무선충전 전기자동차의 PASSENGER CAR 개발은 세계적으로 활발하게 진행 중이다. 여기서는 무선충전 전기자동차의 포준화 동향과 기술 개발의 동향 및 향후 전망에 대해 한국과학기술원 전양배 팀장의 발표 내용을 정리했다.
▲ 한국과학기술원 전양배 팀장
노선에 전류가 흐르게되면 자연스럽게 자기장이 생성되고, 그 자기장 근처에 코일을 감아 놔두면 그 코일에 유도 전류가 발생한다. 1차측, 2차측 트랜스포머들은 이러한 무선충전의 원리로 만들어진다(그림 1).
그림 1. 무선충전 전기자동차의 기술 개념
여기서 문제점은 1차측과 2차측이 떨어지게되면 출력이 급격하게 나빠지게 되는 것인데, 어느정도 출력을 확보할 수 있다면 무선전력전송 기술이 상용화 될 수 있다.
현재 우리나라의 무선충전 전기버스 기술 현황으로, 카이스트 학교 내에 셔틀하는 버스가 무선충전 전기버스로 운행중이다. 1차측과 2차측을 떨어트려놓아도 에너지 전송이 80% 이상 될수 있도록 하는 자기공진현상화 기술이 특징이다.
일본의 경우, 2000년부터 2003년까지 운행한 전기차 히노가 있다. 일본 하네다 공항 근처에서 운행을 했으며 상용화 실패로 현재는 운행하지 않는다. 당시 전기버스 한대가 만든 가격이 한 대당 20억원 이었고 배터리가 10억원이었다. 배터리 수명기간이 3년이라 3년마다 배터리를 교체하기에는 무리가 있었다.
때문에 3년동안 운행했었고 그후로 중단됐다. 다음으로 퀼컴은 뉴질랜드의 오클랜드 대학교에서 만든 전기차의 특허를 2011년도에 500억원을 주고 구매했다. 그래서 현재 퀄컴이 헤일로라는 전기차량을 만들어 팔고있는데, 그 차에 특허기술을 적용할 수 있다(표 1).
표 1. 무선충전 전기버스 기술 현황
무선충전의 핵심은 어떤 주파수를 쓸 것인가다. 주파수에 따라 어떤 스위칭 소재(SG1)를 쓸 것인지 정해지기 때문이다. 주파수를 다루는 것에는 ITU-R(국제전기통신연합)과 IEC가 있다. 우리나라는 우리나라 내부에서 국내표준으로 60kHz로 승인해 할당했지만, 일본은 거꾸로 국내에서 아직도 무선충전주파수가 없다.
하지만 국제적으로는 이미 도요타와 닛산이 자동차 산업표준을 85kHz를 지정했고, 그것을 국제표준으로 끌고 나가고 있다.
IEC에서 진행 중인 IEC 61980 TC69는 무선충전 전기자동차만 다루고 있으며 60kHz에 대한 정의를 추가해 표준으로 채택했다. 그래서 일본과 ITU-R은 85kHz, 우리나라와 IEC는 60kHz로 대립구도는 더욱 깊어지고 있다.
앞으로 논의될 점은 전자파 규격이다. 현재 전자파에 대한 인체 보호기준이 없기 때문이다. 어느정도 노출이 되면 인체에 해로운지에 대한 규격기준을 만드는 것이 2016년도에 집중해서 하기로 협의돼 있다.
무선충전 전기자동차의 향후 전망
우리나라 전기차 시장을 보면 르노삼성 SU 3ZE, 기아RAY EV, 기아 SOUL EV 등 출시에 비해 보급이 원활하지는 않다. 일본 또한 전기자동차를 잘 만드는 것에 비하면 시장내에 보급이 원활하지 않다.
분석 결과로 봤을 때 결정적인 이유는 충전시간에 있다. 일본에서는 3.3kW로 충전을 하여 집에서 하루종일 충전을 해야하고, 그만큼 전기요금이 많이 나오기 때문이다.
이와 대조적으로 유럽은 전기회사가 전기 요금을 결정하기 때문에 전기차 보급이 잘 돼야 전기를 많이 팔 수 있는 구조로 이뤄지기 때문에 보급이 많이 되고 있다(그림 2). 독일에 가면 버스정류장마다 충전기가 배치되어 있을 정도여서 전기차 보급이 빠르다. 문제는 가격이 비싸서 독일 정부에서 보조금을 지원하고 있다.
전세계에 전기차 시장 데이터를 보면 전기차의 수요는 계속 늘어날 것이라고 말한다(표 2).
그림 2. 2014년 글로벌 전기차 판매량
표 2. 무선 충전 전기자동차의 향후 전망
하지만 급격하게 증가할 것인가 질문한다면 그에 대한 대답으로 기술의 문제가 아닌 제도적 문제, 법률적인 문제로 쉽지 않을 것이다.
미래의 전기자동차 시장을 내다봤을 때 기존 차량제작사 시대는 저물고, IT 업체가 전기자동차 시장을 지배하는 시대가 올 것이다.
애플, 구글, 아마존과 같은 IT 대기업의 공통점은 전기차 를 시장에 출시하겠다는 것이다. 구글은 이미 전기차를 기반으로 실제 작동하는 무인주행자동차를 개발해 시연한 적이 있다. 애플과 아마존 또한 전기차 개발하고 있다.
향후 10년 뒤에는 우리가 알고 있는 유명한 차량제작사 업체가 몇이나 남아있을지가 궁금할 정도로 그 자리를 IT 업체들이 대체할 것으로 보고 있다. LG전자는 이미 전장 사업을 시작했고 삼성도 자체 구조조정을 통해 전기자동차 전장사업을 하겠다고 선언했다.
미래 전기자동차 시장을 내다봤을 때 전기차는 중국이 이끌고 갈 것이다. 우리나라가 살아남으려면 전기차에 들어가는 기술과 핵심부품을 개발해야 할 것이다.
정리 : 김연주 기자 (npnted@hellot.net)
