전기차 대중화의 길 ‘무선충전 기술’

2021년 7월 기준 국내에는 전기자동차 21만 9892대, 전기차 충전기 8만 8907대(비공개 충전기 포함)가 보급돼 있다. 전기차 2.5대에 충전기 1대가 설치된 셈이다. 정부는 2025년 전기차 113만대, 2030년 300만대를 보급할 계획이다. 관건은 역시 충전기 인프라다. 충전기 확대를 넘어 충전 속도와 편의성도 확보해야 한다. 정부와 기업이 ‘무선충전’으로 눈을 돌리는 이유다. 주행 중 충전이 가능한 ‘무선충전도로’뿐 아니라 자율주행과 연계해 ‘자동 주차·무선충전’의 영역까지 연계가 가능하다. 무선충전도로는 충전 불편 해소뿐 아니라 전기차 배터리 용량을 줄일 수 있다는 점에서 전기차 대중화를 촉진할 수 있는 기술로 주목받고 있다.●카이스트가 개발한 ‘자기 공진 ’ 방식

전기차는 상대적으로 긴 충전시간에 비해 주행거리가 짧다. 획기적인 배터리 기술이 나오지 않는 이상 한계 극복이 요원하다. 더욱이 유선 충전은 공간 확보 문제가 뒤따라 확장성에 발목이 잡힐 수도 있다. 이로 인해 전기차 무선충전 기술이 급부상했다.

지난달 24일 대전 유성 대덕특구 순환노선(23.5㎞)에 무선충전 방식의 전기버스인 ‘올레브’가 운행을 시작했다. 무선충전 기술 실증화를 위해 2년간 시범 운행한 뒤 일반 노선에 투입할 계획이다. 올레브에 적용된 무선충전 기술은 한국과학기술원(카이스트)이 개발한 ‘자기공진’ 방식이다. 별도 충전시설이나 연결 없이 전력 공급선을 땅속에 설치했다. 전선 아래쪽에 투자율(자기장의 세기를 결정하는 물질의 성질)이 높은 페라이트 물질로 코어 구조를 만들고 자기장을 위쪽 방향으로만 형성해 빠르고 안전하게 충전할 수 있다.전기를 자기장으로 변환시켜 공급하면 차량에 설치된 인버터가 배터리에 전력을 공급한다. 1시간에 150㎾를 충전해 150㎞를 주행하는데 에어컨·히터 등을 최대 가동해도 약 60%(93㎞) 운행이 가능하다. 대덕특구 순환노선은 버스기사 휴식시간(20분) 중 50㎾를 충전해 운행한다. 전기버스는 3대, 충전시설은 기종점인 카이스트 북문에 4면이 설치됐다. 올레브에는 무선충전장치(수신부), 버스정류장 하부에는 무선충전기(송신부)를 매설하고 85㎑ 대역 주파수를 활용해 버스정류장 진입 전후와 정차 시 무선충전이 가능하도록 설계됐다. 당초 주행 중 충전이 가능한 무선충전도로 또는 정차 시 충전 등이 검토됐지만 규제 등으로 기종점에서 충전해 운행하는 것으로 최종 결정됐다.

조상현 대전시 과학산업과장은 “지역에서 개발한 기술을 지역에서 실증화하고 대역 주파수를 적용해 국제 표준화 기반을 구축했다는 의미가 있다”며 “새로운 시도보다 무선충전의 안전성을 검증하는 데 집중할 계획”이라고 말했다.

전문가들은 무선충전이 경제적이고 안전하며 다수 충전이 가능하다는 장점을 높이 평가하면서도 실효성을 놓고는 평가가 엇갈린다. 2014년 국내에서 무선충전 전기버스를 처음 상업 운행한 경북 구미시 사례는 기대보다 우려를 낳게 한다. 비싼 차량 가격과 부품 공급, 충전 효율 저하 등의 문제가 드러났다. 한 관계자는 “구미에 도입된 버스는 완충 시 60㎞ 운행이 가능했지만 시간이 경과하면서 40% 효율에 불과해 한 번 주행(14㎞) 후 재충전해야 한다”며 “1년에 2개월은 고장과 부품 수급 어려움 등으로 세워 둬야 하는 등 불편이 심각하다”고 말했다.●현대차, 제네시스에 무선충전 실증화

현재 정부 차원에서 다양한 무선충전 관련 사업이 추진 중이다. 환경부는 내년에 택배사 등 물류부문에서 무선충전 시범 사업을 실시한 뒤 승용부문까지 확대할 계획이다. 예산은 무선충전 차량이 없는 점을 고려해 인버터 설치 등 개조 비용을 포함해 총 30억원으로, 25대를 지원하기로 했다. 우정사업본부와 택배사 등 특정 경로를 운행하는 경로형 운송차량과 신선식품 배송처럼 특정 지역에서 운행하는 소형 전기트럭이 대상이다.

