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전기차, 유선을 넘어 무선충전의 시대가 개막될까?

ev라운지
입력 2023-03-17 17:44:00업데이트 2023-05-09 17:47:55
전기차의 보급속도에 맞추어 충전인프라와 속도는 전기차 시장에서의 경쟁력이 되었다.
완속충전부터 급속충전, 초급속 충전에 이어 최근에는 무선충전에 대한 기술개발과 인프라 확충이 뜨거운 감자로 대두되고 있다.
그렇다면, 전기차의 무선충전은 어떻게 이루어지며 실제 무선충전이 원활히 이루질 수 있는 여건과 환경이 되는지에 대해 알아보자.

<무선충전의 방식>
현재 개발 및 연구되는 무선충전 방식은 크게 3가지로 분류된다.

A. 자기유도방식


스마트폰 등 디바이스를 충전할 때 가장 많이 사용되는 기술이다. 자기장이 변하는 곳에 도체를 두면 전위차가 발생하여 자기장이 유도전류를 발생시켜 배터리를 충전하는 방식

B. 자기공명방식



자기유도방식보다 조금 더 자유로운 방식으로 어느정도 떨어진 곳에서도 동일한 주파수를 갖고 있는 기기를 충전이 가능한 방식

C. 전자기파 방식


수백 MHz~ 수 GHz 대역을 사용해서 수 미터 떨어진 충전기가 원격으로 전력을 보내고 센서가 전기에너지를 수집하는 형태.

충전방식에 따라 전송거리와 주파수, 전력, 인체 유해성에 대한 내용은 아래와 같다.

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=dLzy1tP0uoE출처 : https://www.youtube.com/watch?v=dLzy1tP0uoE


A방식의 경우 무선충전 패드와 전기차 배터리의 충전점이 일치되지 않으면 충전이 진행되지 않는다.
이러한 문제로 A방식은 채택되지 않으며 주로 B 또는 C 방식이 채택이 유력하다.

그러나 무선충전의 경우 유선충전보다 문제되는 부분이 있다.

먼저, 속도이다.
스마트폰 기준으로도 무선충전의 경우 10W 정도의 속도로 충전이 되지만 유선충전의 경우 30~40W 사이까지 지원이 된다. 속도에서 이미 3~4배 차이가 나버린다.
"그렇다면 무선충전의 속도를 더 올리면 되는 것 아닌가?"라고 생각할 수 있는데, 여기서 두 번째 문제가 있다. 바로 발열문제이다.
발열이 발생하는 이유는 에너지를 송신-수신 하는 과정에서 IC 자체의 효율이 떨어져 LOSS가 되고, 코일과 코일 사이의 로스가 발생하며 잔여에너지가 열에너지로 발현되는 것이다. 이러한 발열이 심해질수록 충전속도도 느려지며 온도 자체가 높아지게 되어 위험성이 증가할 수 있는 부분이 있다.

특히나, 많은 전력량이 필요한 전기차의 경우라면 발열로 인한 화재와 더불어 많은 양의 전자파로 인한 인체 유해성, 충전패드와 전기차 배터리 공간 사이에 금속물질이나 이물질 등이 들어가는 이벤트 등이 문제가 되었었다.
그러나, 최근 SAE인터내셔널(비영리 국제 엔지니어링 협회)에서 (전기차에 쓰이는 5핀 완속충전기 역시 해당 협회에서 발표한 국제표준) 전기차 무선충전 표준을 만들었다. 이러한 표준을 바탕으로 각 제조사들이 차량에 무선충전패드를 기본 적용할 가능성이 높아졌는데, 이는 무선충전 기술을 위한 여러 문제를 해결할 수 있는 방법들이 연구단계에서 상용화 전 단계까지 발전되었음을 뜻한다.

출처 : 현대차 제네시스 무선충전 시범사업 사진/ 좌측 : 무선충전 패드, 우측 : 무선충전중인 GV70(EV)출처 : 현대차 제네시스 무선충전 시범사업 사진/ 좌측 : 무선충전 패드, 우측 : 무선충전중인 GV70(EV)


국내에서는 현대자동차그룹이 이러한 전기차 무선충전시스템 확장에 박차를 가하고 있다.
현대차가 그리는 청사진은 전기차의 자율주행과 무선충전시스템이 결합된 것인데, 목적지 주차장까지 도착하면 탑승자가 하차함과 동시에 차량이 주차부터 무선충전까지 스스로 진행하는 편리한 생활이 가능하도록 하는 것이다.

정부 또한 이러한 신기술 사업의 규제를 풀어 무선충전 시장 육성 및 상용화에 일조하고 있다.
최근 과학기술정보통신부는 '디지털산업 활력제고 규제혁신 방안'을 발표하며 연말까지 전기차 무선충전 용도의 주파수(85㎑)를 공고해 기기 상용화 기반을 마련하기로 했다. 또 전자파 위험도가 낮은 저출력 무선충전 기기부터 단계적으로 제품별 '기기 인증제도'로 전환해 동일한 기기는 한 번만 인증 받으면 이후 별도 설치 허가 없이 이용할 수 있도록 제도를 개선한다는 방침이다.

현재는 제네시스 강남·제네시스 수지·현대 모터스튜디오 고양에 설치된 무선충전기 패드를 통해 GV60와 GV70 전기차 모델에 한하여 무선충전이 가능하지만, 인프라 확충 및 상용화 기술이 발전하면 전기차 무선충전은 이제 먼 미래가 아니다.

초급속 충전을 넘어, 앞으로 다가올 전기차 무선충전 기술의 상용화가 빠르게 이루어졌으면 좋겠다.

EV라운지 파트너 필진 퓨처 evlounge@donga.com