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전기자동차의 무선 충전 기술, 어디까지 왔나?

2014. 11. 12. 10:18

 


안녕하세요? LG CNS 대학생 기자단 박용준입니다.

최근 전기자동차에 대한 관심이 뜨거운데요. 내년에는 4,000대의 전기자동차가 서울과 제주를 달릴 전망이라는 신문기사를 보셨나요? 20년 전만 해도 자동차가 기름 없이 도로 위를 누빈다는 것은 일반인들의 생각 속엔 없었던 것이죠. 많은 장밋빛 기대 속에 등장한 전기자동차. 오늘은 전기자동차의 한계점과 이를 극복할 수 있는 무선 충전 기술에 대해 함께 살펴보겠습니다.  

 

처음 우리에게 등장한 전기자동차는 미래 친환경 자동차로 각광받았습니다. 그러나 출시된 이후, 이를 사용해 본 소비자들은 여러 가지 불편한 점들을 토로하기 시작했습니다. 그 중 가장 큰 불편 사항으로는 짧은 주행 거리, 긴 충전 시간, 그리고 충전 과정의 불편함이었는데요. 

우선, 짧은 주행 거리는 '배터리 용량 효율화'로 해결이 가능해졌습니다. 최근, 배터리 밀도는 점점 개선되고 있는 상황인데요. 이로 인해 현재 150Km 정도인 전기자동차의 주행 거리는 수년 내에 2배 이상 늘어날 것으로 예상하고 있습니다. 또한 500Km 이상의 주행 거리를 자랑하는 플러그인 하이브리드형 자동차가 시장에 출시된 상태입니다. 결과적으로 해결해 나가야 할 전기자동차의 과제는 충전 시간과 충전 과정인 것이죠. 그러면 이 두 가지 사항을 조금 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다.


● 전기자동차의 충전 시간과 충전 과정

시판 중인 전기자동차는 가정용 전원(240V)으로 7~8시간이 지나야 충전이 가능합니다. 전문적으로 전기자동차 급속 충전 인프라가 구축되어 있는 곳에서는 완충하는데 30분 정도가 소요되고 있습니다. 


<씨티카 ‘에버온’ (출처: http://www.citycar.co.kr/)>


물론, 30분이라는 시간을 짧게 여기시는 분들도 있겠지만, 보통 우리가 사용하는 자동차를 떠올려 보면, 생각이 달라지실 것입니다. 경유나 휘발유를 에너지원으로 사용하는 자동차는 주유소만 방문하면 3분 이내로 기름을 가득 채울 수 있기 때문이죠. 다시 말해, 기존의 자동차에 익숙해져 있는 소비자들에게 전기자동차의 충전 시간은 많은 불편함을 유발하는 것이 사실입니다. 요즘처럼 '빨리빨리'를 외치는 시대에 과연 30분 동안 여유 있게 자동차 충전을 기다릴 수 있는 사람이 얼마나 될까요? 여러분의 모습을 한번 떠올려 보세요. 

 

  

앞서, 전기자동차의 가장 불편한 점인, 긴 충전 시간과 과정에 대해 이야기해 보았는데요. 점점 이러한 불편함은 해결될 것이라고 생각됩니다. 다양한 '무선 충전 기술'들이 등장하고 있기 때문이죠. 


자기 공명 방식의 무선 전력 전송을 이용하면, 수십 킬로와트(KW)급 전력을 전송할 수 있다고 하는데요. 이로 인해 전기자동차의 충전 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있고, 가정에서의 충전 시간도 단축 가능하다고 합니다.       

기존의 유선 충전 방식은 충전 케이블을 하나만 꽂을 수 있었습니다. 따라서 전선의 굵기와 배터리의 안정성 등의 문제로 인해, 전송 전력을 어느 수준 이상으로 올리는 데 한계가 있었죠. 하지만 무선 충전 방식의 경우, 비유해보면 가상의 유선 충전 케이블을 적게는 수십 개에서 많게는 수백 개까지 동시다발적으로 꽂는 것과 같은 효과가 있다고 하는데요. 그 결과 앞으로는 수백 KW급의 전력도 짧은 시간 안에 전송할 수 있다고 합니다. 


현재, 이러한 무선 충전 기술에 대해서는 활발하게 논의가 진행 중입니다. 기술 발전 속도를 감안할 경우, 충전 시간이 1~2분까지도 단축될 수 있다고 하는데요. 머지 않아 주유소에 기름을 넣으러 가는 시간보다 훨씬 빠르게 충전이 가능한 시대가 도래할 것 같습니다. 또한 무선 충전을 이용할 때, 운전자가 직접 케이블을 꽂는 불편함이나, 발생 가능한 위험 상황들도 완전히 해결될 수 있을 것이라고 예상됩니다.  

 

앞서, 무선 충전 기술에 대해 살펴보았는데요. 지금부터는 국내외의 사례들을 통해, 무전 충전 기술의 현재 모습을 알아보겠습니다.


● 해외 무선 충전 기술

해외에서 가장 활발하게 무선 충전 기술에 대해 논의 중인 기업이 있는데요. 바로 세계 최대 무선 통신 반도체 업체인 '퀄컴(Qualcomm)'입니다. 퀄컴은 이 사업을 'Halo'라고 명명했습니다. 이는 자기 유도 방식의 무선 충전 기술로, 충전소 바닥 위와 지표면 아래에 설치된 충전기 간의 전력 전송을 통해, 무선으로 충전을 진행하는 방식입니다. 

