구매한 배터리 모듈이 차량 제어기와 통신하는 데 어려움을 겪고 계신가요? 혼자가 아닙니다.
전기차용 적절한 통신 프로토콜 선택은 성공적인 전기화 프로젝트의 절대적인 핵심입니다. 오늘은 BMS, VCU, 충전 통합을 완벽하게 만들기 위해 알아야 할 상위 8개 프로토콜을 소개하겠습니다.
전기차의 주요 통신 프로토콜은 무엇인가요?
차량 내 및 충전 통신의 주요 프로토콜에는 신뢰성 높은 부품 제어를 위한 CAN/CAN FD, 고대역폭 데이터를 위한 자동차 이더넷, 저비용 센서를 위한 LIN, 결정론적 실시간 동기화를 위한 TSN, 중장비 차량 네트워킹을 위한 SAE J1939, 안전한 플러그 앤 차지용 ISO 15118, 충전소 백오피스 관리를 위한 OCPP, 차량과 충전기 간 핸드쉐이크를 위한 CCS(PLC)가 포함됩니다.
특정 플랫폼에 적합한 아키텍처를 알고 싶으신가요? 바로 시작해 봅시다.
1 CAN / CAN FD (컨트롤러 영역 네트워크 / 유연한 데이터 속도)
전기공학자 또는 VCU 제어 엔지니어라면 이미 CAN을 알고 계실 겁니다. 이는 차량 내 네트워크의 대표적인 핵심 프로토콜입니다.
전통적인 CAN 2.0은 수십 년 동안 사용되어 왔으며, 최대 1 Mbps의 속도와 8바이트 페이로드로 작동합니다. 그러나 전기차가 더 복잡해지면서 전통적인 CAN은 병목 현상을 일으키고 있습니다.
여기서 CAN FD (유연한 데이터 속도).
CAN FD는 페이로드를 최대 64바이트로 늘리고 데이터 속도를 최대 8 Mbps까지 끌어올립니다. 이는 고속 셀 전압, 온도, 충전 상태(SoC) 데이터를 버스 혼잡 없이 VCU에 빠르게 전달해야 하는 현대 배터리 관리 시스템(BMS)에 매우 중요합니다.
왜 중요한가: 고전력 환경에서 높은 신뢰성과 강력한 결함 허용성을 제공합니다.
문제점: 1단계 셀 제조업체들은 대량 표준 생산에 적합하게 만들어졌으며, 원시 모듈을 기꺼이 판매하지만, 이 모듈들이 차량과 통신하게 만드는 데 큰 엔지니어링 골칫거리를 남깁니다.
프로젝트를 이끄는 수석 엔지니어라면, 여기서 막힐 수 있습니다. 엔지니어링 우선의 통합자로서, 아스트레온 다이내믹스 구매한 원시 모듈을 완전히 인증된 에너지 시스템으로 전환하며, 맞춤형 VCU 통신과 지능형 BMS 아키텍처를 포함합니다.
2 자동차 이더넷
차량은 본질적으로 이동하는 데이터 센터가 되고 있습니다.
CAN FD는 제어 메시지에 적합하지만, ADAS(첨단 운전자 지원 시스템), LiDAR, OTA(무선 업데이트) BMS 펌웨어 업데이트에 필요한 방대한 데이터를 처리할 수 없습니다.
이때 자동차 이더넷이 등장합니다. 100BASE-T1 및 1000BASE-T1과 같은 표준을 활용하여, 단일 비차폐 꼬임선(U TP) 케이블을 통해 100 Mbps에서 1 Gbps까지 전달합니다.
무게 감량: 단일 꼬임선을 사용함으로써, 자동차 이더넷은 전통적인 차폐 케이블에 비해 배선 하니스의 무게와 비용을 크게 줄입니다.
IP 기반: 차량 네트워크가 인터넷과 동일한 TCP/IP 프로토콜을 사용할 수 있게 하여, 클라우드 진단이 훨씬 쉬워집니다.
3 LIN (로컬 인터커넥트 네트워크)
모든 EV 구성 요소가 초고속, 고보안 데이터 전송을 필요로 하는 것은 아닙니다.
간단한 시트 모터나 주변 조명 컨트롤러에 CAN FD를 사용하는 것은 과도하며 불필요하게 비용이 많이 듭니다.
LIN은 단선, 저비용 직렬 네트워크 프로토콜입니다. EV 맥락에서는, 비중요한 열 관리 액추에이터, 냉각수 밸브, 저수준 센서의 서브 네트워크로 LIN이 자주 사용됩니다.
비용 효율적: 하드웨어 비용을 크게 절감하며(슬레이브 노드에 쿼츠 크리스탈이 필요 없음).
계층 구조: 이는 엄격하게 마스터-슬레이브 아키텍처로 작동합니다. 마스터 노드는 일반적으로 메인 CAN 버스에 연결되어 게이트웨이 역할을 합니다.
4 TSN (시간 민감 네트워킹)
표준 이더넷은 대역폭에 뛰어나지만, EV 파워트레인에 치명적인 결함이 있습니다: 결정적이지 않다는 점입니다.
VCU가 인버터에 중요한 토크 벡터링 명령을 보내거나, 열 이벤트 동안 고전압 PDU(전력 분배 장치)에 신속한 차단 명령을 보내는 경우, 무작위 네트워크 지연을 감수할 수 없습니다.
TSN은 이더넷 위에 계층화된 IEEE 표준 세트입니다(정확한 시간 동기화를 위한 802.1AS 및 트래픽 스케줄링을 위한 802.1Qbv와 같은).
보장된 지연 시간: TSN은 중요한 제어 데이터가 정확한 시간에 도착하도록 보장합니다.
