전기차 대중화 핵심 프로젝트, 무선 충전 도로와 기술

무선 충전 도로 기술

 

전기차가 점차 대중화가 되고 있음을 다들 몸소 느끼고 있을거다. 나는 전기차가 완벽한 대중화의 모습을 보여줄 수 있는건 2023년 정도로 생각하고 있다. 하지만 여전히 많은 기업들이 대중화 핵심 프로젝트로 무선 충전 도로를 준비중이다. 그렇다면 무선 충전 도로와 기술에 대해서 알아보자.

 

실제로 포스코경영연구원에 의하면 올해를 기점으로 전기차는 초기 시장에 안정적으로 정착할 것으로 예상된다. 이제 전기차 시장은 대중화를 향해 한 걸음 더 나아가야 할 때다.

 

이미 22일 특허청에 따르면 전기차 주행 중 무선 충전 특허 출원이 지난 10년간 총 299건으로 나타났다. 특히 2010년 10건에 불과했던 출원 건수는 2018년 들어 4배 이상 증가했다. 기술별로는 도로와 전기차의 코일 위치를 일치시키는 송수신 패드 기술이 169건(56.6%)으로 가장 많았다. 

 

과금 시스템 60건(20%), 전기 자기장 방출 가이드 기술 36건(12%), 코일 사이 금속 이물질 감지 기술 34건(11.4%) 등의 순이었다. 특히 현대자동차(46건), LG전자(7건), 한국과학기술원(12건) 등 대기업과 연구소가 58%(178건)로 출원을 주도한 것으로 조사됐다.

 

전기차 시장의 대중화를 앞당길 무선 충전 도로

무선 충전 도로 현실화 기술

 

전기차 시장을 활성화하기 위해서는 새로운 충전 방식에 대한 고민이 필요하다. 그렇다면 전기차를 더욱더 빠르게 활성화하기 위해서는 어떤 준비가 필요할까? 전기차를 충전하는 방식에 대한 개발이 대표적이다.

 

지금까지 전기차를 충전하기 위해서는 충전소를 찾아가, 자동차를 주정차하고 충전 케이블을 연결한 후 30분이 넘는 시간을 기다려야 했다. 충전 시간에 대한 이슈도 있지만, 충전소가 현재 주유소만큼 널리 보급되지 않은 점도 전기차 시장의 성장을 저해하는 요소였다.

 

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 무선 충전 기술이 주목받고 있다. 무선 충전은 말 그대로 유형의 연결 없이 해당 디바이스에 전력을 공급하는 기술이다. 그렇다면 무선 충전 기술을 가장 효율적으로 제공할 방법은 무엇일까?

 

현재는 전기차에 충전 케이블을 연결해 전력을 공급하는 방식이 일반적이다. 현재의 전기차 충전소에서 단순히 충전 방식만을 유형에서 무형으로 전환할 뿐이라면, 이용자들이 전기차 충전소를 방문해야 하는 수고는 그대로 남아있게 된다.

 

하지만 도로 아래에 충전시설을 매설하여 무선 충전이 가능하게 한다면 어떨까? 충전 장소 자체가 변화하면서, 자동차 이용자들의 행동 양식에도 혁신을 불러일으킬 것이다.

 

무선 충전 도로 위에서 곧바로 전력을 공급할 수 있다면, 출발지에서 도착지까지 이동하는 중에 경로를 이탈하지 않고 상시 주행이 가능해질 것이라 예상해볼 수 있다. 뉴욕타임스는 “자동 충전 도로는 이동 시장을 뒤바꿀 혁신 기술”이라고 평가하기도 했다.

 

반응형

 

무선 충전 기술을 얹은 양산차 최초

현대차는 저주파 안테나 기반 무선충전 위치정렬 기술도 발표했다. 무선충전 시설과 전기차 사이의 거리와 틀어짐 정도를 판별해 차가 무선충전이 잘 될 수 있는 위치에 주차될 수 있도록 돕는 기술이다.

 

현대는 이 기술이 0~5m까지 적용이 가능해 범위가 넓고, 기존 스마트키 시스템의 저주파 안테나를 변형해 사용하기 때문에 개발 비용도 저렴하다고 강조했다. 무선충전 기술 개발에 열심인 현대는 올 하반기 출시할 제네시스 전기차에 양산차 최초로 무선충전 기술을 얹을 것이라고도 공표했다.

 

하지만 ‘양산차 최초’라는 타이틀은 다른 차에 돌아갔다. 지난 1월 13일 중국의 지기 자동차(Zhiji Auto)가 무선충전 시스템을 얹은 전기차 L7을 공개했다. 상하이자동차와 장지앙 하이테크, 알리바바 그룹의 합작투자회사 지기의 첫 번째 전기차 L7은 93kWh와 115kWh의 실리콘 도핑 리튬이온 배터리를 얹어 주행가능거리가 615~1000km에 이른다. 효율이 91%인 11kW 무선충전 시스템도 갖췄는데 1시간 충전으로 주행거리를 80km까지 늘릴 수 있다.

