커넥터

J1772 커넥터 구성

J1772-2009 커넥터는 북미 및 일본에서 사용되는 것과 같이 120V 또는 240V의 단상 교류 전기 시스템을 위해 설계되었다. 직경 43mm의 원형 커넥터는 키로 연결되어 있으며 3행에 걸쳐 5개의 핀이 위치한다.

• 상단 행은 커넥터의 중심선 위로 6.8mm의 간격을 두고 있으며 핀은 중심선을 중심으로 15.7mm의 간격을 두고 있다.
• 하단 행은 커넥터의 중심선 아래 10.6mm 간격으로 있다.
• 중간 행은 커넥터의 중심선 아래 5.6mm 간격으로 배치되고 핀은 중심선을 중심으로 21.3mm 간격으로 배치다.

커넥터는 1만 개의 메이팅 사이클(mating cycle)과 요소에 대한 노출을 견딜 수 있도록 설계되었다. 하루에 한 번의 메이팅 사이클을 한다고 했을 때, 커넥터의 수명은 27년을 초과해야만 한다.

SAE J1772 / IEC 62196-2-1 Type 1

행	위치	기능	내용
상단 행	1	L1	AC 라인 1
	2	N	120V 레벨1 충전의 경우 'AC 중성선(Neutral)/208~204V 레벨2 충전의 경우 'AC 라인2'
하단 행	3	PE	Protective Earthing의 줄임말, 일명 그라운드
중간 행	4	PP	전기자동차가 충전소에 연결된 상태에서 차량 제어시스템에 신호를 제공해 움직임을 방지할 수 있도록 하고, 차량에 래치 해제 버튼을 신호하는 근접 파일럿(Proximity Pilot)
	5	CP	차량과 전기차 충전소 사이의 충전 레벨을 신호하기 위해 사용되는 통신 회선으로, 차량에 의해 조작되어 충전은 물론 다른 정보를 개시할 수 있게 하는 컨트롤 파일럿(Control Pilot) 컨트롤 파일럿은 차량의 존재를 감지하고, 최대 허용 충전 전류를 전달하며, 충전의 시작과 종료를 제어하기 위해, 충전기에 의해 ±12V에서 생성되는 1kHz 사각파임

안전성

J1772 표준에는 여러 수준의 충격 보호 기능이 포함되어 있어 젖은 상태에서도 안전하게 충전할 수 있다. 연결 핀은 물리적으로 연결될 때 커넥터 내부에 분리되어 해당 핀에 물리적으로 접근할 수 없다. 결합되지 않은 경우 J1772 커넥터는 핀에 전원 전압이 들어가지 않으며, 차량의 명령이 있을 때까지 전원이 공급되지 않는다. 근접 감지 핀은 커넥터 해제 버튼의 스위치에 연결된다. 해제 버튼을 누르면 차량이 전류 공급을 중지한다. 커넥터를 분리하면 더 짧은 제어 파일럿 핀이 먼저 분리되어 전기차 충전기가 플러그의 전원을 차단한다. 이것은 또한 전원 핀이 부하 상태에서 분리되지 않도록 하여 아크를 발생시키고 수명을 단축시킨다. 접치 핀은 다른 핀보다 길기 때문에 가장 늦게 부러진다.

신호 프로토콜

J1772의 신호 프로토콜은 다음과 같이 설계되었다.

1. 공급장치는 AC 입력 전원의 존재를 알린다.
2. 차량은 근접회로를 통해 플러그를 감지하다. 따라서 차량이 연결되어 있는 동안 주행을 막을 수 있다.
3. 컨트롤 파일럿 기능이 공급장비를 시작하여 플러그인 전기자동차를 감지한다.
4. 공급장치는 전기자동차 플러그인 에너지를 공급할 준비가 되었음을 나타낸다.
5. 전기자동차 환기 요구 사항이 결정된다.
6. 전기자동차에 공급되는 용량 공급 장치가 작동된다.
7. 전기자동차는 에너지 흐름을 명령한다.
8. 전기자동차 및 공급장비는 안전 접지의 연속성을 지속적으로 모니터링한다.
9. 전기자동차에 의해 결정된대로 요금이 계속된다.
10. 충전 완료 전 차량에서 플러그를 뽑으면 충전이 중단될 수 있다.

참고자료

• 〈J1772〉, 《Wikipedia》
• 김상욱 대기자, 〈미국 전기자동차 충전규격 '콤보 방식' 채택〉, 《뉴스타운경제》, 2012-10-17
• 한상민 기자, 〈CCS: 다가온 스마트 충전과 전기차 시대〉, 《AEM》, 2016-11
• KQanon DD, 〈SAE J1772〉, 《네이버 블로그》, 2018-02-07
• 오철 기자, 〈미국 전기차 충전 시장 잡아라...“장애 극복, 레벨2 충전기가 주요”〉, 《전기신문》, 2021-11-24
• 정우덕 전력거래소 대외협력실, 〈(정우덕 칼럼) DC콤보·AC단상, 전기차 충전도 제각각..왜 그럴까?〉, 《데일리카》, 2022-01-31

같이 보기

• AC3상
• 어댑터
• 충전기

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