SAE J3072-2024 강의 연재. 표준 본문의 문장을 옮기지 않고 요구사항을 다시 서술하며, 각 요구사항 뒤의 §번호는 SAE J3072 JUN2024의 조항 번호다. 시리즈 목록은 Grid 코너에서 볼 수 있다. 이 글은 1부이다.
이 연재 앞의 IEEE 2800 열네 편은 송전계통에 붙는 대형 인버터 자원의 표준이었다. 이번 연재의 SAE J3072는 반대쪽 끝에 있다. 전기차 안에 실린 인버터가 충전기를 통해 배전계통에 붙어 계통으로 전력을 내보내는 경우, 곧 V2G-AC(교류 차량-계통)의 접속 요건이다. 두 표준의 물리는 같지만 문제의 성격이 다르다. 태양광 인버터는 한 장소에 고정되어 설치 시점에 그 장소의 설정을 넣으면 되지만, 전기차의 인버터는 오늘 208 V 주차장에, 내일 240 V 차고에 꽂힌다. IEEE 1547이 요구하는 "기준 전압의 88 % 아래로 떨어지면 방전을 멈추라"는 규칙을 지키려면 인버터가 지금 꽂힌 곳의 기준 전압을 알아야 하는데, 그것을 차량에 미리 넣어 둘 수는 없다 1.2.
SAE J3072는 그래서 설정을 충전기(EVSE)에 두고, 차량이 꽂힐 때 전송하도록 정한다. 접속 승인의 문제도 같은 구조로 푼다. 유틸리티의 DER 접속 신청서에는 인버터 모델을 적어야 하는데 어떤 차가 올지 모르므로, 유틸리티는 EVSE를 기준으로 현장을 승인하고 EVSE가 문지기가 되어 J3072에 적합하다고 인증된 인버터 시스템 모델만 방전하게 한다 1.2. 이 글의 논지는 다음과 같다. J3072는 인버터의 성능 표준이 아니라(성능은 IEEE 1547-2018과 1547.1-2020에 맡긴다), '어떤 차가 어떤 충전기에 꽂혀도 그 장소에 맞게 설정되고 허가받은 뒤에만 방전한다'는 절차를 정한 표준이며, 1부는 그 절차가 놓이는 시스템의 개념과 유형을 다룬다.
2024년 6월 개정판의 근거 설명(RATIONALE)에 따르면, 캘리포니아 공익사업위원회(CPUC)가 유틸리티에 V2G-AC 표준 개발을 지시하면서 J3072를 지목했고, UL이 J3072 인증 차량과 짝을 이루는 EVSE 표준 UL 1741 Supplement SC를, SunSpec이 IEEE 2030.5 V2G-AC 프로파일 구현 지침을 만들었으며, 그 과정에서 발견된 오류와 누락을 고친 것이 이 판이다. 2015년 초판, 2021년 3월판을 대체한다.
이 표준은 PEV에 통합된 계통 지원 인버터 시스템 기능의 요건과, 그 기능을 EVSE가 현장에 맞게 구성하고 방전을 허가하는 데 필요한 PEV-EVSE 통신을 정한다. IEEE 1547-2018과 IEEE 1547.1-2020(또는 이후 판)과 함께 쓰이도록 만들어졌다 1. 역할은 셋으로 나뉜다. 유틸리티나 지자체는 J3072 인증 등에 근거해 현장의 접속 승인 절차를 세운다. 차량 제조사(VM)나 대리인은 자기 차량 모델에 설치되는 인버터 시스템 모델마다 분석·검사·시험으로 적합을 확인하고 적합 증명서를 발행한다. EVSE 제조사나 국가 공인 시험소(NRTL)는 EVSE 모델이 J3072 또는 J3072 적합을 요구하는 EVSE 표준과 UL 표준에 적합함을 확인하고 증명서를 발행한다 1.1.
3장의 정의 가운데 이 표준이 스스로 만든 용어가 셋 있다. 인버터 시스템은 차량 전기계통과 계통을 잇는 양방향·4상한 전력 변환 시스템을 두루 가리키는 말로, 차량 안에 분산된 시스템이다 3.13. 핵심 인버터 시스템은 그 부분집합으로, EVSE와 통신해 현장 설정과 방전 허가를 처리하고, IEEE 1547·1547.1 요건을 만족하며, 스마트 인버터 기능을 실행하는 데 직접 관련된다고 VM이 판단한 온보드 하드웨어·소프트웨어·펌웨어 구성요소만으로 이루어진다 3.3. 인버터 시스템 모델 번호는 VM이 핵심 인버터 시스템의 서로 교환할 수 없는 구성마다 부여하는 32자 고유 문자열이다 3.14. 이 셋은 2부의 형상 관리와 인증의 기초다.