 

 

도로부터 주차장까지

무선충전 기술을 품은 전기차는 이제 막 선을 보였지만 플러그인 하이브리드차(PHEV)의 무선충전 기술은 이미 2년 전에 양산됐다. BMW는 2019년 미국과 유럽 몇 개 도시에 PHEV 무선충전 시스템을 설치했다.

 

커다랗고 납작한 무선충전 패드 위에 차를 세우면 주차 면에서 발생하는 자기장이 전기를 만들어 배터리를 충전한다. 3시간 30분이면 9.2kW 배터리를 100%까지 충전할 수 있다. 충전 상황은 계기반에서 확인할 수 있는데 충전을 모두 마치면 자동으로 충전이 멈춘다. 디스플레이에 가이드라인이 표시되므로 무선충전 패드 위에 차를 세우는 게 크게 어렵진 않다.

 

사람들이 전기차 사기를 주저하는 가장 큰 이유는 충전 때문이다. 충전만 수월해진다면 전기차 시장은 급속도로 확대될 것이다. 여러 자동차 브랜드가 무선충전 기술 개발에 열심인 것도 이런 이유에서다. 닛산은 무려 10년 전인 2011년 리프의 무선충전 테스트 영상을 공개했다.

 

BMW처럼 납작하고 커다란 충전기 위에 차를 세우면 충전이 되는 기술이다. 당시 닛산은 2018년에 기술 개발을 마치고 2020년에 상용화하겠다고 밝혔다. 하지만 여전히 상용화가 안된만큼 이 기술의 구현화는 어려워 보인다.

 

 

무선 충전 도로 확충을 위한 해외 주요국의 노력

무선 충전 도로의 장점

 

해외 주요국에서는 이미 무선 충전 도로를 확충하기 위한 노력을 이어 나가고 있다. 미국의 퀄컴은 퀄컴 헤일로(Qualcomm Halo)라는 이름의 전기자동차용 무선 충전 시스템(WEVC, Wireless Electric Vehicle Charging)을 개발하고 있다. 퀄컴 헤일로는 전력을 보내는 송전 패드를 도로에 삽입하고, 전력을 받는 수전 패드를 자동차 하부에 달아 충전하도록 하는 기술이다.

 

실제 테스트도 이미 진행하였다. 100m 길이의 테스트 트랙에 무선 충전 수신기를 장착한 전기차를 주행시킨 결과 성공적인 무선 충전을 구현했다. 자동차를 100km/h 속도로 주행해도 20kW급의 무선 충전이 가능하다고 하다.

 

스웨덴은 도로 위에 전도성 레일을 설치해 테스트 중이다. 길이는 1km 정도로 짧다. 차량 아래는 수신기가 달려있다. 수신기가 전도성 레일 위를 지날 때 차량의 배터리가 충전되는 식이다. 전원이 상시 켜져 있는 것은 아니다. 도로는 무선 통신을 이용해 접근하는 전기 차량을 식별해 전원을 켠다. 수신기가 레일에 연결돼 전원을 수신할 수 있는 구역에서만 전기가 공급된다.

 

스웨덴 기업 Elonroad AB 관계자는 해당 충전 방식이 크고 무거운 트랙션 배터리를 대체할 수 있을 것이라고 설명했다. 전기차에 탑재되는 배터리는 주로 트랙션를 쓰는데, 비싸고 무겁다. 하지만 무선 충전에 쓰이는 ‘인 모션’ 배터리를 사용한다면 전기차의 중량과 비용을 감소할 수 있다고 한다.

 

독일 전기차 매체 일렉티브(Elective)는 도로에 전도성 레일을 설치하는 것은 기존 도로 위에 부착하는 형식이라 예산이 많이 들지 않는 것을 장점으로 꼽았다. 도로 아래에 설치하는 번거로움이 없으니 금방 도로에 적용할 수 있다는 말이다. 게다가 차량과 도로 사이의 무선 통신 덕에 충전 사용료는 자동으로 부과할 수도 있다고 말했다.

 

이스라엘은 석유 의존도를 낮추기 위해 무선 충전 기술을 개발 중이다. 이스라엘 스타트업인 일렉트로드(ElectRoad)는 자체 개발한 무선 충전 시스템(DWPT, Dynamic Wireless Power Transfer)을 공개했다. 최우선 목표는 이스라엘에 자동차의 석유 의존도를 낮추는 것이다.

 

일렉트로드의 기술은 동으로 만든 코일을 땅속 274m 깊이에 매설하고 땅 위를 달리는 전기차에 무선으로 전기를 공급하는 방식이다. 배터리 충전뿐만 아니라 자동차끼리 에너지를 공유할 수 있는 기술도 포함하고 있어 큰 관심을 받고 있다.

