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전기차 무선 충전, '주파수'방식이 대세인 이유

  • 2021.11.14(일) 06:50

[테크따라잡기]
충전거리에 따라 나뉘는 무선충전시스템
자기공진법, 전기차-충전기 떨어져도 충전

최근 완성차 업체들이 전기차와 함께 충전소 연구 개발을 진행 중이에요. 전기차 보급 속도가 아무리 빨라도 충전소가 대중화되지 않으면 무용지물이기 때문이죠. 최근 완성차 업체가 주목하는 기술은 무선충전시스템(Wireless Charging System)이에요. 이번 테크따라잡기에선 전기차의 무선충전 방식에 대해 알아볼게요. 자세한 설명을 위해 현대자동차그룹, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부의 자료를 참고했어요.

3가지 무선충전법

자기유도방식의 무선충전기시스템. /사진=삼성전자 제공

전기차 무선충전시스템을 설명하기 앞서 무선충전기술에 대해 짚고 가도록 해요. 충전 방식에 따라 그 종류가 △자기유도방식 △자기공진방식 △전자기파방식으로 나뉘어요.

우선 자기유도방식부터 알아봐요. 자기유도방식을 이용한 무선충전기는 어렵지 않게 볼 수 있는데요. 우리가 흔히 보는 스마트폰 무선충전기가 자기유도방식을 활용했거든요.

무선충전기와 스마트폰 내부엔 코일(둥글게 감은 전선)이 각각 있는데요. 무선충전기에 전력을 공급하면 내부 코일에 전류가 흐르면서 자기장이 형성돼요. 코일이 자석 역할을 하기 때문이죠. 무선충전기 코일과 스마트폰 코일이 만나면 자기장이 변화하면서 유도 전류가 생성되는데요. 이 유도 전류가 스마트폰 배터리로 이동되면서 충전이 되는 방식이래요. 

자기유도방식을 활용한 무선충전기술은 자기공진방식보다 기술 성숙도가 높은 편이래요. 그래서 상용화가 쉽다는 점이 강점으로 꼽혀요. 소형화도 가능하고 심지어 수중에서도 이용이 가능하대요. 

하지만 단점도 있어요. 바로 거리인데요. 이 방식은 코일과 코일이 만나야 충전이 가능하기 때문에 무선충전기와 전자기기가 가깝게 붙어 있어야 해요. mm 단위로 떨어져도 효율이 급감하고 발열이 증가한대요.

자기공진방식을 활용한 무선충전기시스템. /사진=현대차그룹 유튜브 캡처

코일이 맞닿지 않아도 충전할 수 있는 방식이 자기공진방식이에요. 무선충전기에 있는 코일에서 특정 주파수로 진동하는 자기장을 생성해 같은 주파수를 가진 전자기기에 전류를 전달하면서 충전이 된대요. 어느 정도 떨어진 곳에서도 주파수만 같다면 충전이 되는 거죠. 

자기공진방식이 자기유도방식에 비해 갖는 장점은 역시 거리겠죠. 전력 전송 거리가 길어 충전기와 0.6~1m 이내에만 있으면 충전이 가능하대요. 하지만 충전 효율이 자기유도방식에 비해 떨어진대요. 충전 시간이 길어진단 얘기예요. 

전자기파방식도 있어요. 수백미터 떨어진 충전기가 수백 MHz에서 수 GHz 대역을 사용해 원격으로 전력을 보내고 센서가 전기에너지를 수집하는 형태에요. 그런데 전자기파방식을 활용한 무선충전기술은 초기 단계래요. 전자파 문제 등 넘어야 할 산이 많다고 하네요.

주차하면 충전은 저절로

완성차 업체들은 이 세가지 방식 중 자기공진방식에 주목하고 있어요. 자기유도방식은 충전 효율이 높다는 장점은 있지만 이 방식을 이용하려면 무선 충전기의 코일과 전기차의 코일이 붙어야 하니깐요. 전기차의 크기도 다르고 배터리 위치도 다 다른데 코일끼리 붙기 쉽지 않겠죠. 아우디, BMW 등도 자기공진방식의 무선충전시스템에 주목하고 있고요. 현대차그룹도 마찬가지예요. 

/사진=현대차그룹 유튜브 캡처

현대차그룹은 자기공진방식 기술을 활용한 무선충전기시스템을 지난 11일 공개했어요. 현대차의 무선충전시스템은 인프라시스템과 차량시스템으로 나뉘어요. 인프라시스템은 기존 유선 충전기 스탠드에 해당하는 컨버터(변환기)와 충전건에 해당하는 자성체 패드로 이뤄져 있어요. 

컨버터를 통해 전력이 공급되면 인프라시스템의 자성체 패드와 차량 하단부의 자성체 패드가 공진을 하면서 전력이 전달되고요. 이렇게 전달된 전력은 차량 시스템의 컨버터를 통해 배터리에 저장되면서 충전이 이뤄지는 원리래요. 바닥에 깔려 있는 자성체 패드에 이물질이 낄 경우를 대비해 이물질 감지 기술도 적용된다고 하네요.

현대차그룹은 이 기술과 자율주행기술을 융합할 것으로 보여요. 주차장 입구에서 운전자가 하차하면 전기차 스스로 빈 주차 구역으로 주행을 하고요. 주차장 바닥에 설치된 자성체 패드로 스스로 충전하거죠.

정부 역시 완성차 업체들이 무선충전기술을 개발하도록 장려하고 있는데요. 최근엔 무선충전 인프라 구축사업을 내년 '예산안 이색사업 20선'에 선정하면서 다양한 지원을 하겠다고 약속도 했어요.

[테크따라잡기]는 한 주간 산업계 뉴스 속에 숨어 있는 기술을 쉽게 풀어드리는 비즈워치 산업팀의 주말 뉴스 코너예요. 빠르게 변하는 기술, 빠르게 잡아 드릴게요. [편집자]

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