스마트충전을위한스마트테스트 E-mobility 를위한일관된테스트케이스커버리지 전기차및충전기의종류가다양해지면서차량내부품간의상호운용성및표준적합성이더욱중요해지고있다. 따라서이와관련한문제를테스트하고충전중단원인을분석, 다양한장애상황에대한안전성및견고성을테스트하기위해일관적인테스트케이스커버리지를지원할수있는개방적인테스트환경이필요하다. IEC 61851 및 IEC/ISO15118 에따른충전프로세스 IEC 61851[4] 에서는전기차의전도성충전에대한네가지 Mode 를규정하고있다. > Mode 1 에서는파일럿신호없이단상으로최대전류가 16A 인전원으로차량이충전된다. > Mode 2 에서는파일럿신호와함께단상에서 3 상으로최대전류가 32A 인전원으로차량이 충전된다. 스마트충전을위한스마트테스트 1/11
> Mode 3 에서는충전기에서제공되는파일럿신호와함께단상에서 3 상으로최대전류가 63A 인 전원으로차량이충전된다. > Mode 4 에서는차량이최대 400V/125A 로직류충전된다. Mode 1 충전작업에서는차량과충전인프라사이의통신이존재하지않지만, Mode 2, Mode 3, Mode 4 에서는 PWM(Pulse Width Modulation) 을기반으로둔 Low Level 통신이 CP(Control Pilot) 연결을통해존재한다. 차량과충전소가 High level 통신을지원하는경우, 해당신호는 HomePlug GreenPHY 표준에기초한 CP 의 PWM 신호로조절된다. 이를 Power Line Communication 이라고정의하며, IEC/ISO15118[3] 에기술된바와같이 Mode 3 및 Mode 4 에서만구현할수있다. 모든 PLC(Power Line Communication) 기반의충전통신은원칙적으로 PWM 기반의통신이필요하다. 따라서완벽한테스트시스템은위의언급한두가지통신모드를모두처리해야한다. 관련부품의기능 차량의관점에서, 충전소의기능은기본적으로표 1 에제시된구성요소들로이루어진다. 표 2 는 충전소의관점에서차량의기능을나타낸다. 충전소 CP 상의통신신호충전선로의최대가능부하제공되는전류 High level 통신 PLC 통신참여전력 인식경로 PWM 에기반을둔주파수신호. 필요시 PLC 신호는 PWM 신호로변조됨 PP 와 PE 간의저항을이용해코딩 PWM 신호의듀티사이클에의한코딩듀티사이클의 5%. 3% 에서 7% 사이의듀티사이클은별도의목적을위해따로저장더욱복잡한정보에대한통신. 예. 충전프로필, 결제모델, 승인국가에따라 100V 에서 240V 사이의단상에서 3 상교류회로, 대안적으로별도 케이블을통한직류전압 [ 표 1: 차량이직접혹은간접적으로인식하는충전소의기능 ] 스마트충전을위한스마트테스트 2/11
차량기능플러그연결표시커넥터연동장치표시필요한냉각표시 PLC 통신참여전력축소 인식경로 12V 에서 9V 까지 CP 레벨을낮출수있는 CP 와 PE 사이의저항 9V 에서 6V 까지 PWM 신호를낮출수있는 CP 와 PE 의추가적인저항 6V 에서 3V 까지 PWM 신호를낮출수있는 CP 와 PE 의저항더욱복잡한정보에대한통신. 예. 충전요청, 과금정보, 인증프로필협의에따라 Low Level 혹은 High Level 통신 [ 표 2: 충전소에서인식할수있는차량기능 ] 충전통신테스트 모든레벨에서충전기능이제대로작동하고있는지를확인하려면특별한측정및테스트시스템이필요하다. 이때, 테스트시스템은 Control Pilot 이나 PLC 신호와같은부하회로및통신신호를분석하고모방할수있어야한다. 또한, PLC 의메시지내용을생성및표시하는것뿐만아니라필요시, 메시지조작도필요하다. 아울러, 테스트시스템은전기신호에오류를입력하는기능, 즉내부단락뿐만아니라배터리전압 / 접지에대한단락과같이 CP 통신에참여하는차량및충전소의저항변경기능도갖추어야한다. 마지막으로, 완벽한테스트시스템은전류및전압에대한부하회로 (AC 혹은 DC) 를측정및분석할수있어야하며, 규정된방식으로이부하회로를교란시킬수있어야한다. 테스트시스템을위한테스트모드및요구사항 [ 그림 1: 충전 ECU(OBC 탑재형충전기 ) 및충전소 (EVSE) 의상호작용 ] 스마트충전을위한스마트테스트 3/11
구성요소테스트및견고성을분석을위해, 테스트시스템은테스트의대상이될각각의구성요소에 입력된오류및표준에부합하는모든인터페이스변수를제공하여야한다. 그림 1 의충전통신 채널을위해테스트해야할항목들은다음과같다. > PWM 구성요소 ( 예 : 레벨, 저항값, 듀티사이클, 시간순서 ) 및 PLC 구성요소 ( 예 : 통신구조, 표준에부합하는통신, 규정된오류메시지 ) 상에존재하는부정확한특성을가진 Control Pilot 신호 > 부정확한코드저항을포함한근접파일럿 (Proximity Pilot) 시뮬레이션된 EVSE( 그림 2) 로 EV 충전전자제어장치 (EV-ECU) 의부품또는견고성테스트를위해, 다음항목들또한테스트해야한다. > 과전압 / 부족전압, 전압기울기특성, 불규칙장애를보이는차량배선시스템전압 > CAN 과같은차량통신의메시지오류및전기적오류 > AC 또는 DC 부하신호에서발생할수있는모든종류의전압장애 > 전세계의다양한그리드 (Grid) 를모방하기위한그리드시뮬레이터 (Grid Simulator) ( 예 : 다양한전압, 주파수, 장애가있는간선등 ) > 필요시, DC 충전전력소비 > 실제또는모방된전력설비시스템으로연결 ( 그리드에뮬레이터 ) > 필요시, www 환경에대한시뮬레이션 스마트충전을위한스마트테스트 4/11
