전기차 V2G 통신
인터페이스 국제표준화

전기자동차를 안정적으로 보급하기 위해서는 전기자동차 충전 인프라가 병행하여 구축되어야 한다. 소비자가 전기자동차를 운행함에 있어 불편함이 없도록 전기자동차 충전 인프라를 설치하여 언제 어디서나 편리하게 충전이 가능하도록 해야 한다. 그러나 전력 공급이 원활하지 않을 경우에는 충전을 지연시키거나 충전 전력의 양을 줄여 전체 전력 공급망이 불안정해지는 것을 막아야 한다.
나아가 전력망이 불안정할 경우 전기자동차의 배터리에 충전된 전력을 전력망으로 역으로 공급하여 전력 공급 안정화에 기여하는 것이 필요하다. 이러한 전기자동차의 역할을 위해 ISO TC22/SC21(미래형 자동차 표준화)과 IEC TC69(전기자동차 표준화)에서 ISO/IEC 15118 JWG(Joint Working Group) 1을 결성하여 V2G(Vehicle to Grid) CI(Communication Interface)를 표준화하고 있다.
ISO/IEC 15118 V2G CI 표준에서는 전기자동차와 전기자동차 충전장치 사이의 통신 및 전기자동차와 전력공급망과의 통신에 대한 기본적인 내용을 표준화하고 있다.
현재　ISO/IEC 15118 Part 1, Part 2, Part 3는 각각 IS(International Standard), FDIS(Final Draft International Standard), DIS(Draft International Standard) 단계이며 2014년 상반기에 모두 국제표준으로 제정될 전망이다. 또한 Part 4, 5는 제정된 표준의 적합성 시험표준, Part 6,7,8은 전기자동차 충전인프라 무선통신 표준화를 진행 중이다.
현재 국제표준으로 제정된 ISO/IEC 15118-1은 V2G CI를 위한 일반 정보 및 유즈케이스를 표준화하고 있으며, 전기자동차 충전 프로세스를 A단계부터 F단계로 구분하여 각각의 역할과 충전 인프라가 수행해야 할 기본적인 기능을 정의하고 있다. 국내에서는 ISO/IEC 15118-1 표준을 단체 표준으로 부합화를 수행 중이며, 이후 KS 표준화 작업을 진행할 예정이다. 이와 병행해서 ‘전기자동차 홈 충전시스템과 홈 네트워크 간 통신 인터페이스’에 대한 단체 표준화를 진행 중이다. 이는 한국의 아파트 주거문화에 특화된 홈 네트워크 시스템과 전기자동차 충전 시스템의 연동을 위해 각 서브 시스템 간의 통신 인터페이스를 정의하기 위한 것으로 2013년 말 현재 WD(Working Draft)가 완성된 단계이다.
ISO/IEC 15118-2는 V2G CI를 위한 프로토콜과 OSI(Open System Interconnection) 계층 요구조건에 대한 기술적인 내용을 표준화하고 있다. 기술적으로 특별히 주목해야 할 점은 전기자동차와 전기자동차 충전장치 간에 TCP/IP 통신을 이용한다는 것이다. 스마트그리드 통신기술에서 각 기능이나 기기별로 IP(Internet Protocol) 통신에 대한 논의가 진행 중이지만 전기자동차와 같은 이동형 기기가 IP를 내장하는 것으로 먼저 국제표준화가 진행되었다는 점은 매우 의외이다. 특히 IPv4에 대한 내용은 포함되지 않았으며 IPv6만을 사용하는 것으로 표준화됐으므로, 전기자동차는 각각 IPv6 주소를 바탕으로 통신과 관리가 가능하게 된 것이다.
ISO/IEC 15118-2에서 제시하는 충전 방식은 크게 EIM(External Identification Means) 방식과 PnC(Plug and Charge) 방식이다.
EIM 방식은 충전을 위해 외부 사용자 인터페이스를 가지는 방식으로, 우리나라의 셀프주유소에서 사용하는 터치스크린과 같이 사용자가 직접 조작으로 충전하는 방식이다. PnC 방식은 전기자동차 충전장치에 별도의 사용자 인터페이스 장치를 가지지 않으며, 전기자동차와 충전장치가 통신에 의해 자동으로 충전하는 방식이다.
우리나라에서는 초기에 EIM 방식이 선호될 것으로 예상되며, 차츰 PnC 방식도 적용될 것으로 보인다.
또한 ISO/IEC 15118-2에서는 전기자동차와 전기자동차 충전장치 사이에 주고받는 메시지의 표준을 제시하고 있다. 제공되는 메시지는 Common Message, AC Message, DC Message로 구분된다. 즉 표준은 AC, DC 충전에 사용되는 모든 기본 메시지와 완속충전과 급속충전에 적용되는 각각의 메시지 표준을 제공한다는 것이다.
마지막으로 ISO/IEC 15118-3은 V2G CI를 위한 전기자동차와 전기자동차 충전장치 사이의 유선 물리 계층 및 데이터 링크 계층의 요구사항을 표준화하고 있다. 이 표준은 전기자동차와 전기자동차 충전장치 사이에 적용되는 것으로, 커플러의 종류와 관계없이(차데모 제외) 충전 케이블에 있는 CP(Control Pilot) line과 Earth line에 전력선 통신을 적용한다는 것이다. 즉 전력공급을 위한 전원선(Main Line)에 전력선 통신이 적용되는 것이 아니라 별도의 통신선에 전력선 통신을 사용한다는 것이다.
전력선 통신기술은 원래 전력공급선에 통신신호를 같이 보내고 받는 기술이지만 전기자동차의 경우 여러 가지 이유로 인하여 별도의 제어선에 전력선 통신기술을 사용하는 것으로 표준화됐다. 특별히 전력선 통신에 사용되는 CP Line은 Type 1(5핀, 미국형), Type 1 Combo, Type 2(7핀, 유럽형), Type 2 Combo 충전 케이블 등 어떤 형상의 케이블에도 내장된 것으로, 적용되는 전력선 통신기술의 방식이 충전 케이블의 형상을 선정하는 기준에 영향을 미치지 않는다는 점을 이해할 필요가 있다.

