고속 충전소를 위한 액체 냉각 기술

고속 충전소의 액체 냉각 기술은 케이블 및 커넥터 어셈블리와 캐비닛 내부의 전력 모듈, 이렇게 두 곳에 적용됩니다. 어느 영역을 냉각해야 하는지는 정격 전력뿐만 아니라 연속 전류, 도체 저항, 설계 환경 및 작동 주기에 따라 결정됩니다. 공개된 케이블 등급을 통해 업계 표준을 한눈에 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 동일한 1,000V 정격에서 한 제조업체는 냉각 없이 연속 전류를 375A로, 냉각을 사용하면 800A로 명시하고 있습니다. 캐비닛 손실은 모듈 효율에 따라 달라지며 출력에 비례합니다. 두 영역은 별도로 명시되며, 많은 충전소는 한 영역만 냉각합니다.

고속 충전소용 액체 냉각 기술의 작동 원리

액체 냉각식 충전 스테이션은 설계상 한계에 도달하는 부분에 따라 케이블 및 커넥터 어셈블리, 캐비닛 전원 모듈, 또는 둘 다에서 열을 제거합니다. 제품별로 냉각 시스템 구성이 다르며, 기능별로 분리된 냉각 장치를 사용하거나 통합 열 관리 시스템을 사용할 수 있습니다. 열교환기 수집된 열을 방출하는 데에는 대개 실외 건식 냉각기가 사용되지만, 냉각식 및 증발식 냉각 방식도 존재합니다. 공급 전류, 모듈 효율 및 설치 장소의 설계 환경 조건에 따라 루프가 전달하는 열량이 결정됩니다.

회로 내부에 설치된 계측 장비가 충전기의 제어 로직을 구동합니다. 피닉스 연락처 해당 회사는 냉각식 CCS 어셈블리의 대표적인 구성 방식을 공개했습니다. 커넥터에 Pt 1000 센서가 장착되어 있고, 냉각수는 물-글리콜 혼합 용액을 사용하며, 냉각수 누출 감지는 세션 시작 전에 발전소의 절연 모니터를 통해 처리됩니다. 유량이 감소하거나 냉각수 온도가 상승하면 컨트롤러는 접점 온도가 상승하는 것을 막기 위해 출력 전류를 차단합니다. 이러한 임계값은 데이터시트가 아닌 시운전 데이터에 포함되어 있습니다.

전체 회로의 목적은 명시된 시험 조건 하에서 검증된 주변 온도보다 높은 온도 상승을 제공하는 것입니다. IEC 62196-1은 충전 커넥터의 단자 온도 상승에 대해 50K의 형식 시험 요건을 규정하고 있습니다. 동일한 제조업체의 주석에는 냉각 케이블의 정격 전류는 규격 한계와 사용 가능한 냉각 용량에 따라 달라진다고 명시되어 있습니다. 현장 작동은 형식 시험 결과뿐만 아니라 표면 온도 한계, 명시된 작동 범위 및 충전소 자체 모니터링을 포함한 여러 요인에 영향을 받습니다.

캐비닛 변환 손실이 냉각 부하의 대부분을 차지할 때

모듈의 비효율로 인해 케이블과 커넥터에서 발생하는 열 손실보다 더 많은 전력이 발생할 경우, 캐비닛의 변환 손실이 냉각 부하의 대부분을 차지하게 됩니다. 충전기 전력만으로는 이러한 비교를 명확히 할 수 없습니다. 모듈의 측정된 효율 맵과 케이블 어셈블리의 저항 또는 열 테스트 데이터가 모두 필요합니다.

캐비닛 내부의 폐열은 효율 자체에 의해 결정됩니다. 즉, Q ≈ P × (1/η − 1)입니다. 95% 효율의 480kW 캐비닛은 약 25kW의 열을 발산합니다. 98% 효율의 동일한 캐비닛은 약 10kW의 열을 발산하며, 이는 케이블, 모선 및 보조 장치 손실의 상대적인 위치를 크게 변화시킵니다. 여러분의 데이터도 같은 공식에 대입해 보세요. 캐비닛의 정격 출력을 모듈의 최대 부하 효율로 나눈 다음, 정격 출력을 빼면 됩니다.

