글: Jeremy Cook
2030년이 되면 전기차가 미국에서 판매되는 차량의 절반을 차지할 것으로 예상됩니다. 대서양 반대편에서는 EU가 2035년까지 디젤 및 가솔린 엔진의 판매를 금지하고 완전한 전기차(및/또는 수소차) 시대로 전환할 계획을 가지고 있습니다. 노르웨이에서는 이미 전기차 판매가 내연 기관을 앞질렀습니다. 미국에서 가장 많은 인구 수를 자랑하는 캘리포니아 주는 2035년까지 순수 화석연료 차량의 판매를 중단할 계획입니다. 이러한 추세는 두 말할 것 없이 지속 가능한 전기차에 더욱 가까워질 것이고, 이에 따라 EV 충전 기술의 미래에 대해서도 커다란 궁금증을 불러일으키고 있습니다.
매일 밤 집에서 충전할 수 있다면 이러한 문제를 걱정할 필요 없습니다. 하지만 아파트에 살고 있는 사람이라면 이러한 충전 환경은 기대하기 어렵습니다. 장거리 운전을 좋아하는 사람은 300마일조차 짧게 느낄 수 있습니다.
전기차 사용이 널리 확산되면서 이제는 안정적인 고속 충전 네트워크가 필요합니다. 이번 글에서는 EV 충전 솔루션의 현황과 향후 발전 방향에 대해서 알아보겠습니다. 이유가 무엇이든 콜로라도에서 플로리다까지 전기차를 운전하려면 내년도 아니고, 내일도 아니고, 지금 당장 지원 인프라가 필요합니다.
차량 내장형 충전기
자동차를 전원과 연결시켜주는 장치를 보통 "충전기"라고 부르지만 기술적인 맥락에서 보면 적절하지 않은 명칭입니다. 표준 EV 충전 솔루션은 전기차 전원 공급 장치, 즉 EVSE라고 부르는 것이 더욱 정확한 표현입니다. EVSE는 전기차를 그리드 전원에 연결하여 차량에 내장된 실제 충전기에 전력을 공급합니다. 이 충전기는 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 배터리에 직접 충전합니다. 급속 충전기는 DC 전원을 EV에 직접 공급하여 온보드 전류를 정류하는 단계를 우회합니다.
이러한 차량 내장형 충전기 패러다임이 전기차 배터리의 차량 탑재 방식을 바꿔놓고 있습니다. 외부 장비를 간소화할 수 있기 때문에 새로운 충전소에서 익숙하지 않은 환경에 연결할 때 걱정할 필요가 줄어듭니다.
주택용 EV 충전 레벨 1 및 2
집에서 너무 멀리 떠나 찾아다닐 필요가 없다면 차량 충전이나 램프 전원 공급이 다를 바 없습니다. 차량과 함께 제공되는 레벨 1 충전 케이블을 가지고 다니면서 표준 120VAC 콘센트와 차량 충전 포트에 각각 연결하면 더 이상 할 일이 없습니다! 비록 속도가 느릴지 몰라도 충전 준비는 모두 끝났습니다.
120VAC 회로에서는 전력 제한이 있기 때문에 레벨 1 충전에서는 일반적으로 1시간마다 10마일 내에서 차량을 충전해야 합니다. 하지만 다른 EV 충전 레벨도 존재하며, 레벨 2 충전기는 충전 속도를 높일 수 있습니다. 레벨 2 충전기는 240VAC에서 작동하며, 몇 가지 요인에 따라 다르지만 대략 1시간마다 40마일 내에서 충전할 수 있습니다. 다만, 더욱 빠른 레벨 2 장치에 연결하려면 레벨 1보다 더욱 복잡하기 때문에 전기 전문가를 고용해야 할 수도 있습니다.
미국 내외를 통틀어 장치에 연결할 때는 대부분 브랜드 인터페이스가 SAE J1772라고 하는 규격으로 표준화되어 있습니다. 이 표준은 물리적 형상과 연결부 핀 배열을 규정하고 있으며, 레벨 1 및 2 시스템과 호환됩니다. 추가 연결부는 DC 고속 충전에 사용되어 일반적으로 가정에서 사용할 일은 많지 않습니다.
테슬라는 사용하는 EV 충전 커넥터가 다르다 보니 이러한 표준화의 예외에 해당합니다. 하지만 언제든지 어댑터를 사용해 테슬라 포트를 SAE J1772로 전환할 수 있습니다. 국제적으로 보면, EU는 다른 표준인 IEC 62196을 따르는 반면 일본은 미국과 동일한 SAE J1772 커넥터를 사용합니다. 중국의 충전 표준은 EU 커넥터와 비슷하지만 전기 핀 배열이 다릅니다.
다양한 EV 충전 레벨 및 표준에 대해 자세히 알아보세요.
전기차 충전 솔루션의 현실
집에서 나와 충전하는 경우 오늘날 대략적인 미국 수치는 다음과 같습니다.