 

 

무선 충전 도로가 넘어야할 장애물

전기차 무선충전 기술이 상용화되기까진 넘어야 할 장애물이 많다. 내 스마트폰에 무선충전 기술이 있어도 무선충전 패드가 없으면 소용없는 것처럼 자동차 역시 무선충전이 가능한 인프라가 우선 갖춰져야 한다. 그런데 이 작업엔 돈이 많이 든다. 새로 짓는 주차장이나 도로는 그나마 낫지만 이미 있는 도로나 주차장은 바닥을 뜯어내고 송전 코일을 깔아야 한다.

 

전기차 무선충전이 규격화돼 있지 않아 제조사마다 다른 방식으로 개발하거나 이용 중인 것도 문제다. 무선충전 기술은 크게 자기유도, 자기공진, 전자기파의 세 가지 방식이 있는데 도로나 주차장의 충전 기술과 차의 충전 기술이 맞지 않으면 무선충전을 할 수 없다.

 

아이폰을 갤럭시 충전 케이블로 충전할 수 없는 것과 같은 이치다. 전자파나 정전기로 피해를 입을 우려도 있다. 특히 전자기파 방식은 수십 km까지 전력을 보낼 수 있다는 장점이 있지만 전기장과 자기장을 한꺼번에 발생시켜 전송 도중 에너지 손실이 크고 전자파가 인체에 해로울 수 있다는 문제가 있다.

 

테슬라가 무선충전 기술에 관심이 없는 것도 장애물 중 하나다. 세계 곳곳에 슈퍼차저를 세운 테슬라는 사람들이 무선충전보다 슈퍼차저에서 충전하기를 원한다. 생각해보면 당연한 일이다. 그리고 테슬라는 명실상부 세계 최고의 전기차 회사다.

 

이런 회사가 움직이지 않는다면 발전과 개발은 더딜 수밖에 없다. 하지만 수요가 많다면 공급도 늘 것이다. 전기차 무선충전은 충분히 매력적인 기술이다. 세계 각국의 친환경 정책과 자동차 회사의 전동화 전략을 바짝 앞당기는 열쇠가 될 수 있다. 만약 전기차 무선충전 기술이 상용화되면 나 역시 다음 차로 전기차를 살 의향이 있다.

 

 

그 외 개발중인 상용화 가능성이 큰 충전 방법

충전 로봇

충전 로봇

 

폭스바겐이 2019년 12월 공개한 충전 로봇은 가장 편하고 쉽게 전기차를 충전하는 방법이다. 충전소를 찾아갈 필요도, 충전기를 꽂을 필요도 없다.

 

그냥 주차장에 차를 세운 다음 스마트폰으로 충전 로봇을 호출하면 내 차에 달려와 충전기를 꽂고 충전해준다. 트레일러 같은 이동식 에너지 저장 장치를 가지고 다니면서 충전이 필요한 차에 직접 찾아가 충전을 하는 거다.

 

충전 로봇이 다가가면 충전구 덮개가 자동으로 열려 충전기를 바로 꽂을 수 있다. 이 기특한 로봇은 충전을 마치면 대기 장소로 돌아가 호출을 기다린다. 충전 진행 상황은 스마트폰에서 실시간으로 확인할 수 있다. 이 충전 로봇은 아직 콘셉트 단계지만 상용화될 조짐이 보인다.

 

폭스바겐은 2020년 12월 충전 로봇이 대기하는 DC 월박스를 선보였다. 그리고 충전 로봇이나 급속 충전 스테이션을 위한 다양한 연구를 진행할 것이라고 밝혔다. 이런 충전 로봇이 빨리 상용화되면 좋겠다. 그럼 다음 차는 무조건 전기차다.

 

충전 레일

충전 레일

 

다임러그룹은 충전 레일을 생각했다. 독일 만하임의 버스 공장에 전기 버스 e시타로를 위한 충전소를 세우면서 지붕에서 충전할 수 있는 충전 레일을 만든 거다. 이 충전소에서는 일반적인 케이블 충전은 물론 버스 지붕에 달린 충전 레일을 사용해 300kW 급속 충전도 가능하다.

 

충전소에는 네 개의 버스를 충전할 수 있는 주차 공간이 있으며 위쪽에 눈이나 비로부터 차를 보호할 수 있도록 커다란 갑판을 달았다.

 

아직 상용화 단계는 아니지만 상용화된다면 전기 버스 충전이 한층 수월해질 것으로 보인다. 차고지에서 기다리는 동안 지붕에서 레일이 자동으로 움직여 충전을 한다면 충전기를 꽂거나 기다리는 번거로움도 덜하겠지?

 

#CHECK THIS BELOW OUT

네이버 지식백과 관련 영상 바로가기

전기자동차가 이동하면서 충전할 수 있는 도로가 있다?

 

#CHECK THIS BELOW OUT

전기차 경량화 BEST 10 & WORST 10 리스트 및 중요성

 

#CHECK THIS BELOW OUT

[자동차 아이템] 작지만 강한 샤오미 무선 차량용 청소기 강력추천