인버터의 종류도 구분한다. 양방향 인버터는 교류→직류로 충전하고 방향을 바꿔 직류→교류로 방전할 수 있는 장치이며, 무효전력을 주고받을 수 있는 장치에는 이 말을 쓰지 않는다 3.1. 4상한 인버터는 유효전력과 무효전력을 모두 내거나 흡수할 수 있는 장치로, 방전 중에도 충전 중에도 전류 파형을 전압에 대해 앞서거나 뒤지게 옮겨 무효전력을 만들거나 흡수한다 3.9. 계통 지원 인버터는 무효전력을 흡수·주입하고 유틸리티가 요구하는 스마트 인버터 기능을 실행할 수 있는 인버터다 3.10. 대화형 인버터는 계통과 병렬로 운전하는 인버터(NEC 705조의 옛 명칭은 유틸리티 대화형), 독립형 인버터는 계통에 전력을 보내지 않고 부하에 전압·주파수를 조정해 공급하는 인버터로 V2H·V2L에 쓰인다 3.11, 3.22.
IEEE 1547-2018에서 빌린 용어는 정보의 세 층이다. 명판 정보는 IEEE 1547-2018 10.3이 정의하는 정격으로, 로컬 DER 통신 인터페이스로 제공되어야 하고 구성 정보로 덜 엄격한 값으로 조정될 수 있다. IEEE 2030.5는 이를 DERCapability 객체의 속성으로 본다 3.16. 구성 정보는 10.4가 정의하는 명판 정보의 '구성된 값'으로, IEEE 2030.5의 DERSettings 객체다 3.2. 관리 정보는 10.6이 정의하며 DER의 기능과 모드 설정을 갱신하는 데 쓰이고, IEEE 2030.5는 DERCurve·DefaultDERControl·DERControl 등으로 전달한다 3.15. 3부와 4부가 이 세 층의 흐름을 다룬다.
DER 관리 주체(DME)는 IEEE 1547-2018이 정의하는, 로컬 DER 통신 인터페이스로 DER를 감시·관리하는 주체로 유틸리티, 집합사업자, 건물 EMS, EVSE일 수 있다. 이 표준은 구성 정보의 제공과 방전 허가에 관해 EVSE를 유일한 DME로 본다. 한 DER에 승인된 DME가 여럿이면 DER는 상충하는 명령을 중재할 우선순위 논리를 가져야 한다 3.5. EVSE는 차량에 물리적으로 연결되어 에너지를 공급하는 장치를 통칭하며 이동식 코드세트, 벽걸이 240 V 충전기, 오프보드 직류 충전기가 모두 포함되지만, J3072에서는 구성 정보 제공과 방전 승인의 유일한 DME이기도 하다 3.7. EMS는 PEV나 EVSE와 통신해 충·방전을 제어하는 컴퓨터 시스템의 통칭으로 수용가·배전·계통 수준에 있을 수 있다 3.8.
지점 용어는 IEEE 2800과 이름이 다르다. 공통결합점(PCC)은 구내 계통과 유틸리티 계통이 만나는 점으로 보통 계량기 위치다 3.18. 접속점(PoC)은 DER가 구내 계통에 붙는 점이며 V2G-AC에서는 PEV와 EVSE 충전 케이블의 연결점, 곧 차량 충전 인렛이다 3.19. 적용 기준점(RPA)은 IEEE 1547의 접속·상호운용 성능 요건이 적용되는 위치로 보통 PCC이지만 특정 상황에서는 PoC가 될 수 있다 3.21. 5부에서 볼 동적 보정 기능이 이 둘의 차이를 다룬다. 세계 제조사 식별자(WMI)는 차대번호(VIN)의 첫 부분으로 ISO 3780이 정의하며 3.23, 2부의 모델 번호에 쓰인다.
4.1은 요구가 없는 정보 절이다. Figure 1은 EVSE와 PEV의 기능 블록을 개념적으로 보여 준다. 온보드 인버터 기능은 차량 안의 분산 시스템이 수행하며 단일 장치가 아니다. 소프트웨어 기능은 여러 지능형 장치에 흩어져 있을 수 있고, 그림은 이를 PEV 컴퓨터와 EVSE 컴퓨터라는 큰 상자로 묶었다. PEV는 차량 충전 인렛에서 구내 계통에 붙는 완전한 DER이고, EVSE는 DME다 4.1.
