무선 EV 충전 작동 방식
게시 됨: 2022-11-04
이제 우리 모두는 무선 스마트폰 충전에 꽤 익숙해졌지만, 전기차도 같은 방식으로 충전할 수 있다면 어떨까요? 이 기술은 현재 개발 중입니다. 곧 Tesla를 충전하기 위해 해야 할 일은 주차하는 것뿐입니다.
무선 전기 자동차 충전 작동 방식
무선 EV 충전은 자기 유도를 통해 스마트폰이 충전되는 방식과 유사한 방식으로 작동합니다. 유도 충전은 일반적으로 충전된 금속 코일을 통해 한 영역에서 전자기장을 생성하여 작동하며, 이 전자기장은 해당 필드의 영향을 받을 만큼 충분히 가까운 다른 영역에서 전류를 생성합니다. 전자기장은 전류를 생성하기 때문에 전원을 전송하는 데 코드가 필요하지 않습니다.
스마트폰에서 프로세스는 전화기가 계속 접촉해야 하는 자석이나 패드를 통해 작동합니다. 전기 자동차에서는 동일한 기본 개념이 더 많은 전력으로 더 큰 규모로 사용되어 충전 패드와 차량 사이에 더 많은 공간을 허용합니다. 유도 충전 패드가 바닥에 놓여 있고 자동차가 그 위에 주차되어 있습니다. 차량 내부의 카메라는 충전 패드 위에 올바르게 위치하면 운전자에게 알려줍니다.
자동차가 패드 위에 주차되면 접지 패드와 EV에 부착된 패드가 전류를 생성합니다. 접지 패드는 그리드의 전력으로 충전되어 전자기장을 생성합니다. 자동차 밑면의 충전 패드는 바닥의 패드와 동일한 자기 주파수로 공진하고 전류가 생성되어 차량의 배터리를 충전합니다. 자석을 정밀하게 정렬하고 터치해야 하는 스마트폰 충전과 달리 EV 유도 충전은 더 많은 여유가 있습니다. 에어 갭은 밀리미터가 아닌 인치일 수 있습니다.
무선 스마트폰 충전이 전력 전송을 통해 약 80% 효율인 경우 무선 EV 충전은 훨씬 더 낫다고 주장합니다. Tech YouTuber Matt Ferrell은 자신의 비디오 중 하나에서 WiTricity라는 무선 EV 충전 기술을 만드는 회사와 이야기했습니다. 이 회사의 CEO는 무선 충전 장비의 효율성이 약 99%라고 주장합니다. 이는 충전소나 집에서 플러그를 꽂는 것과 거의 같습니다.
플러그를 꽂는 대신 무선으로 충전하면 효율성이 떨어질 것으로 예상하기 때문에 놀라운 일입니다. 그러나 다른 데이터는 이 수준의 충전 효율성을 지원하는 것으로 보입니다. Rochester Institute of Technology의 Green Technology Accelerator Center는 무선 충전 회사 HEVO와 협력하여 무선 EV 충전이 프로토타입 장치에서 95% 효율이라는 연구를 수행했습니다. 2018년 미국 에너지부 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 97% 효율로 최대 120kW 무선 충전을 진행했다.
그렇다고 해서 우리 모두가 내일 Tesla를 무선으로 충전할 것이라는 의미는 아닙니다. 기술은 아직 테스트 단계에 있습니다. 그러나 WiTricity는 이미 잘 작동하는 것으로 알려진 기술로 여러 EV 모델을 개조했습니다. 다른 여러 국가에서도 이를 테스트하고 대중 시장 솔루션을 위해 노력하고 있습니다. 대중화될 수 있을 정도로 개선된다면 현재 모델의 무선 충전 키트가 널리 보급될 것이며 새로운 EV에는 무선 충전 기능이 내장될 것입니다.
Ferrell이 자신의 비디오에서 말했듯이 자율 주행 및 자동 주차 차량의 자율성을 허용할 수 있습니다. 주차 공간이나 도로에 내장된 패드를 통해 스스로 충전할 수 있다면 하루 종일 작업을 완료하기 위해 사람의 개입이 필요하지 않을 것입니다. 예를 들어 라스트 마일 차량은 무선 충전 패드에 주차하거나 무선 충전 패드를 통해 운전하여 충전할 수 있으며 하루 종일 연결하지 않아도 됩니다. 하지만 현실에 가까워지기 전에 자율 주행 기술의 더 많은 개선이 필요합니다.
