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[ER 궁금증] 전기차 충전의 모든 것완속충전·급속충전부터 무선충전까지

[이코노믹리뷰=김동규 기자] 전기자동차는 내연기관 대신 전기모터가 탑재돼 있다. 전기모터는 장착된 배터리로부터 에너지를 받는다. 그리고 배터리는 전기차 충전소에서 충전이 이뤄진다. 얼핏 보면 스마트폰 충전하는 것처럼 매우 간단해 보이지만 전기차 충전은 국가별로 다르고, 충전에 사용되는 커넥터도 방식에 따라 종류가 여러 가지다.

   
▲ 삼성SDI의 배터리가 탑재된 BMW i3. 이코노믹리뷰 김동규 기자

완속충전과 급속충전...‘커넥터가 달라요’

전류는 일정한 전압과 전류를 갖는 직류(DC·Direct Current)와 시간에 따라 전압과 전류의 방향이 변화되는 교류(AC·Alternating Current)가 있다. 전기차는 직류 전원 배터리로 움직이는데 충전속도에 따라 크게 완속충전과 급속충전 방식으로 구분된다. 완속충전은 교류 전원을 이용해 배터리를 충전하는 방식인데 충전기의 교류를 배터리의 직류로 변환해야 하기 때문에 충전 시간이 4~5시간 정도 걸린다. 반면 급속충전은 별도의 변환을 거치지 않고 충전해 완속충전보다 충전속도가 훨씬 빠르다.

완속충전은 한국, 미국, 일본이 공통으로 채택한 AC단상 5핀 방식이 사용되고 있다. 그러나 급속충전은 국가와 제조사마다 방식이 상이해 전기차 제조사나 사용자의 불편이 큰 것으로 알려져 있다. 급속충전은 DC콤보 방식과 차데모(CHAdeMO)방식, AC 3상 방식의 3가지로 나눠진다.

국가기술표준원은 2017년 12월에 전기차 급속 충전방식을 ‘콤보1’으로 권장하는 내용의 한국산업규격(KS) 개정을 고시했다. 콤보1은 미국과 캐나다 등 북미에서 미국자동차공학회 표준으로 채택된 방식이다. 콤보1은 DC콤보 충전방식이다. 이 방식은 완속충전용 교류 모델에 급속충전용 직류 모듈을 동시에 사용할 수 있는 방식이다. BMW i3, 쉐보레 스파트 EV가 이 방식을 택했다. 업계에 따르면 이 방식을 사용하면 커넥터 통합, 공간 활용도 등의 이점이 있는 것으로 알려졌다.

   
▲ 전기차 충전 방식. 출처=환경부

차데모 방식은 일본 도쿄전력을 중심으로 닛산, 도요타, 미쯔비시, 후지 중공업을 주축으로 개발된 충전 방식이다. 직류 방식만을 이용한 충전 방식으로 급속 충전을 목표로 개발돼 교류 충전을 하기 위해서는 별도의 커넥터가 필요해 공간 활용성이 떨어진다는 단점이 있다.

AC 3상 방식은 프랑스 르노가 채택한 방식으로 별도의 직류 변환 어댑터가 필요 없다는 장점이 있다. 낮은 전력을 이용해 효율이 높고, 직류 변환 장치가 필요 없어 다른 충전방식에 비해 인프라를 구축하는 비용이 낮은 것이 장점으로 꼽힌다. DC콤보처럼 하나의 케이블로 급속충전과 완속충전이 가능하다는 것도 장점이다.

테슬라는 자체 충전방식인 ‘슈퍼 차저’를 택하고 있고, 중국에서는 택시와 같은 대중교통수단을 중심으로 전기차 보급을 하고 있는데 차데모 방식을 변형한 자체적인 방식을 운영 중이다.

한편 국내 전기차 충전기 현황을 쉽게 보려면 환경부 전기차 충전소 홈페이지를 이용하면 된다. 환경부 홈페이지를 보면 한국전력, 한국전기차충전서비스, 포스코 ICT, 현대자동차, 에버온 등 타 기관이나 업체가 운영하는 충전소 정보도 동시에 제공된다. 환경부에 따르면 올해 5월 기준 전국에는 1만 823개의 전기차 충전소가 설치돼 있다. 전기차 충전소는 늘어나는 전기차 보급률에 따라 계속 증가할 것으로 전망된다.

   
 

전기차에도 무선충전 기술이 있다

전기차 충전에서도 스마트폰에서처럼 무선충전이 가능하다. WPT(Wireless Power Transfer·무선전력전송)이 업계서 연구되고 있다. WPT기술은 스마트폰 무선충전 기술과 유사하다. 전력을 보내는 송출코일(Tx)을 바닥에 설치하면 전기를 받아 에너지를 충전하는 수신코일(Rx)이 전기차에 탑재되는 것이 기본 개념이다. 다만 직접 송수신코일을 접촉시킨 자기유도방식의 스마트폰 무선충전방식과 달리 일정한 간격이 벌어진 자기공명결합방식이 사용된다는 점에서 차이가 있다.

이 방식을 사용하면 주차장 전체를 전기차 충전소로 만들 수 있어 따로 충전소를 만들지 않아도 된다는 이점이 있다. 또 수시로 충전이 가능해 전기차에 탑재되는 배터리를 크게 만들지 않아도 된다는 것이 장점으로 꼽힌다.

WPT방식은 현재 미국의 와이트리시티(WiTricity)와 퀄컴(Qualcomm)이 2개의 진영을 구축해 상용화 경쟁을 벌이고 있다. 와이트리시티는 미국 MIT의 연구 프로젝트가 기업으로 발전한 엔지니어링 기업이다. 주로 진동 자기장 기반의 공명유도결합을 사용해 무선 전력 전송 장치를 제조한다. 퀄컴은 전자유도 기술을 개량한 자기공명결합방식에 의한 WPT 기술을 개발 중이다.

무선충전에서 가장 중요한 것은 충전 효율이다. 이범선 경희대 전자공학과 교수는 “전기차 무선충전에서도 충전 효율이 가장 큰 이슈인데 스마트폰 무선 충전에서처럼 송수신코일의 위치가 잘못 놓여져 있을 경우 충전 효율이 감소할 수 있다”고 말했다.

WPT는 시내 주차장 대부분에 시스템이 갖춰지고 나면 주로 시내 주행을 많이 하는 전기차 충전을 용이하게 만들어 줄 것으로 전망된다.

김동규 기자  |  dkim@econovill.com  |  승인 2019.05.18  12:04:12
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#전기차, #완속충전, #급속충전, #무선충전, #WPT

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