<퀄컴의 헤일로(Halo) 전기차 무선 충전 기술>


'Halo'는 주차를 한 상태에서 충전이 이루어지는 고정 충전(static charging) 방식뿐만 아니라 다양한 방식을 개발 중이라고 하는데요. 신호대기 등 특정한 구간에 정차 시, 충전이 가능한 세미 다이내믹(semi-dynamic), 도로에 충전 시설을 내장해 주행을 하면서도 충전이 가능한 다이내믹(dynamic) 충전 방식 등이 바로 그것입니다. 


이 밖에도 일본, 독일, 미국에서도 무선 충전 기술 개발은 활발하게 진행 중에 있는데요. 일본 기업인 닛산은 ‘소와비행기공업’과 2015년, 2세대 전기자동차에 무선 충전 시스템을 도입할 계획이라고 합니다. 또한 독일은 도로에 전선을 매설하고 전선 자기장으로 움직이는 도심 전기차를 계획하고 있으며, 미국은 뉴욕시에 ‘헤보 파워’사의 맨홀 뚜껑 형태의 전기차 무선 충전기를 도입했습니다. 


● 국내 무선 충전 기술

카이스트(KAIST)는 온라인 방식으로 주행 중에도 무선 전력 공급이 가능한 기술을 개발 완료했는데요. 이 기술은 세계 경제 포럼(WEF, 다보스 포럼) 선정, 세계 10대 유망 기술로 선정되었습니다. 

<카이스트 온라인 방식 전기차 무선 충전 기술(olev : on-line electric vehicle)


카이스트가 개발한 무선 충전 기술은 20Khz 무선 전력 전송 원천 기술을 이용하는데요. 도로 밑에 매설된 전선에서 발생하는 '자기장'을 차량 하부에 장착된 집전 장치를 통해 '전기 에너지'로 변환합니다. 이 에너지로 차량을 운행하는 새로운 개념의 방식인 것이죠. 

<카이스트 전기차 무선 충전 기술(출처: http://www.smfir.co.kr/20120323/sub02/KAIST_OLEV_kr.pdf)>


이뿐만 아니라, 카이스트는 세계 최초로 주행 및 정차 중에 무선으로 대용량의 에너지를 안전하게 전달할 수 있는 'SMFIR(Shaped Magnetic Field In Resonance, 자기공진 형상화 기술)'의 원천 기술을 개발 완료하여 특허를 확보하고 있습니다.


국내 기업 중 LG전자는 자체 개발한 무선 충전 기술, 무선충전협회(WPC) 정기회의에서 치(Qi) 규격으로 승인받았죠. 이는 별도 연결선 없이 휴대폰을 거치대에 올려 놓으면 충전되는 자기장 유도방식입니다. 또한 LG이노텍은 2012년 무선충전과 근거리 무선통신을 동시에 지원하는 무선충전 모듈사업을 본격화했는데요. 근거리 무선통신을 통한 스마트폰 결제 거래가 증가하면서 무선충전 모듈이 각광을 받고 있습니다.

(*Qi는 2008년 네덜란드 필립스사와 일본 소니사가 주측이 되어 LG, 삼성, 노키아 등 전세계 150여 개 업체가 참여한 무선 전력 컨소시엄(WPC: Wireless Power Consortium)의 국제 무선 전력 표준 인증 마크이다)


지금까지 전기자동차의 한계점과 이를 극복할 수 있는 방안인 무선 충전 기술에 대해 함께 살펴보았는데요. 무선 충전 기술의 발전은 앞으로의 전기자동차 보급에 중요한 영향을 미칠 것이라고 확신합니다. 또한 무선 충전 기술은 전기자동차의 충전만 무선화하는 것이 아니라 자동차의 속성 자체를 변화시킬 것이라고 예상하는데요. 만약 차량 내부 배선을 무선 전력 전송으로 대체한다면, 기존의 자동차와는 달리 복잡한 엔진 자체가 없는 자동차가 탄생하게 되는 것입니다. 따라서 상황에 따라 알맞게 내부와 외부 구조가 변경되는 새로운 개념의 전기자동차가 등장할 수 있을 것이라고 생각합니다. 


우리 일상생활에 서서히 자리매김하고 있는 전기자동차. 끊임없는 기술 개발과 함께 앞으로의 전망은 밝다고 할 수 있겠죠. 전기자동차가 새로운 교통 인프라로서 자리매김하는 날을 손꼽아 기대합니다. 



Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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  1. BlogIcon 안형기 2014.11.13 15:46  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    좋은 글 잘 읽고 갑니다.

  2. BlogIcon 전기공학자 2015.05.20 07:27  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    무선전력전송이 왜 유선보다 빠르게 충전될수 있는지, 가능하다면 그 조건은 무엇인지, 자기공명방식은 무엇이고, 유선일때 전력이 어떻게 전송되고,무선일때는 전력이 어떻게 전송되는지, 무선전력전송의 한계는 무엇인지 등 전혀 고려가 안되있는 글이네요. 전기공학 전공자 입장에서 상당히 속이 쓰려서 댓글 달아봅니다

  3. BlogIcon 전기공학자 2015.05.20 07:39  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    그리고 가정용 전원 240V는 어느나라인가요? 우리나라는 아닌듯 싶은데.. 이런글에 대해 LG쪽에 편집장 업무 담당하는 직원분 안계시나요?

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