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[경제] 자동차 게재 일자 : 2019년 04월 23일(火)
전기車 ‘무선충전 시대’ 눈앞…운전자 내리면 알아서 충전구역으로 이동
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▲  현대자동차는 지난해 12월 전기차가 혼자서 무선충전 구역으로 이동해 충전한 뒤, 다시 일반 주차구역의 빈자리를 찾아 주차하는 스마트 자율 주차 콘셉트를 공개했다. 현대차 제공



전기에너지→전자기파로 변환
전선 없이 에너지 전달하는
자기유도-자기공진 방식 운용

주차면 바닥패드·車 패드 위치
정확히 정렬 충전해야 효과

도로 달리면서 에너지 공급
‘다이내믹 무선충전’도 연구중


전기차는 효율이 뛰어나고 배기가스를 내뿜지 않는다. 배터리의 발전으로 이제는 완전히 충전했을 때 400㎞ 안팎을 달릴 수 있는 전기차도 상용화됐다. 그런데도 전기차 구매를 망설이게 만드는 이유는 바로 충전 불편이다. 충전소도 부족하지만, ‘급속충전’을 해도 30분 걸려 80% 충전된다. 가정용 완속충전기로는 몇 시간씩 걸린다. 급속이든 완속이든 충전케이블을 꽂아 둔 채 차를 놓고 자리를 비우기도 찜찜하다. 이에 주목받는 게 전기차 무선충전 기술이다. 개인용 스마트 기기에 이미 보편화된 기술을 전기차로 적용하는 것으로, 최근 몇 년 사이 업계에서 전기차 무선충전에 대해 많은 연구와 상용화 시도가 이뤄지고 있다.

▲  코나 전기차 무선충전 시스템. 위트리시티 제공
지난 2월 시장조사 업체 ‘마케츠 앤드 마케츠(Markets and Markets)’ 발표에 따르면, 세계 전기차 무선충전 시장은 2020년 800만 달러에서 2025년에는 4억700만 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이 기간 연평균 성장률은 117.6%에 달할 것으로 예상된다.

◇전기차 무선충전 기술의 발전 = 무선충전 기술은 전기 에너지를 전자기파 형태로 변환해 전선 없이 에너지를 부하로 전달하는 것이다. 자기장을 이용한 무선충전이 일반적인데, 크게 ‘자기유도 방식’과 ‘자기공진 방식’으로 나뉜다. 자기유도 방식은 송신부 코일에서 자기장을 발생시켜 수신부 코일에 전기가 유도되는 원리를 이용해 전력을 전달하며, 시스템 소형화에는 유리하지만 전송 거리가 짧은 게 단점이다.

자기공진 방식은 코일 사이의 자기공진 현상을 이용해 에너지를 전송하는 방식으로, 두 개의 소리굽쇠가 서로 공명해 소리를 내는 것처럼 두 코일을 자장에서 공명하도록 파장을 맞춰 전력을 전송한다. 자기공진 방식의 에너지 전송 거리가 상대적으로 길어 최근에는 업체들이 이 방식에 집중하고 있다.

다만 자기공진 방식도 송·수신부 간에 공진 주파수가 일치해야 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있고, 전력 전송 거리가 길어진 만큼 전송 효율은 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 최근의 무선충전 효율은 케이블을 직접 연결하는 유선 방식과 거의 차이가 나지 않을 정도까지 발전했다. 80∼90% 이상의 충전 효율을 보인다는 게 자동차 업체들의 설명이다. 효율을 높이려면 주차면 바닥 패드와 자동차에 달린 충전용 패드가 정확히 마주하게 위치를 조정하는 게 중요하다. 이에 무선충전 기술은 정밀 자율주차 기능과 함께 개발되고 있다.

현대자동차는 지난해 말 스마트 자율주차 기술 콘셉트를 담은 3차원 그래픽 영상을 공개했다. 운전자가 내린 뒤 자동차가 주차장 내 전기차 무선충전 구역으로 혼자 이동해 충전을 마친 뒤, 다시 일반 주차구역 내 빈자리를 찾아 주차를 마치는 시스템이다. 현대차는 2025년쯤 완전 자율주행차가 출시될 때 이 기술을 적용하는 방안을 검토 중이다.

