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“전기자동차, 앞으로는 무선충전 방식이 해법”

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KAIST가 세계 최초로 개발한 무선충전 전기버스. 기자가 찾은17일에도 대전 KAIST 캠퍼스에서 정상적으로 운행되고 있다. 사진은 이날 학사식당 앞 승강장에서 점심시간 동안 무선충전중인 전기버스 모습.프리랜서 김성태

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전기자동차는 전 세계적으로 지구 온난화와 미세먼지 극복의 대안으로 떠오르고 있지만, 충전방식과 이로 인한 제한된 주행거리가 골칫거리다. 지금은 기존 주유소처럼 곳곳에 설치되는 충전소를 이용하면 되지만, 긴 충전시간과 짧은 주행거리, 불편한 충전방식이 단점이다.

전기자동차의 미래는 어떤 모습일까. 특허청은 17일‘전기자동차의 충전방식은 무선이 해법’이라고 밝혔다. 2009년부터 최근 10년간 전기차 충전방식 특허를 조사ㆍ분석한 결과다. 특허청에 따르면 지난 10년간 국내 특허 중 유선충전 분야는 큰 변화가 없었으나, 무선 충전 관련 특허는 총 1036건에 달한다. 특히 2009년 24건에 불과하던 무선충전 방식 특허는 2016년 148건에 달하는 등 2010년대에 들어서 매년 100건을 훌쩍 넘어서고 있다.

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무선충전 출원건수

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지난 10년간의 무선충전 관련 특허를 세부적으로 보면 무선충전 설비와 인프라 관련이 42%(435건)로 가장 많았다. 다음으로 자기공진 충전 방식(409건)이 40%의 비중을 보이고 있다. 다음으로 자기유도 방식 16%(167건), 전자기파 방식 2%(25건) 순이다. 무선충전 설비와 인프라는 무선충전 스테이션, 충전 인터페이스, 충전 제어 및 대금 결제 서비스 등에 관한 응용 기술을 의미한다.

출원인은 내국인이 전체 건수의 85.9%를 차지했다. 삼성전자와 LG이노텍 등 대기업이 58.4%로 출원을 주도했지만 그린파워ㆍ아모센스ㆍ올레브ㆍ코마테크 등 국내 중소기업 비중도 13.6%로 점점 높아진다.

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기업별 무선충전 특허 건수

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무선충전 기술은 크게 자기공진과 자기유도ㆍ전자기파 방식, 세 가지 방식으로 나눌 수 있다. 자기공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달ㆍ충전되는 기술이다. 10m 이내의 비교적 먼 거리에서도 충전할 수 있고 효율도 비교적 떨어지지 않아서 최근 들어 주목을 받고 있다. 도로 아래에 무선충전 시설을 깔면 차량이 달리면서도 충전을 할 수 있어 주행거리가 짧은 배터리 문제를 해결할 수 있다. 최근 과학기술정보통신부 장관에 올랐다가 낙마한 KAIST 조동호 교수가 2011년 세계 최초로 상용화한 무선충전 전기자동차(OLEVㆍOpen Leading Electric Vehicle)가 바로 이 방식이다.

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OLEV 원리


자기유도 방식은 송ㆍ수신 코일 간 자기유도 현상을 이용한 것이다. 기술이 이미 숙성됐으며, 휴대폰 무선충전에 이용하는 방식이다. 무선전송 거리가 수mm에 불과한 것이 단점이다. 전자기파 방식은 마이크로파 대역에서 송수신 안테나 간의 방사특성을 이용하는 원리다. 전송 거리가 수 ㎞ 안팎으로 길고, 고출력으로 이용할 수 있는 장점이 있지만, 현재로서는 전송효율이 10~50%로 낮은 편이다.

전기억 특허청 전력기술심사과장은 “충전 효율에서 무선방식이 유선 방식을 거의 따라잡았다”며 “앞으로는 충전시간을 줄이는 급속충전과 도로주행 중 충전 등 운전자의 편의를 높이는 방향으로 관심이 고조될 것”으로 내다봤다.

최준호 기자 joonho@joongang.co.kr

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