자동차에 적용되는 무선충전 기술 (작가 시리즈 7편)

Wireless Charging Technology Applied In The Automobile (Writer's Series Vol. 7)

전기 자동차 도입과 관련된 가장 큰 과제 중 하나는 바로 충전입니다. 첫 전기 자동차는 아주 짧은 주행거리로 제작되었는데 이는 곧바로 폐차장으로 향할 것임을 의미했습니다. 사람들은 한 번에 몇 시간 동안 충전 한 뒤 20-30 또는 50마일 정도만 주행할 수 있는 차량을 사기 위해 돈을 쓰지 않았죠. 첫 모델은 장거리 주행을 위해 제작된 것이 아니었습니다.

시간이 지나 배터리 사양이 점점 더 좋아졌습니다. 주행 거리뿐 아니라 성능도 개선되었죠. 그리고 사람들은 양질의 전기 자동차에 관심을 갖기 시작했습니다. 하지만 여전히 차량 충전이 문제였고 공공 충전 스테이션은 더 보편화 되었습니다. 그럼에도 충전은 전 세계 많은 전기 자동차 소유자들에게는 큰 부담으로 다가왔습니다. 주유소에서 몇 분 만에 주행 준비를 끝낼 수 있는 것만큼 편하지 않았던 것이죠. 세계 각국 정부는 수년 동안 디젤 및 가솔린 차량을 없애기 위해 노력해왔습니다. 이를 고려해 자동차의 무선충전은 전 세계 기업의 목표가 되어야 할 것입니다. 현재 무선충전은 어디쯤 있는지, 그리고 미래의 모습은 어떠할지 한번 살펴보도록 하죠.

자동차용 무선충전은 무엇을 의미하나?

간단히 말해, 무선충전은 전선을 사용하지 않고 전력을 한 지점에서 다른 지점으로 전달하는 것을 말합니다. 이에 숨겨진 개념은 상호 유도로 알려져 있습니다. 기본적으로 변압기가 작동하는 방식과 같은 것이죠. 코일은 교대로 자기 상태로 유지되는데 이는 전기교류가 코일에 공급되기 때문에 가능한 것입니다. 코일 크기는 교류 주파수에 의해 결정됩니다. 그런 뒤 기기의 다른 코일 (이 경우, 자동차)로 전달되는 방식이죠.

이 기술에는 더 많은 과학이 적용되어 있지만 기본적으로 코일과 회전 수 사이의 공간이 생성된 전기 크기에 영향을 미칩니다. 전기 자동차의 무선충전은 이 원칙에 따라 작용합니다.

다른 대안이 있나?

네, 있습니다. 용량성 무선충전은 앞서 설명한 상호 유도가 아닌 정전기를 전달합니다. 이 방식으로 전력은 도로 위의 플레이트를 통과하고 차량의 경우 하부에 설치된 수신 플레이트에 전력을 전달하게 됩니다. 도로 가장자리에 위치한 충전 스테이션은 이 고주파 AC 전력을 전송하게 됩니다.

자동차용 무선충전은 어떠한 방식으로 작용하나?

충전 슬롯에 자동차나 기타 차량을 주차하면 배터리 충전이 시작됩니다. 이는 충전 포인트를 찾아 케이블을 차량에 연결하는 기존의 방식보다 훨씬 편리합니다. 이는 원격으로 휴대전화를 충전하는 기술과 거의 동일한 방식으로 작동합니다. 케이블을 찾아 벽에 얽매이는 대신 에너지 전달이 이루어지는 매트에 전화기를 놓기만 하면 되는 것이죠.

전기 자동차에는 코일이 설치되어 있어 지면에 놓여 있는 유사한 코일로부터 유도 에너지를 받을 수 있습니다. 스케일엑스트릭(Scalextric)을 생각해 보죠. 차량 밑에서 계속되는 전류가 아닌 지정된 공간에 주차할 때 마다 충전이 지속되는 기능을 제공하고 있습니다. 이 교류전기(AC) 에너지는 자동차에 설치된 컨버터를 통해 직류전기(DC) 에너지로 변환된 후 사용할 수 있습니다.

이는 불편한 케이블 없이도 전기 자동차에 전력을 공급하는데 필요한 에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 방법입니다.

무선충전 차량의 장점

무선충전에는 다음을 포함한 몇 가지 장점이 있습니다.

  • 부피가 큰 케이블을 가지고 다닐 필요가 없음
  • 편리함
  • 충전기가 없기 때문에 더 안전함
  • 충전 케이블의 유지 보수가 필요치 않음
  • 케이블 시스템의 먼지 및 물 유입을 감소시킴

보시는 것과 같이 현재 대부분의 전기 자동차에 동력을 전달하는 케이블은 이러한 동력 전달 방식으로 인해 많은 문제점을 지니고 있습니다. 케이블의 상태가 좋지 않으면 전기로 인한 부상이나 심지어 사망까지 이어질 수 있기 때문에 케이블이 삽입되어야 하는 소켓은 유지 보수를 필요로 합니다. 휴대 전화가 충전 포트를 통해 먼지나 물에 영향을 받는 것과 마찬가지로 차량 역시 물이나 다른 이물질의 영향을 받을 수 있습니다. 지면과 차량의 충전 스테이션은 이러한 문제로부터 자유롭습니다.

무선충전 차량의 단점

앞서 언급한 바와 같이 무선충전은 자동차를 충전하는 획기적인 방법입니다. 하지만 이 방식에도 아래와 같은 단점이 있습니다.

  • 시스템 설치가 어렵고 비용이 많이 필요함
  • 차량을 정확하게 주차해야 함

차량을 정확하게 주차하는 능력이 모든 사람들에게 있는 것은 아닙니다. 다른 이들의 적절치 않은 주차에 대해 언급한 웹사이트와 소셜 미디어 페이지도 생겨났죠. 이런 경우에는 오히려 다른 사람들에게 가십거리가 될 수 있습니다. 주차의 정확도에 따라 동력 전달이 달라집니다. 올바른 위치에 차를 주차하지 않으면 충전은 진행되지 않는 것이죠.

전 세계 수백만 곳에 이러한 충전 스테이션을 설치하는 것 또한 엄청난 비용을 필요로 합니다. 하지만 이런 인프라에 대한 투자는 전 세계가 함께 헤쳐나가야 할 부분입니다.

미래에는 어떻게 될까?

다음 단계는 계획자들과 제조업체들이 함께 어떻게 나아갈지를 결정하느냐에 따라 달라질 것입니다. 본 기사에서 설명한 기술은 차량을 충전하는 방식을 바꿀 수 있습니다. 하지만 이는 정부의 계획과 재정적 투입을 필요로 하죠. 충전 플레이트를 설치하는 것은 재정적으로 지속가능성을 지녀야 합니다. 하지만 환경에 미치는 영향을 긍정적일 것입니다. 따라서 자동차의 무선충전은 편리할 뿐 아니라 긍정적일 수 있습니다.