두 효율성 수치 모두 다음에서 가져온 것입니다. 20kW DC 충전 모듈의 열 연구 결과가 발표되었습니다.. 이 그래프는 45~55% 부하에서 약 96%, 최대 부하에서 약 95%의 효율을 나타냅니다. 해당 곡선은 연구 대상 모듈의 것입니다. 최신 실리콘 카바이드 설계는 더 높은 효율을 낼 수 있으므로, 실제 사용하시는 모듈의 효율 맵을 확인하셔야 합니다.

케이블과 커넥터의 손실은 도체 단면적, 접촉 저항, 케이블 길이 등 여러 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 서로 다른 양상을 보입니다. 손실 양상은 예측 가능한 형태를 띠는데, 줄 발열은 전류의 제곱에 비례하므로 케이블 전류를 350A에서 500A로 증가시키면 저항이 일정할 때 도체 손실이 대략 두 배로 증가합니다.

디스펜서 명판만 보고 냉각 루프 크기를 정할 때 모듈의 최대 부하 시 효율 곡선 위치를 확인하지 않으면, 냉각 용량 부족은 대개 문제 신호로 나타나지 않습니다. 문제는 첫 번째 폭염 기간 동안 원인을 알 수 없는 전류 저하로 발생합니다. 조사 과정은 대개 눈에 보이는 케이블부터 시작됩니다.

충전소에서 액체 냉각 방식과 공랭 방식 중 선택하기

액체 냉각은 연속 전류, 도체 단면적 및 설계 환경 조건이 공랭식 냉각 방식에 적합하지 않을 때 충전 현장에서 그 자리를 차지하게 됩니다. 이 시점을 명확하게 나타내는 표준 킬로와트 수치는 없습니다. 작동 주기와 허용 케이블 무게 또한 같은 기준으로 결정해야 합니다. 한 제조업체에서 발표한 등급은 단일 정격 전압에서 다음과 같은 기준을 제시합니다. 냉각 없이 연속 375A, 냉각 사용 시 연속 500A 및 800A (모두 1,000V 기준).

이러한 등급 간의 차이는 공학적 문제를 간결하게 나타낸 것입니다. 동일한 도체 저항에서 375A에서 800A로 전류가 증가하면 I²R 손실은 약 4.5배 증가합니다. 하지만 실제 케이블은 저항이 일정하게 유지되지 않습니다. 비냉각식 케이블은 도체 단면적 증가를 통해 정격 전류를 달성하므로, 냉각 용량과 구리 재질 간의 절충이 필요하며, 이로 인해 케이블 무게와 취급 용이성이 열적 결정에 영향을 미칩니다. 냉각식 케이블은 무게가 가볍고 취급이 용이하다는 장점을 내세워 판매됩니다. 이는 일반 사용자가 전원 콘센트에 직접 연결하는 경우에 중요한 요소입니다.

각 행은 사양 논의의 출발점입니다. 동시성, 전력 공유, IP 등급, 먼지 및 염분 노출, 캐비닛 전력 밀도, 이중화 및 현지 규정 등 모든 요소가 답변에 영향을 미칩니다. 또한 충전기 OEM의 아키텍처는 구매자가 어떤 영역을 개별적으로 지정할 수 있는지 여부를 결정합니다.

60~120kW 용량의 직장용 충전기는 하루 중 대부분 시간을 유휴 상태로 보냅니다. 액체 냉각 시스템을 설치하면 펌프, 밀봉재, 냉각수 점검, 누출 고장 발생 가능성 등 여러 가지 문제가 발생하는데, 이는 해당 사업장에는 전혀 필요 없는 요소입니다. 따라서 투자 비용은 전력망 연결에 사용해야 합니다.

케이블 냉각과 캐비닛 냉각은 어느 영역이 먼저 한계에 도달하는지에 따라 단독으로 또는 조합하여 적용할 수 있습니다. 냉각식 케이블과 공랭식 캐비닛을 함께 사용하는 것은 중간 출력급 시스템에서 흔히 사용되는 구성입니다.

충전 캐비닛 전원 모듈용 냉각판 설계 변수

충전 캐비닛에서 냉각판의 성능은 냉각수 유입 온도, 허용 압력 강하에 대한 유량, 손실 발생 지점 아래의 채널 형상, 그리고 냉각판과 모듈 베이스 플레이트 사이의 인터페이스라는 네 가지 상호 작용하는 변수에 따라 결정됩니다. 모듈의 총 와트 수가 아니라 손실 발생 지점의 열 유속이 해당 형상이 얼마나 힘들게 작동해야 하는지를 결정합니다.