- 공용 충전소 50,000곳, 개별 포트 140,000개
- 포트의 80%가 레벨 2 충전 속도 지원
- 포트의 19%가 DC 고속 충전(가장 빠르게 성장하는 카테고리) 지원
- 캘리포니아가 15,000곳이 넘는 충전소를 운영하고 있으며, 그 뒤를 뉴욕과 플로리다가 각각 3,600곳과 3,000곳 운영 중
- 미국에서 포트 1개당 전기차 10대 충전
겉으로 보기에는 이러한 통계가 괜찮아 보일지 몰라도 충전기 분포가 균일하지 않다면 장거리 운전에는 도움이 되지 않습니다. 또한 지금은 충전기 수치가 좋아 보여도 미국 내 총 EV 플릿 수가 증가하면 충전소 수도 함께 늘어나야 합니다. 예를 들어 주유소에서는 5분이면 충분하지만 DC 고속 충전인데도 완충까지 더욱 오랜 시간이 걸린다고 생각해보세요.
테슬라는 자체적인 충전 네트워크를 가지고 있지만 나머지 전기차는 공용 및 전용 시설을 혼용하고 있습니다. 만약 DC 고속 충전을 사용하고 있다면 J1772 플러그 하단에 커넥터 2개가 추가되지만 테슬라는 모든 충전에 동일한 플러그를 사용합니다. 운전자 관점에서는 테슬라 충전 환경이 하나로 통합되어 더욱 간단해 보일 수 있는 반면 J1772 충전 환경은 더욱 다양합니다. Macintosh 제품과 IBM/Windows PC에서 제공하는 사용자 경험이 서로 다른 것처럼 양쪽 모두 장단점이 있습니다.
EV 충전 기술: 장점과 단점, 그리고 잠재적 비현실성
넓은 의미에서 EV 충전 기술의 미래는 다소 단순해 보입니다. 충전소를 늘리고 DC 고속 충전 속도를 높이면 되기 때문입니다. 하지만 정부 정책과 민간 분야의 경쟁 시설이 얼마나 효과적으로 조화를 이룰지는 두고 볼 일입니다. EC 충전 옵션은 마치 일반 주유소처럼 충전기를 당겨 연결한 후 신용 카드, 표준 RFID 기술 또는 통합 앱을 사용해 결제하여 충전을 시작하는 등 전체 과정이 원활하게 이루어질 때 가장 이상적입니다.
하지만 앞으로 각 충전 브랜드마다 자사 앱을 요구하여 이동 중 충전을 더욱 번거롭게 만들 뿐만 아니라 사용자가 광고와 분석에 노출될 수 밖에 없는 추적 서비스를 제공할 가능성이 높습니다. 결과적으로 수백만 대의 전기차가 온라인으로 연결되어 이미 한계에 다다른 전력 그리드에 전원 공급 문제가 가중될 수도 있습니다.
그 밖에도 아직 실험 단계에 있거나 비현실적이지만 새로운 EV 충전 기술로 무선 충전이 가능한 드라이브-온 충전 패드(무선 전화기 충전 패드와 동일한 기술 사용), 온보드 EV 태양열 패널이 있습니다. 두 가지 모두 좋은 생각이지만 아직은 현실성이 떨어집니다.
이상하게 들릴 수도 있지만 정전 시 차량용 배터리를 사용해 주택에 전원을 공급할 가능성도 있습니다. 이 기술은 상당히 현실적일 뿐만 아니라 잠재적으로도 매우 유용해 보이지만 전기 기사가 방문하여 특수한 회로를 설치해야 합니다. 또한 정전이나 비상 상황으로 인해 배터리 한계를 넘어서 다른 곳으로 이동해야 할 때도 문제입니다. 저장하거나 사용할 수 있는 전기가 없다면 그리드 전원이 복구될 때까지 차량도 꼼짝 못하기 때문입니다.
EV 충전 기술의 미래
현재는 충전 포트를 SAE J1772 커넥터에 연결하고 있으며, 여기에 어댑터를 추가하면 언제든지 테슬라 표준에 맞춰 사용할 수도 있습니다. 충전소의 분포, 전반적인 전력 공급 등 아직 해결해야 할 문제들도 존재하지만 이러한 호환성은 EV 충전 기술의 발전에 분명히 도움이 됩니다.
다행스럽게도 대부분 에너지 전달이 이루어지는 가정용 EV 충전 기술은 지금 당장 구매할 수 있는 장비로도 손쉽게 환경을 구성할 수 있습니다. 배터리 기술의 발전과 함께 앞으로 멀리 떨어진 충전소까지 이동해야 하는 일도 줄어들 수 있습니다. 자동차가 1회 충전으로 1,000마일(또는 반만이라도)을 주행할 수 있게 되면 거의 하루 종일 운전하는 것도 가능합니다. 그 밖에 호텔을 결정할 때 WiFi, 조식처럼 충전 혜택이 포함되는지 확인하는 날을 볼 수도 있습니다.
물론 전기차를 개발하려면 다양한 전기 장치가 필요하며, Arrow가 이러한 장치들을 제공할 수 있습니다. 예를 들어 500VDC에서 200A를 처리할 수 있는 Eaton의 XEV25-200 전기차 전원 퓨즈 또는 프로그래밍이 가능한 Phoenix Contact의 EV-PLCC-AC1-DC1 충전 컨트롤러가 있습니다.
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