[ 그림 2: 가능한부품테스트 ] [ 그림 3: 상호운용성테스트를위한 Man-in-the-Middle 작동모드 ] 상호운용성테스트를수행하기위해서는충전소와차량사이에테스트시스템을삽입한다 ( 그림 3). 이때, 순수패시브모드와순수게이트웨이모드, 두가지작동모드가있다. High Level 통신모드의 PLC 메시지에대한분석및조작이목적인순수게이트웨이모드에서는차량과충전소의연결이체결된후에는교환되는메시지가암호화되기때문에 CP 선의연결을끊거나, 가로채거나값을변경할수있어야한다. 통신및부하채널을측정및제어하는것과함께, 테스트시스템은테스트케이스를위한실행장치, 기록장치, 모니터링장치, 그리고이상적으로는저작및관리장치를갖추어야만한다. 이미 스마트충전을위한스마트테스트 5/11
체계적인테스트 [2] 에대한수요가증가하고있다. 이에부응하여, IEC/ISO15118[3] 은앞으로표준화 테스트케이스를위한파트 4 및 5 를제공할것이다. 종합적인테스트시스템 [ 그림 4: 충전 ECU(OBC- 탑재형충전기 ) 와충전소 (EVSE) 의상호작용. 멀티미디어윈도우상의 겹쳐진비디오이미지 ] 전반적인테스트시스템에관한복잡한요구를처리하기위해, 시스템설정의목표한감축을통해 하위작업을실현함과동시에모든필수적인요구사항을만족하는모듈식테스트시스템 아키텍처를선택했다 ( 그림 4). 중앙소프트웨어는 Ethernet 옵션을갖춘툴인 Vector Informatik GmbH 의 CANoe 다. CANoe 는테스트실행, PLC 통신시뮬레이션, 차량, 충전통신및모든전기적특성에관한측정및분석데이터를제공하며, 관련하드웨어부품제어와같은작업을수행한다. 이를통해, 관련된모든측정데이터및신호가시간스탬프동기화되어제공되며, 이를평가및저장할수있다. 사용자가생성 [2] 했거나표준화한것과는상관없이, 테스트케이스의생성및관리는 Vector Informatik[7] 의 스마트충전을위한스마트테스트 6/11
vteststudio 통해완성된다. 제시된테스트시스템의상호연결성은이러한테스트시스템 아키텍처를통해하위작업을가능케한다. 충전 ECU 나충전소의시뮬레이션환경을위해, 제시되는시스템은 Vector Informatik[6] 의 VT System 뿐만아니라 comemso GmbH[5] 의 EV Charging Analyzer/Simulator(EVCA) 조합장치를사용한다. EVCA 및 VT System 은모두 CP 신호에서 High Level 통신의 PLC 신호를분리할수있으며 Ethernet 을통해 CANoe 로보낼수있다. 스마트충전통신 (SCC) 의부가장치를통해, CANoe [1] 에서필요한모든분석및조작작업을수행할수있다. [ 그림 5: IEC 61851 및 IEC/ISO 15118 과관련된 SCC 테스트를위한테스트시스템의구성요소 ] VT System 의 EVCA 및 VT7870 모듈은오류입력기능을포함하여 IEC 61851-1[4] 에따라필요한 CP 및 PP 용회로를제공한다 ( 그림 5). VT System 을통해차량통신에대한인터페이스를나타낼수있으며, 차량전력시스템에대한시뮬레이션이가능하다. 필요한경우에는전자부하또는외부전력공급도가능하다. 또한, comemso GmbH 의 EVCA 은실시간으로복잡한 CP 나부하신호의모든장애와함께그원인도동시에감지할수있다. 변조된 PLC 신호와파일럿신호는표준스펙을위반할수있으므로파일럿신호로부터고주파 PLC 신호를상호작용없이분리하기위해특별히개발된아날로그필터회로를사용해야한다. CP 신호의분석을위해 EVCA 는특별히개발된측정절차를사용하는데이절차에서는최대 150 가지의다양한오류및순열을주기마다측정할수있다. 스마트충전을위한스마트테스트 7/11
또한, 부하회로의전류및전압이 EVCA 를통해모든 3 상전류의 RMS 로서정확하게측정된다. 각각의 3 상전류및사인 (Sine) 파주기에대한추가적인전력공급시스템분석을통해, 통신신호의전자파장애를일으킬수있는비대칭간선이용뿐아니라간선장애도확인할수있다. 충전통신은 Ethernet 을기반으로하지만 EVCA 를사용하여측정하는모든변수는별도의 CAN 채널을통해 CANoe 로전송된다. 통상적이며시간동기화된측정및부하회로의시각화를통해서만 CP 신호, PLC 신호, 관련된장애요소및인과관계 ( 필요한경우 ) 를확인할수있다. [ 그림 6: 이동중사용을위한테스트시스템의조합 ] 현장에서사용하는경우, comemso EV Charging Analyzer/Simulator(EVCA) 의모바일버전과 벡터의 CANoe.Ethernet 을 vteststudio 와함께사용한다 ( 그림 6). 이를통해실험실과현장에서 프로토타입단계부터시리즈제품까지테스트케이스의일관성을제공한다. 요약 본기사에서다룬테스트시스템아키텍처를통해, EC 61851-1[4] 및 IEC/ISO 15118[3] 에따른충전동작과관련한구성요소에대한견고성, 표준적합성및상호운용성을체계적으로테스트할수있다. vteststudio 및 CANoe 의개방적인테스트환경은테스트시퀀스의핵심적인명료성과재현성을제공한다. 모듈식아키텍처와 comemso 및벡터툴의조합을통해실제환경이나 스마트충전을위한스마트테스트 8/11