버스와 달리 택배 차량 등은 물류집하장에 충전시설이 없기에 물건을 싣는 상차 시간을 활용해 충전할 수 있는 시설을 조성한다. 이후 택배 수요가 많아 정차 시간이 긴 아파트 단지 등에 배달 시간 동안 충전이 가능한 환경을 구축하는 방안도 검토하고 있다.

김승희 환경부 대기환경정책관은 “향후 전기차 수요를 감안할 때 충전시설 확대가 불가피하다”며 “내연차 주유소 수준의 편리한 충전 환경 조성을 위해 무선충전뿐 아니라 가로등형 충전기와 콘센트형 완속 충전기 등 지역 특성을 반영한 다양한 충전기를 설치할 계획”이라고 밝혔다.

대한상공회의소 샌드박스지원센터와 과학기술정보통신부는 지난 9일 ‘정보통신기술(ICT) 규제 샌드박스 심의위원회’를 열어 현대자동차가 신청한 전기차 무선충전서비스 실증 특례를 승인했다. 전기차에 충전 수신기를 장착하고, 주차장 주차면에 무선충전 송신기를 설치해 무선으로 충전하는 방식이다. 현대차는 제네시스 전기차 85대로 무선충전 실증화에 나설 계획이다.

전기차 보급이 늘면서 무선충전 관련 기술 개발도 활발하다. 특허청 분석 결과 2010년 10건이던 무선충전 관련 특허 출원이 2018년에는 42건으로 크게 늘었다. 기술별로는 도로와 전기차의 코일 위치를 일치시키는 송수신 패드 관련 기술이 전체의 56.6%를 차지했고, 정차하지 않고 충전 요금을 부과할 수 있도록 하는 시스템 20.1%, 전기 자기장 방출 저감 기술 12.0%, 코일 사이에 금속 등 이물질을 감지하는 기술 11.4% 등으로 다양했다.

특허청 관계자는 “출원 기술은 무선충전의 성능을 높이는 기술이 대부분을 차지한다”며 “충전 효율은 상업화를 촉진시킬 수 있는 기반이 되기에 관련 기술 개발이 더욱 증가할 전망”이라고 말했다.

●획기적인 충전 개선에는 시간·투자 필요

전문가들은 전기차 무선충전과 관련해 10년을 허비했다며 아쉬워한다. 2010년대 연구가 이뤄졌지만 정부와 산업계 무관심으로 진전이 없었다. 오히려 영국이 한국의 기술력을 활용해 2015년 고속도로에 무선충전도로를 설치하는 계획을 밝힌 바 있다. 한국자동차연구원 이항구 박사는 “언제 어디서나 충전이 가능하다면 배터리 용량이 작아져 전기차 가격을 낮출 수 있고 다양한 활용이 기대된다”며 “우리나라는 배터리뿐 아니라 자동차, 전력 공급자가 ‘원팀’으로 움직일 수 있는 경쟁력이 있다”고 평가했다.

무선충전이 전기차 충전 편의를 획기적으로 개선할 수 있는 대안이지만 현실화되기까지는 시간과 투자가 필요하다. 전자파 문제와 배터리 성능을 저하시키는 열화 현상, 감전 위험, 비·눈이 내릴 때 안전성 등에 대한 검증이 뒷받침돼야 한다. 구미에서 확인됐듯 부품 및 고장 문제 등도 보급 활성화를 위해 반드시 해결해야 할 과제다. 실효성 제고를 위해 주행 중 충전이 가능한 도로 및 신축 건물 주차면 설치를 의무화하는 적극적인 정책 도입 등도 필요하다.

이 박사는 “무선충전의 패러다임 전환은 소비자가 체감할 때 속도를 낼 수 있을 것”이라며 “한정된 예산으로 어려움이 있지만 제한된 구역에라도 무선충전도로를 설치하는 등 혁신적인 추진이 필요하다”고 말했다.