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전기차용 전력선통신 기술의
상호공존성 이슈

현재 ISO/IEC 15118-3의 표준에 제시하는 전력선 통신기술은 HPGP(Home Plug Green PHY) 기술과 G3-PLC 기술 2종류이다.
HPGP 기술은 미국 Home Plug Power line Alliance에서 표준화된 것으로, 1.8-28MHz 대역을 사용하는 광대역 전력선 통신기술로 통신 속도는 10Mbps급이다.
이외에 G3-PLC 기술은 500kHz 이하 대역을 사용하는 협대역 전력선 통신기술로 최대 통신 속도는 250kbps이다.
국내 AMI 시스템에 적용된 전력선 통신기술 ISO/IEC 12139-1(High Speed PLC) 표준은 국내 기술로 개발된 전력선 통신기술을 바탕으로 2006년 제정된 KS X 4600-1을 근간으로 하여 2009년 7월에 국제표준으로 제정 발표됐다. 사용 주파수 대역이 2.15~23.15MHz 대역이며 지원하는 통신 속도는 24Mbps급이다.
여기서 HS-PLC 기술과 HPGP 기술이 사용하는 주파수 대역을 비교해 보면 많은 부분이 겹치는 것을 볼 수 있다. 즉 서로 다른 통신기술이 같은 주파수 대역을 사용함으로써 필연적으로 서로간의 통신에 악영향을 주게 된다. 다시 설명하면, 서로 다른 전력선 통신기술이 같은 매질
(전력선)에서 같은 주파수 대역을 동시에 사용할 경우 주파수 대역의 충돌로 인해 예측할 수 없는 통신 속도의 저하와 데이터 손실 등 오동작이 발생하는 문제가 생긴다. 이러한 문제를 표준 기술간 상호공존성 문제라고 하며 이를 해결하기 위한 다양한 노력이 진행 중이다.
현재 IEEE Std 1901-2010(Homeplug, HD-PLC) 표준과 ITU-T G.hn 표준 간 상호공존성에 대한 기술 표준은 ISP로 정의되어 제정되어 있기는 하나 ISO/IEC 표준을 포함하고 있지 않으며 통신자원을 공정하게 배분하고 있지 못하는 문제점이 있어서 ISO/IEC 12139-1(HS-PLC)와 IEEE Std 1910-2010, ITU-T G.hn 간 상호공존성 표준화에 대한 논의가 ISO/IEC JTC1/SC6에서 진행 중이다.
국내 전력업계 입장은 이러한 상호공존성 기술문제가 근본적으로 해결될 때까지는 HPGP, ISO/IEC 12139-1 두 전력선 통신기술 모두 ISO/IEC 15118-3에 포함돼야 한다는 입장으로 국내 AMI 시스템에 적용된 전력선 통신기술 ISO/IEC 12139-1(High Speed PLC)을 ISO/IEC 15118-3에서 수용할 것을 강력하게 요구하고 있다.
한국전력공사는 ISO/IEC 12139-1 전력선 통신기술을 바탕으로 하는 AMI 시스템을 2020년까지 직접과금 대상인 2,200만 가구에 설치 예정이며, 향후 간접과금 중인 공동주택 1,000만 가구에도 확대 적용 가능성이 있어 전기자동차에 사용되는 전력선 통신기술과 AMI 시스템 전력선 통신기술 간의 상호공존성 문제는 국가 인프라 차원에서 발생하는 문제라는 점에서 그 심각성이 있다.
한편 BMW 코리아, 한국 GM 등 전기자동차 업체에서는 HPGP 기술을 적용한 전기자동차를 2014년 중반 국내 시장에 공급하기 위해 필요한 충전 인프라의 도입 필요성을 강조하고 있다.
전기자동차는 자동차일 뿐 아니라 스마트그리드 AMI 시스템의 일부이며, 수요반응의 대상이며, 이동하는 ESS/분산전원이기 때문에 전기자동차 관련 통신 표준화는 향후 스마트그리드 각 분야에 미칠 파급 효과를 고려하여 신중하고 지속적으로 추진하는 것이 필요하다. 궁극적으로 V2G 서비스를 지원하는 기술의 표준화와 이에 대한 기술개발이 요구된다고 하겠다.

박지식  박사 / 스마트그리드 국가표준 코디네이터