전기차의 미래: 도메인 중심 및 존별 차량 아키텍처로 이동함에 따라, TSN은 VCU, BMS, 모터 컨트롤러 간의 동기화를 위한 표준이 될 수 있습니다.
5 SAE J1939 (중장비 표준)
참고: 이 가이드는 중장비 및 상용 전기차를 대상으로 하므로, J1939를 포함하였으며, 이는 이 분야의 절대 표준입니다.
전기 트럭, 해양 선박 또는 오프하이웨이 건설 장비를 제작하는 경우, 표준 CAN만 사용하는 것이 아니라 SAE J1939를 사용하고 있습니다.
J1939는 물리적 CAN 버스에서 작동하지만, 중장비 부품을 위한 표준화된 메시지 세트(PGNs 및 SPNs)를 정의합니다.
표준화: 이는 브랜드 A의 모터 컨트롤러가 브랜드 B의 VCU에서 보내는 스로틀 위치를 쉽게 이해할 수 있게 합니다.
적용 분야 집중: 대형 트럭과 광산 차량은 매우 신뢰할 수 있고 중장비 배터리 시스템을 요구합니다.
귀하의 엔지니어링 팀이 까다로운 애플리케이션을 위한 배터리 구동 모빌리티를 개발하는 경우, 통합 작업이 매우 복잡해질 수 있습니다. Astraion Dynamics의 사명은 이러한 까다로운 실제 환경에 적합한 배터리 시스템 통합을 더 실용적이고 배포 준비가 되도록 만드는 것입니다.
6 ISO 15118 (플러그 앤 차지)
차량 내 네트워크에서 차량-충전기(V2I) 통신으로 전환합시다.
ISO 15118 은 전기차와 충전소(EVSE) 간의 통신을 정의하는 국제 표준입니다. 그 핵심 기능은 “플러그 앤 차지(Plug & Charge)”입니다.
작동 원리: 사용자가 충전기를 꽂으면, 전기차와 EVSE는 TLS(전송 계층 보안) 암호화를 사용하여 자동으로 상호 인증하고 디지털 인증서를 교환합니다.
이점: RFID 카드 스와이핑이나 번거로운 스마트폰 앱 열기 없이도 결제가 원활하게 처리됩니다.
스마트 충전: ISO 15118은 양방향 충전(V2G – 차량-그리드)을 가능하게 하여, BMS가 실시간 셀 온도와 SoC에 기반하여 충전기에 필요한 정확한 전력량을 알려줄 수 있습니다.
7 OCPP (Open Charge Point Protocol)
ISO 15118이 차량과 충전기 간의 연결을 담당하는 반면, OCPP는 충전기와 중앙 클라우드 백오피스 간의 연결을 담당합니다.
OCPP는 본질적으로 충전소 관리의 범용 언어입니다.
클라우드 관리: 충전 운영자가 충전기 상태를 모니터링하고, 펌웨어 업데이트를 추진하며, 청구 관리를 하고, 여러 충전기 간에 전력을 부하 분산하는 것을 가능하게 합니다.
OCPP 2.0.1: 최신 버전은 ISO 15118 Plug & Charge에 대한 네이티브 지원, 향상된 보안, 그리고 더 나은 스마트 충전 프로파일을 포함합니다.
도매상, 수입업체, 그리고 대규모 에너지 배치를 처리하는 ESS 통합업체에게 있어 최신 OCPP 버전 지원은 필수입니다.
8 CCS 통신 (통합 충전 시스템)
DC 고속 충전기에 접근할 때, 차량의 고전압 시스템은 대량의 전력을 안전하게 협상해야 합니다.
CCS 통신은 PLC(전력선 통신)에 의존합니다. 구체적으로, 충전 케이블의 제어 파일럿(CP) 핀을 통해 고주파 신호를 주입합니다.
안전 우선: DIN 70121 및 IEC 61851과 같은 표준은 초기 핸드셰이크를 규정합니다. BMS가 열 이상을 감지하면, CCS 통신선은 즉시 충전기에 전원 차단을 지시합니다.
통합 도전: CCS 프로토콜을 온보드 PDU 및 액체 냉각 시스템과 통합하는 것은 매우 어렵습니다. 배터리 프로젝트는 종종 기계적, 열적, 전기적, 제어 시스템이 하나의 조정된 솔루션으로 개발되지 않기 때문에 실패합니다.
바로 이것이 아스트레온 다이내믹스 존재하는 이유입니다. 우리는 맞춤 CNC 가공 인클로저, 정밀 액체 냉각판, 고전압 PDU, 그리고 지능형 제어를 하나의 조정된 작업 흐름으로 결합합니다.
결론
배터리 팩의 CAN FD부터 충전소의 ISO 15118까지, EV 통신 프로토콜의 복잡한 네트워크를 탐색하는 것은 매우 복잡합니다. 이러한 프로토콜을 올바르게 적용하면 파워트레인이 안전하고 반응성이 뛰어나며 미래 지향적이게 됩니다.
하지만 올바른 프로토콜을 갖추는 것만으로는 절반에 불과하며, 이를 견고하고 현실적인 하드웨어에 통합하는 것이 진정한 도전입니다.
통합 위험을 제거하고 시장 출시 시간을 단축할 준비가 되셨나요?
At 아스트레온 다이내믹스, 기업 포지셔닝은 간단합니다: 중장비, 해양 및 오프하이웨이 애플리케이션을 위한 궁극적인 “셀 / 모듈 자체 탑재”중장비, 해양, 오프로드 애플리케이션을 위한 통합 허브. 당신이 화학 반응을 제어한다면, 우리는 엔지니어링을 숙달합니다.
프로그램 매니저 또는 R&D 이사로서 원시 모듈을 완전하게 통합된 플러그 앤 플레이 전력 시스템으로 전환하려면, 함께 이야기합시다.