입구 온도는 캐비닛 외부에서 설정됩니다. 증발 보조 장치나 냉각 장치 없이 작동하는 건식 냉각기에서 냉각수 공급 온도는 냉각기의 접근 온도만큼 주변 건구 온도보다 높게 유지됩니다. 30°C 입구 온도에서 검증된 플레이트는 여름철 설계 주변 온도가 40°C인 경우 동일한 모듈 온도를 달성하지 못할 수 있습니다. 따라서 크기 결정에 필요한 입력값은 현장의 설계 주변 온도에 접근 온도를 더한 값입니다.

측정된 성능과 시뮬레이션 결과가 차이를 보이는 지점은 바로 인터페이스입니다. 베이스 플레이트의 평탄도, 인터페이스 재료의 두께, 그리고 장착 토크는 모두 접촉 저항에 영향을 미칩니다. 분석에서 목표값을 충족하는 플레이트라도 모듈 베이스 플레이트가 인터페이스 재료 선택 시 고려되었던 평탄도 허용 오차 범위를 벗어나면 실제 성능은 목표값을 달성하지 못할 수 있습니다.

충전 캐비닛용 냉각판 사양서에는 최소한 다음 사항이 명시되어야 합니다.

• 모듈당 열 부하 그리고 하나의 플레이트 또는 하나의 매니폴드를 공유하는 모듈 수에 따른 핫스팟 영역에서의 열유속
• 냉각수에서 모듈 베이스플레이트까지의 목표 열 저항과 베이스플레이트 온도 제한은 해당 온도 범위에서 보호됩니다.
• 공유 매니폴드 상의 병렬 모듈 간 설계 유량, 허용 압력 강하 및 유량 분포 허용 오차
• 냉각수 선택, 글리콜 농축액 및 억제제 패키지, 그리고 모든 접액 재료(구리 또는 황동 피팅과 결합된 알루미늄 플레이트)를 포함하여, 갈바닉 부식 경로 억제제는 덮어야 합니다
• 내압, 허용 누출률 및 이 두 가지를 모두 입증하는 시험 방법
• 시공 경로는 브레이징, 마찰교반용접 등으로 이루어졌습니다. 튜브인플레이트 설계는 구현 가능한 채널 형상, 내부 청결도 및 수리 용이성 측면에서 차이가 있습니다.

이 중 두 가지가 나머지 사항들을 좌우합니다. 냉각수 화학 성분과 설계 입구 온도는 모든 후속 계산에 입력값으로 사용되기 때문에 가장 먼저 확정됩니다. 또한 플레이트 재질, 접합 방식, 포트 피팅은 일단 툴링이 완성되면 경제적으로 변경하기 어렵기 때문입니다. 유량과 펌프 속도는 설정값이며 시운전 중에 조정 가능합니다. 플레이트 형상이 확정되기 전에 지정된 유량에서 병렬 모듈 전체의 압력 강하 및 유량 분포를 검증합니다.

액체 냉각식 충전 스테이션 출하 전 검증

액체 냉각식 충전소의 인수 테스트는 현장 고장의 주요 원인인 세 가지 항목, 즉 정격 전류에서의 온도 상승, 압력 하에서의 루프 무결성, 냉각 성능 저하 시 컨트롤러 동작에 대해 다룹니다.

온도 상승 시험은 정격 전류로 어셈블리를 작동시켜 온도가 안정될 때까지 기다린 후, 단자 온도 상승을 명시된 조건에서의 해당 형식 시험 요구 사항과 비교합니다. 보고 조건은 결과만큼 중요합니다. 주변 온도가 20°C인 조건에서의 시험 결과는 설계 기준 온도가 40°C인 현장의 환경에 대해서는 거의 알려주지 않습니다.

냉각수 순환 시스템의 무결성은 포트와 커플링에서의 압력 및 누출 점검으로 시작됩니다. 또한 냉각수 누출이 가동 중에도 감지 가능한지 여부도 확인하며, 일부 커넥터 설계에서는 이를 위해 스테이션의 절연 모니터를 사용합니다. 실외 캐비닛은 낮과 밤의 온도 변화가 심합니다. 플레이트 포트의 퀵 커넥트 커플링과 호스 고정 장치는 특히 점검이 필요한데, 열 순환이 플레이트에 도달하기 훨씬 전부터 씰에 영향을 미치기 때문입니다.