또 눈이나 비, 낙엽 등 외부에 노출된 무선충전 시설에서도 충전 효율을 높일 수 있도록 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근 세계 시장에서는 전기차가 도로를 달리면서 충전할 수 있는 ‘다이내믹 무선충전’에 대한 선행 연구가 빠른 속도로 진행되고 있다. 자동차업계 관계자에 따르면, 이미 중국을 비롯한 다양한 국가에서 태양광 도로 개발에 발맞춰, 전기를 생산하는 도로와 직접 연결돼 충전되는 자동차 개발 선행연구가 진행되고 있는 상황이다.

◇업체별 무선충전 기술 현황 = BMW는 지난해 7월 플러그인 하이브리드(PHEV) 530e i퍼포먼스 모델에 무선충전 옵션(BMW Wireless Charging)을 리스 형태로 제공한다고 밝혔다. BMW 무선충전 시스템은 유도 충전 스테이션(GroundPad)과 차량 하부에 고정된 보조 차량 부품(CarPad)으로 구성된다. 시스템 충전 전력은 3.2㎾이고, PHEV는 완속충전만 할 수 있어서 차에 내장된 9.2kwh 고전압 배터리를 약 3시간 반 만에 완전히 충전할 수 있다. 충전 효율은 85%, 한 번 충전 시 주행거리는 약 26㎞다.

콘티넨탈은 지난해 2월 자동 무선충전 시스템을 공개했다. 충전 전력을 지상 충전 패드에서 자동차 하단에 장착한 수신 패드까지 무선으로 전달하는데, 자동차와 지상 충전 패드의 정확한 위치 확보가 중요하다. 이에 콘티넨탈은 기존 주차 시스템보다 정밀도를 높인 ‘자기(Magnetic) 위치 시스템’ 기반 마이크로 내비게이션 솔루션을 개발했다. 이 시스템은 지상 충전 패드가 눈이나 낙엽으로 덮여 있을 때도 정확히 감지하며, 90% 이상의 효율성을 갖췄다고 한다.

퀄컴 자회사 퀄컴 테크놀로지는 2017년 5월 주행 중에 자동차를 충전할 수 있는 기술을 시연했다. 시속 100㎞에서 최대 20㎾까지 충전할 수 있다. 동일한 트랙에서 2대가 동시에 충전할 수 있는 방식으로, 달리는 방향이 다르거나 후진할 때도 무선충전을 할 수 있다.

혼다는 올해 미국 라스베이거스에서 열린 소비자가전쇼(CES)에서 무선충전 양방향 에너지 관리 시스템 콘셉트를 공개했다. 전기차의 배터리를 충전할 뿐 아니라 필요하면 자동차에서 전력 시스템으로 거꾸로 전기를 보낼 수도 있는 시스템이다. 이를 통해 전기 수요와 공급 간의 격차를 줄일 수 있고, 정전 때는 전기차를 비상용 대용량 배터리로 사용할 수도 있다는 게 혼다의 설명이다.

카이스트는 2011년 서울대공원 코끼리 열차를 시작으로 2014년 경북 구미시, 2015년 세종시에서 무선충전 전기버스를 운행하고 있다. 무선충전 전기버스는 디젤대비 38%, 압축천연가스(CNG) 대비 33% 연료비를 절감하고, 플러그인(plug-in) 충전 방식이나 배터리 교환 방식에 비해 배터리 무게가 3분의 1밖에 되지 않는다. 카이스트는 무선충전 철도기술과 트램, 빌딩, 드론을 이용한 무선충전 시스템 등도 연구 중이다.

현대차는 2015년부터 전기차 무선충전 기술을 개발하고 있다. 현재 10㎾ 이상급 전력, 85% 충전효율로 시간당 50㎞를 주행할 수 있는 수준의 기술을 확보한 것으로 알려졌다.

지난해 제네바 모터쇼에서는 미국 무선충전 스타트업 위트리시티(WiTricity)와 함께 무선충전 시스템이 적용된 코나 EV(전기차)를 전시하기도 했다.

올해 1월에는 자사의 ‘저주파 안테나 기반 무선충전 위치정렬 기술’을 ‘국제표준화기구(ISO) 전기차 무선충전 국제표준화 회의’에서 발표했다. 무선충전 설비와 전기차 사이 거리와 틀어진 정도를 판별, 무선충전에 최적인 위치에 주차하도록 돕는 첨단 기술이다.

김성훈 기자 tarant@munhwa.com
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