또한 코넬 대학교는 이미 도로에 이식할 수 있고 운전할 때 자동차에 전원을 공급할 수 있는 무선 충전 패드를 개발하고 있습니다. Drexel University는 또한 도로에 내장될 수 있고 충전 패드 간의 오정렬을 더 잘 견딜 수 있는 무선 충전 기술을 개발하고 있습니다.
이러한 종류의 기술을 도로에 광범위하게 구축하는 데 드는 비용은 아직 확인되지 않았으며, 무선 충전 도로가 과도하게 높을 경우 주류가 되는 데 방해가 될 수 있습니다. 미국은 현재 도로와 교량의 유지 관리와 관련하여 좋은 기록을 가지고 있지 않지만, 최근 의회가 대규모 기반 시설 법안을 승인함에 따라 이러한 추세가 개선되는 것을 볼 수 있기를 바랍니다.
무선 EV 충전의 과제
대중 시장 무선 충전의 큰 장애물 중 하나는 비용입니다. 글을 쓰는 시점에서 WiTricity는 무선 충전 스테이션 중 하나가 약 700달러라고 말합니다. 그러나 기술이 너무 새롭기 때문에 이 시점에서 실제 비용을 계산하는 것은 까다롭습니다. 그것은 당신이 단일 차량을 개조하는 것에 대해 이야기하는지 아니면 전체 차량에 장비를 갖추는 것에 대해 이야기하는지에 달려 있습니다. 또한 Eco Experts에 따르면 무선 충전 기능이 있는 일반 EV 세단을 장착하는 것보다 대형 전기 버스에 여러 개의 패드를 추가하는 데 더 많은 비용이 들 것입니다. 결론은 글을 쓰는 시점에서 무선 충전 기술은 개인용으로 설치하는 유선 충전 스테이션보다 훨씬 더 많은 비용이 든다는 것입니다.
기술이 향상되고 더 넓은 시장 채택으로 이동함에 따라 그 가격은 희망적으로 떨어질 것입니다. 그러나 현재로서는 많은 EV 운전자를 위한 실용적인 솔루션이라기보다 값비싼 참신함에 더 가깝습니다. 이에 더해 현재 무선 EV 충전 인프라가 많지 않다는 사실도 있습니다.
충전 속도는 또 다른 장애물입니다. Green Car Reports에 따르면 이 기술이 몇 년 전에 처음 대중화되기 시작했을 때 약 3.5kW의 전력만 전달했습니다. 글을 쓰는 시점에서 그 속도는 11kW로 증가했으며, 이는 충전 시간당 배터리에 약 34마일의 전력을 추가하기에 충분합니다. 특히 잠시 동안 주차할 경우 상당히 빠르지만 평균적인 DC 고속 충전(DCFC) 스테이션과는 거리가 멉니다.
충전 패드가 활성화되어 있는 동안 금속이 충전 패드와 접촉하면 어떻게 되는지와 같은 몇 가지 안전 문제도 해결해야 합니다. 전류가 패드를 통해 흐르기 때문에 금속 물체가 가열되어 결국 화재를 일으킬 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 제조업체는 안전 장치를 구축하고 있습니다. Ferrell의 동영상에서 WiTricity의 CEO는 금속 캔이나 고양이와 같은 물체가 몸을 따뜻하게 하려고 기어가는 것을 감지하면 충전기가 꺼지고 휴대전화로 알림을 보낼 것이라고 설명했습니다. 사람이 충전 패드에 너무 가까이 다가가면 충전 패드도 꺼집니다. WiTricity의 웹사이트는 이러한 예방 조치를 조금 더 자세히 설명합니다.
무선 EV 충전의 다음 단계
2007년경부터 개발 중인 무선 EV 충전은 향후 몇 년 안에 마침내 주류가 될 수 있습니다. SAE(Society of Automotive Engineers)는 2020년에 무선 EV 충전 표준을 비준하여 대중 시장에 출시할 수 있음을 알렸습니다. 제조업체가 기술을 적절하게 테스트하고 개발하면 전기 자동차에서 무선 충전이 표준이 되는 것을 보게 될 것입니다.
인프라가 이 아이디어를 따라잡고 과거 모델에 대한 개조 키트가 일반 소비자에게 적당해지기까지는 시간이 걸릴 것입니다. 그러나 흥미로운 방향으로 나아가는 단계입니다.