■ 기술 소개

최근 각국 정부가 친환경 교통 정책을 펴는 한편 자동차 회사들이 전기만으로 움직이는 자동차를 지속적으로 개발하여 선보이고 있다. 이러한 흐름만 보면 당장이라도 전기자동차가 널리 보급될 것 같지만, 아직 전기자동차가 상업적으로 성공하기까지는 갈 길이 멀다는 것이 중론이다.

전기자동차 산업이 답보 상태인 가장 큰 원인은 ‘배터리’에 있다. 배터리의 가격이 비싸 전기자동차의 가격이 같은 성능의 내연기관 자동차에 비해 높고, 충전시간이 길며, 충전 후 주행거리(per-charge driving distance)가 만족스럽지 않기 때문이다.

이런 배터리 전기자동차의 여러 문제들을 해결하기 위해 제안된 기술이 한국과학기술원(KAIST)에서 개발한 ‘무선충전 기술을 이용한 온라인 전기자동차(OLEV, On-Line Electric Vehicle)’이다. 일반적으로 전기자동차의 배터리를 충전하려면 자동차와 충전장치를 물리적으로 연결해야 한다. 반면 온라인 전기자동차의 배터리는 비접촉 충전 메커니즘을 이용한다. 따라서 도로 아래 매설된 전력 충전/급전 인프라로부터 주행 중에도 무선으로 충전할 수 있다.

충전/급전 인프라는 자기장을 생성하고 자동차 내부에 전류를 유도한다. 자동차에는 자기장으로부터 유도된 전류를 수집하는 전기 픽업 장치(pickup device)가 있어, 여기에서 생성된 전기가 배터리를 충전한다. 충전/급전 인프라는 인버터와 전기유도 케이블로 구성되며, 온라인 전기자동차에 충분한 전력을 공급하기 위해 여러 대의 충전/급전 인프라가 하나의 노선에 설치된다.

이러한 메커니즘 덕분에 온라인 전기자동차는 충전을 위해 물리적으로 전원에 연결하고 충전되기를 기다리는 수고를 하지 않아도 된다. 차량이 주행 중일 때에도 지속적으로 충전되어 전기자동차의 비가용시간을 상당부분 감소시킬 수 있는 것이다.

온라인 전기자동차는 타임지에서 발표한 2010년 50대 발명품에 선정되면서 서울시에서 고려 중인 차세대 전기에너지기반의 대중교통 시스템으로 주목받고 있다.

2013년 2월에는 세계경제포럼(다보스포럼)에서 ‘세계 10대 유망기술’로 KAIST의 온라인 전기자동차가 선정되기도 하였다. 온라인 전기자동차는 KAIST 캠퍼스 내 셔틀버스로 2012년 9월부터 운행 중이며, 2013년 7월부터는 구미 시내 왕복 24km 버스구간에서 시험운행하고 있다.

관련 기술 - 무선 전력 송수신 기술

■ 기술의 정의

▲ 파워매트 갤럭시3 무선충전기, 출처- 데이터넷.

전자기기가 임의의 위치에 있어도 필요한 전력을 무선으로 자유롭게 공급받을 수 있도록 전기를 사용하는 기기의 전력선을 없애고 대신 무선으로 전력을 공급하는 기술

■ 기술실현의 장애요인
. 낮은 효율, 인체에 미치는 영향, 고효율 안테나 사용에 따른 전자파의 직진성으로 고정된 위치에서만 사용돼야 하는 단점이 있음
. 현재 상용화된 스마트폰 무선충전 기술인 자기유도 방식이 사용 편의성이 떨어지는 등 제한요소가 많음

■ 기술의 예상 실용화 시기
1~2년 후
. 현재 무선충전 기술은 자기유도 방식과 공진 방식의 표준이 경쟁을 벌이고 있는 가운데 무선 충전 지원 스마트폰 출시가 예고되는 등 빠른 시장 활성화가 기대

■ 기술개발동향

○ 한국
한국과학기술원에서 전자기장을 기존의 3배인 60㎑로 높여 180㎾의 대용량 전력을 전송하는 데 성공
한국전자통신연구원은 소형 멀티미디어 기기에 무선으로 전원을 공급하는 자기공명형 무선충전 시스템 기술 개발
삼성전자는 한 대의 충전기로 스마트폰, 스마트 패드 등 여러 대 단말기를 동시에 무선 충전할 수 있는 기술을 개발

○ 미국
애플사는 충전기 없이도 아이폰이나 아이패드를 충전할 수 있는 독자적인 방식의 무선충전 기술 특허를 신청
제너럴 모터스는 자동차 안에서 스마트폰을 무선으로 충전하는 장비를 2012년부터 일부 차량에 적용

▲ OLEV 버스, 출처- PHYS.

관련기술- 무선충전 전기자동차 기술 (OLEV)

■ 기술의 정의

도로에 전기선을 매설해 자기력을 발생시킨 뒤, 차량에서 발생된 자기력을 무선으로 공급받아 전기로 변환시켜 동력원으로 사용하는 기술

■ 기술실현의 장애요인

상용화 기술을 개발하기 위해서는 현재 확보된 기술을 통합하여 현장에 적용하는 Test Bed
구축이 필수적임. 이를 위해서는 차량 운행을 위한 급전 시스템 기술의 보완과 차량에 전기
를 공급하는 급전 도로의 시공방법 및 유지관리 기술을 개발하여야 하며, 안전성과 신뢰성을
확보할 수 있는 인증 기준 마련이 필요함

■ 기술의 예상 실용화 시기

3~4년 후
수십 ㎾급의 전력을 전송할 수 있는 자기 공명 방식의 전기자동차 무선충전 시스템이 개발돼 시제품으로 제작되고 있는 단계로, 빠른 시일 내에 상용화 될 것으로 예상됨

■ 기술개발동향

○ 한국
한국과학기술원은 코일의 설계 변수들을 물리적 구조 변수와 코일의 권회수로 분리하는 기법을 통해 무선 전력 전송의 효과적인 설계 기술 제시 및 세계 최초로 자기공진화 형상 기법을 통해 무선충전 전기자동차를 제작했다.
한국전자통신연구원은 2008년부터 IT 융합을 위한 무선전력 기술 개발에 착수했으며, LS전선은 2009년 말 자기공명 무선전력 전송 기술을 개발했다.

○ 미국
무선충전 전문업체 에바트랜에서 전기자동차를 근접에서 충전할 수 있는 자기유도방식의 ‘플러그스 파워’ 무선 충전 솔루션 출시

○ 일본
닛산자동차는 정차시에 무선충전 할 수 있는 기술을 개발했다.