표준의 주된 초점은 EVSE 현장에서 방전하도록 인버터를 설정하고 EVSE가 방전을 허가하는 데 필요한 정보 공유의 요건, 그 논리, 그리고 통신 프로토콜이다. EVSE는 시설 LAN(이더넷·Wi-Fi 등)에 연결되어 시설 EMS와 통신하고, 인터넷을 통해 유틸리티나 집합사업자 EMS와도 통신할 수 있다. 일부 J3072 논리는 EVSE가 EMS의 정보를 필요로 할 수 있지만, EVSE-EMS 통신은 이 표준의 범위 밖이다 4.1.
V2G 응용은 운전자가 수동으로 방전을 시작하는 것보다 PEV 인버터가 시설·유틸리티·집합사업자 EMS와 상호작용하는 것을 전제로 한다. 스마트 인버터 기능의 논리와 정보 모델은 IEC 61850-7-420 ED2가 정의하고, 어느 기능을 구현할지는 정하지 않는다. SAE J2836/3이 PEV에 맞는 기능을 권고하고, IEEE 1547-2018이 그 가운데 많은 기능을 요구하며, 이 표준은 J2836/3 사용 사례 U6, 곧 IEC 61850-7-420 ED2의 협조 충·방전 운용 기능 DTCD의 구현을 요구한다 4.1. PEV가 EMS와 통신하는 프로토콜은 이 표준이 정하지 않지만 세 경로를 보여 준다. PEV와 EMS가 같은 프로토콜(예: IEEE 2030.5)이면 EVSE가 인터넷 메시지를 LAN으로 그대로 이어 주는 브리지가 될 수 있고, 다르면 EVSE가 양방향 프로토콜 변환을 할 수 있으며(ISO/IEC 15118을 쓰는 PEV의 경우), PEV가 Wi-Fi나 제조사 텔레매틱스로 EMS에 직접 닿을 수도 있다. EVSE는 대개 브리지나 변환기 가운데 하나만 제공하며, 여러 브리지 EVSE가 하나의 변환 게이트웨이에 붙을 수 있다 4.1. 이 표준이 정의하는 EVSE-PEV 점대점(P2P) 메시징은 EMS와 PEV 사이의 상위 V2G 교신과 구별되지만, 같은 물리 채널이 두 메시지 흐름을 함께 나를 수 있다.
온보드 인버터를 가진 PEV는 DER로, 연결된 EVSE는 DME로 동작해야 한다. PEV는 EVSE 없이 계통에 붙을 수 없고 EVSE는 전력 변환을 하지 않는다. 시스템 유형은 PEV에 설치된 충전 인렛과 물리 계층부터 응용 계층까지의 전체 통신 프로토콜 스택에 따라 PEV 온보드 인버터 시스템에 부여되어야 하며, 두 문자 코드로 지정되어 인버터 시스템 모델 번호에 포함된다. PEV가 여러 프로토콜 스택을 지원하면 유형마다 ISMN을 가지고, 실제로 성립한 EVSE-PEV 통신에 해당하는 것을 EVSE와 교환한다 4.2.
레거시 유형 두 개는 이전 판에서 정해졌고 새 코드 체계로 대체되지만 역사적 참조를 위해 남는다. A1은 SAE J1772 AC 레벨 2 EVSE와 PEV로, J1772 C1 또는 C1 Combo 인렛의 핀 1(L1)과 핀 2(L2/N)만 써서 교류를 전달하고, 시설 기준 전압은 208~240 V, 최대 연속 충전 전류는 80 A rms를 넘지 않으며, J3072 정보는 J2931/4에 따라 J1772 제어 파일럿 위의 P2P 전력선 통신으로 전달하고 상위 계층은 J2931/1과 IEEE 2030.5를 따른다 4.2.1.1. B1은 SAE J3068 EVSE와 PEV로 AC6 인렛(DC8 콤보 접점 유무 무관)에 단상 또는 3상 교류를 전달하고 J3068의 LIN-CP로 정보를 전달한다 4.2.1.2. A1은 C1로, B1은 D2로 대체된다 4.2.1.