컨트롤러 동작 점검은 가장 흔히 간과되는 부분입니다. 충전기 제조업체가 승인한 검증 절차에 따라서만 저유량 또는 고온 유입구 조건에서 출력 전류가 제어된 방식으로 감소하는지 확인하십시오. 그런 다음 전체 세션 동안 유량, 유입 및 유출 온도, 모듈 온도를 기록하여 출력 저하 임계값을 현장에서 발견하는 대신 문서화하십시오.

충전 인터페이스 표준 및 2025~2026년 변경 사항

급속 충전소의 온도 상승 및 열 관리 요구 사항은 4개의 IEC 문서로 규정되며, 이 중 3개는 2025년 11월과 2026년 4월 사이에 개정되었습니다. 이 4개 문서는 모두 IEC/CCS 프레임워크에 속합니다.

IEC 62196-1:2025, 5.0 버전, 2025년 11월 25일 발행. 이 표준은 교류 690V 이하, 전류 250A 이하 및 직류 1,500V 이하, 전류 800A 이하의 전기차 플러그, 커넥터, 입구 및 케이블 어셈블리에 대한 일반 요구사항을 규정합니다. 2022년 제4판을 대체합니다. 행동: 커넥터 형식 시험 보고서에서 인용한 버전을 확인하십시오. 온도 상승 조항에 정격 출력 저하 전략이 포함되어 있을 수 있습니다.

IEC 62196-3:2026, 3.0 버전, 2026년 4월 23일 발행. IEC TS 62196-3-1(열 관리 커플러 사양)의 내용을 포함하는 DC 및 AC/DC 커플러의 치수 호환성이 보장되며, 해당 내용은 부록 AA에 포함되어 모든 구성에 대한 정격이 향상되었습니다. 행동: 냉각 케이블 어셈블리의 경우, 해당 기술 사양이 더 이상 단독으로 유효하지 않으므로 이 개정판에 대한 반증 자료를 요청하십시오.

IEC TS 63379:2026, 1.0 버전, 2026년 1월 28일 발행. 본 규격은 열 감지 또는 열 전달 및 열 감지 방식을 사용하는 시스템에 사용되는 최대 1,500V DC 및 3,000A의 메가와트급 DC 충전용 커넥터, 차량 입력 단자 및 케이블 어셈블리를 다룹니다. 본 규격은 커플러 및 케이블 어셈블리에 대한 것이며, 완전한 충전소에 대한 사양은 아닙니다. 행동: 중장비 차량이 장비의 서비스 수명 범위 내에 포함되는 경우, CCS 전용 캐비닛은 해당 사양으로 재평가할 수 없으므로 인터페이스가 이 사양을 준수하는지 확인하십시오.

IEC 61851-23-3, 메가와트급 충전을 위한 스테이션 측 요구 사항. FDIS 투표 기간은 2026년 5월 22일까지였습니다. 행동: 구매 명세서에 판본을 명시하기 전에 IEC 페이지에서 현재 발행 상태를 확인하십시오.

고속 충전소에서 냉각 예산을 어디에 할당할지 결정하기

고속 충전소용 액체 냉각 기술은 어느 영역에서 먼저 한계에 도달하느냐에 따라 그 복잡성이 드러납니다. 그 한계점을 결정하는 두 가지 자료가 있는데, 바로 모듈 효율 맵과 케이블 어셈블리의 열 데이터입니다. 냉각 용량은 연속 전류로 변환되며, 설계 주변 온도가 상승함에 따라 두 영역 모두 여유 용량이 줄어듭니다.

벤치 입구 온도에서만 검증된 냉각은 첫 번째 폭염이 닥치기 전까지는 충분해 보이지만, 그 이후에는 배출 능력과 커넥터 온도 상승 허용치가 모두 소진되는 경향이 있습니다. 유량, 채널 형상 및 냉각수 선택은 여전히 모듈 손실 맵과 특정 현장의 설계 환경에 따라 달라집니다.

캐비닛 출력이 400kW 이상이고 여름철 설계 주변 온도가 35°C 이상인 경우, 모듈 손실 맵을 배기가스 배출 장치가 실제로 처리할 수 있는 입구 온도 옆에 배치하십시오. 이것이 바로 우리가 정렬하는 부분입니다. 수냉식 냉각판 기하학적 구조가 고정되기 전에 반대되는 상황입니다. 만약 디스펜서의 소비 전력이 동시 사용률이 낮고 150kW 미만으로 유지된다면, 공랭식 캐비닛을 유지하고 예산을 계통 연계에 투자하십시오.

자주 묻는 질문