시뮬레이션환경, 또는이중간단계에서의운영뿐만아니라자동화테스트사이클에서의운영도가능하다. 모든레벨에대한이러한분석적접근방식을통해최대테스트깊이를구현할수있는데, 이최대테스트깊이가궁극적으로 E-mobility 고객이만족할수있는견고하고조화로운구성요소의초석이된다. 독일출판물 ATZ electronik, 2014 년 6 월호기사번역판 그림제공 : Vector Informatik GmbH 참고문헌 : [1] Albers, T. (July 2011). Komfortables Laden.Elektronik automotive - Sonderheft Elektromobilität, p. 60-63. [2] Brosi, F., Reuss, H.-C., & Großmann, D. (2013). Communication Conformity Between Electrical Vehicles and Charging Equipment Pursuant to ISO 15118. 13th Stuttgart International Symposium Automotive and Engine Technology. Vol. 2, p. 115-126. Stuttgart: ATZIive. [3] IEC/ISO15118. 2012. Road Vehicles - Vehicle to grid Communication Interface. [4] IEC61851-1. 2010. Electric Vehicle Conductive Charging System - Part 1: General Requirements. [5] EVCA comemso GmbH. 2013. EV Charging Analyzer / Simulator. Retrieved on 2014-08-01 from http://www.comemso.de/index.php/de/produkte/ladesystem-analysator [6] VT System Vector Informatik GmbH. 08 2014 Modular Test Hardware: VT System Retrieved 08 2014 from http://www.vector.com/vi_vt-system_de.html [7] vteststudio Vector Informatik GmbH. (2014). Vector. Retrieved on 2014-08-07 from http://vector.com/vi_vteststudio_de.html 링크 : 벡터홈페이지 : www.vector.com Comeso 홈페이지 : www.comemso.com 스마트충전을위한스마트테스트 9/11
저자 : 키리아코스아타나사스 (Dr. Kiriakos Athanasas) comemso GmbH 의상무이사로, HS Esslingen 에서통신엔지니어링을전공하고, 정보전자기술을연구했다. ADAS 및운전역학시스템에대한시스템및기능안전과관련하여분산컴퓨터네트워크박사학위를취득했다. 키리아코스아타나사스는 Daimler Research & Development 에서 12 년간관련경험을쌓은후, 2009 년 comemso GmbH 를창립했다. comemso GmbH 는 E-Mobility 를위한복잡한측정, 테스트및전자시스템을개발하는업체이다. Kiriakos.Athanasas@comemso.de 하이너힐드 (Dr. Heiner Hild) Vector Informatik 의 VT System 부서의리더이자제품매니저로, VT System 와기타 I/O 테스트하드웨어개발및테스트장비와 CANoe 의연결장치개발을담당하고있다. Stuttgart 대학교에서물리학을전공하였으며영상처리및지리정보시스템분야에서박사학위를취득했다. 2014 년 Vector Informatik GmbH 에입사하기전에는, 운전자지원시스템에관한차량개발분야에서 10 년이상근무했다. Heiner.Hild@vector.com 본보도자료배포시최종인쇄물을당사에보내주시면감사하겠습니다. 배포와관련하여문의사항이있으시면언제든지연락해주시기바랍니다. 스마트충전을위한스마트테스트 10/11
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