새 유형 지정에서는 양방향 세션을 시작하기 전에 해당 디지털 통신 표준에 따라 최대 전압과 최대 전력을 EVSE와 PEV가 디지털로 협상한다. AC와 DC 핀이 분리되어 있으면 이 표준에서는 AC 핀만 전력 전달에 써야 하고, 공유 핀이면 전력 전달을 AC로 제한해야 한다 4.2.2. C[*]는 J1772에 따른 PWM-CP와 J2931/4에 따른 PLC-CP 디지털 통신을 성립시키고, 공칭 및 5 % 듀티비에 관한 추가 요건은 J3400을 따르며, IEEE 2030.5에 관한 EVSE-PEV 추가 요건은 SunSpec의 'IEEE 2030.5 V2G-AC Profile Implementation Guide for SAE J3072'를 따른다 4.2.2.1. D[*]는 J3068의 LIN-CP 통신을 성립시키고 LIN-CP와 SunSpec Modbus의 추가 요건은 J3068/1과 J3068/2를 따른다 4.2.2.2. E[*]는 C와 같은 PWM-CP·PLC-CP 위에 ISO 15118 시리즈를 쓰되, 이 문서와 IEEE 1547의 통신 요건을 만족해야 하며, NOTE는 ISO 15118-20:2022가 이 문서의 요건을 채우는 데 필요한 구성과 파라미터를 기술하지 않는다고 밝힌다 4.2.2.3. 각 문자 아래의 숫자 1·2·3은 인렛이 J1772 C1(Combo 유무 무관), J3068 AC6(DC8 유무 무관), J3400(NACS)임을 뜻한다.
이 판의 발효일 기준으로 C[*]와 D[*]는 모든 장비에, A1과 B1은 레거시 장비에 계속 승인되고, E[*]는 기술 시연 외에는 승인되지 않는다 4.2.3. ISO 15118-20이 아직 J3072의 파라미터를 담지 못했다는 NOTE가 그 이유다.
4장 서두는 각 절의 요지를 미리 적는다. 요구는 "shall" 문장으로 표시되며 PEV 요구는 차량 제조사가, EVSE 요구는 EVSE 제조사가 지킨다 4. 4.3은 인버터 시스템 모델과 32자 ISMN의 부여, 4.4는 VM의 인증 절차와 변경 시 재인증, 4.5는 UL 1741 Supplement SC 인증 EVSE에의 접속, 4.6은 접속 시 PEV와 EVSE의 통신으로 그 장소·세션에 맞는 명판·구성·관리 정보를 갖추는 절차(부록 B가 파라미터 해설), 4.7은 세션 중 DME와의 교신(EVSE가 방전 허가와 IEEE 1547 기능 관리의 배타적 DME, 협조 충·방전 기능, 동적 보정 기능), 4.8은 IEEE 1547-2018 적합과 1547.1-2020 시험, 4.9는 자동차 산업의 안전 필수 전자 장비 관행 준수다 4. 이 연재는 2부에서 4.3~4.5, 3부에서 4.6.1~4.6.5, 4부에서 4.6.6의 관리 정보, 5부에서 4.7~4.9와 부록을 다룬다.
SAE J3072가 푸는 문제는 인버터가 돌아다닌다는 사실에서 나온다. 고정 DER의 두 승인(지자체 허가와 유틸리티 접속 신청)은 인버터 모델과 현장 설정을 전제로 하는데, 로밍 PEV는 둘 다 미리 정할 수 없다. 표준의 답은 EVSE를 유일한 DME이자 문지기로 세워, 현장 설정을 EVSE가 보관해 접속 때 전송하고, 인증된 인버터 시스템 모델에만 방전을 허가하게 한다. 그 위에서 인버터 성능은 IEEE 1547-2018과 1547.1-2020에 맡긴다. 시스템 유형 코드는 통신 스택(C: PLC-CP + IEEE 2030.5, D: LIN-CP + SunSpec Modbus, E: PLC-CP + ISO 15118)과 인렛(1: J1772 C1, 2: J3068 AC6, 3: J3400)의 조합이며, 이 판에서 승인된 것은 C와 D다.
이 구조는 한국의 V2G 제도 설계에 두 가지를 시사한다. 첫째, 로밍 인버터의 접속 승인은 차량이 아니라 충전기 단위로 해야 하고, 충전기가 현장 설정의 저장소이자 허가권자여야 한다. 둘째, 인버터 성능 표준(한국은 분산형전원 연계 기술기준)과 절차 표준(J3072에 해당하는 것)을 분리해야 차량 제조사의 인증과 충전기 제조사의 인증이 독립적으로 굴러간다. 2부에서는 차량 안의 분산된 인버터 기능을 하나의 '모델'로 정의하고 번호를 붙이고 인증하는 4.3~4.5를 다룬다.