전기차 판매량은 예상대로 매년 증가하고 있지만, 기후 목표 달성에는 아직 턱없이 부족합니다. 하지만 이러한 데이터 예측은 여전히 낙관적입니다. 2030년까지 전 세계 전기차 판매량은 1억 2,500만 대를 넘어설 것으로 예상되기 때문입니다. 보고서에 따르면, 아직 전기차 도입을 고려하지 않는 전 세계 기업 중 33%는 공공 충전소 부족을 목표 달성의 주요 장애물로 꼽았습니다. 전기차 충전은 항상 중요한 문제입니다.
EV 충전은 매우 비효율적인 것에서 발전했습니다.레벨 1 충전기 에게레벨 2 충전기이제 일반 가정에서도 흔히 볼 수 있게 되어 운전 시 더 큰 자유와 자신감을 얻게 되었습니다. 사람들은 EV 충전에 대한 기대치가 높아지고 있습니다. 더 높은 전류, 더 강력한 출력, 그리고 더 빠르고 안정적인 충전을 기대하는 것이죠. 이 글에서는 EV 고속 충전의 개발 및 발전 과정을 함께 살펴보겠습니다.
한계는 어디에 있는가?
우선, 고속 충전 구현이 충전기에만 의존하는 것이 아니라는 점을 이해해야 합니다. 차량 자체의 엔지니어링 설계는 물론, 전원 배터리의 용량과 에너지 밀도 또한 중요합니다. 따라서 충전 기술은 배터리 팩 밸런싱 기술을 포함한 배터리 기술의 발전과 고속 충전으로 인한 리튬 배터리의 전기 도금 감쇠 문제 해결에 영향을 받습니다. 이를 위해서는 전기 자동차의 전체 전력 공급 시스템, 배터리 팩 설계, 배터리 셀, 그리고 배터리 분자 재료까지 혁신적인 발전이 필요할 수 있습니다.
둘째, 차량의 BMS 시스템과 충전기의 충전 시스템은 배터리 및 충전기의 온도, 충전 전압, 전류, 그리고 차량의 SOC를 지속적으로 모니터링하고 제어하기 위해 상호 협력해야 합니다. 고전류가 전원 배터리에 안전하고 안정적이며 효율적으로 입력되도록 보장하여 장비가 과도한 열 손실 없이 안전하고 안정적으로 작동할 수 있도록 해야 합니다.
고속 충전 기술의 발전은 충전 인프라 구축뿐만 아니라 배터리 기술의 혁신적인 발전과 전력망 송배전 기술의 지원도 요구한다는 것을 알 수 있습니다. 또한, 이는 방열 기술에도 큰 과제를 안겨줍니다.
더 많은 전력, 더 많은 전류:대규모 DC 고속 충전 네트워크
오늘날 공공 DC 고속 충전은 고전압, 고전류를 사용하며, 유럽과 미국 시장은 350kW 충전 네트워크 구축을 가속화하고 있습니다. 이는 전 세계 충전 장비 제조업체들에게 큰 기회이자 과제입니다. 충전 장비는 전력을 송전하는 동안 열을 발산하고, 충전 파일의 안전하고 안정적인 작동을 보장해야 합니다. 아시다시피 전류 송전과 열 발생 사이에는 양의 기하급수적 관계가 있기 때문에, 이는 제조업체의 기술력과 혁신 역량을 시험하는 중요한 시험대입니다.
DC 고속 충전 네트워크는 여러 가지 안전 보호 메커니즘을 제공해야 하며, 충전 과정에서 자동차 배터리와 충전기를 지능적으로 관리하여 배터리와 장비의 안전을 보장해야 합니다.
또한, 공공 충전기의 사용 시나리오를 고려하여 충전 플러그는 방수, 방진, 내후성이 뛰어나야 합니다.
16년 이상의 R&D 및 생산 경험을 보유한 국제적인 충전 장비 제조업체인 Workersbee는 업계 최고의 파트너들과 함께 전기차 충전 기술의 개발 동향과 기술적 혁신을 수년간 연구해 왔습니다. 풍부한 생산 경험과 강력한 R&D 역량을 바탕으로 올해 차세대 CCS2 수냉식 충전 플러그를 출시할 수 있었습니다.
본 제품은 일체형 구조 설계를 채택했으며, 액체 냉각 매체는 유냉 또는 수냉 방식을 사용할 수 있습니다. 전자 펌프는 냉각수를 충전 플러그로 흐르게 하고 전류의 열 효과로 발생하는 열을 제거하여 작은 단면적의 케이블로도 큰 전류를 흐르게 하고 온도 상승을 효과적으로 제어할 수 있도록 합니다. 제품 출시 이후 시장의 반응은 매우 좋았으며, 유명 충전 장비 제조업체들로부터 만장일치로 극찬을 받았습니다. 또한, 고객 피드백을 적극적으로 수집하고 제품 성능을 지속적으로 최적화하며 시장에 활력을 불어넣기 위해 노력하고 있습니다.
현재 테슬라의 슈퍼차저는 전기차 충전 시장의 DC 고속 충전 네트워크에서 절대적인 영향력을 행사하고 있습니다. 차세대 V4 슈퍼차저는 현재 250kW로 제한되어 있지만, 출력이 350kW로 증가함에 따라 더욱 빠른 버스트 속도를 선보일 예정입니다. 5분 만에 115마일(약 180km)을 주행할 수 있습니다.
여러 국가의 교통부에서 발표한 보고서 자료에 따르면, 교통 부문의 온실가스 배출량은 국가 전체 온실가스 배출량의 약 4분의 1을 차지합니다. 여기에는 경승용차뿐만 아니라 대형 트럭도 포함됩니다. 트럭 운송 산업의 탈탄소화는 기후 개선을 위해 더욱 중요하고 어려운 과제입니다. 전기 대형 트럭 충전을 위해 업계는 메가와트급 충전 시스템을 제안했습니다. 켐파워(Kempower)는 최대 1.2MW의 초고속 DC 충전 장비를 출시했으며, 2024년 1분기에 영국에서 시범 운영을 시작할 계획이라고 발표했습니다.
미국 에너지부(DOE)는 이전에 초고속 충전을 위한 XFC 표준을 제안하며, 이를 전기차 보급 확대를 위해 반드시 극복해야 할 핵심 과제라고 밝혔습니다. 이는 배터리, 차량, 충전 장비를 포함한 완전한 체계적 기술 집합입니다. 충전은 15분 이내에 완료될 수 있어 내연기관(ICE)의 충전 시간과 경쟁할 수 있습니다.
교환，충전됨：파워 스왑 스테이션
충전소 건설을 가속화하는 것 외에도, "스왑 앤 고(swap and go)" 방식의 전력 교환소는 급속 에너지 보충 시스템에서 많은 주목을 받고 있습니다. 배터리 교환을 완료하고, 완전히 충전된 배터리로 주행하며, 일반 연료 차량보다 빠르게 재충전하는 데 단 몇 분밖에 걸리지 않기 때문입니다. 이는 매우 흥미로운 현상이며, 자연스럽게 많은 기업들의 투자를 유치할 것입니다.
NIO Power Swap 서비스，자동차 제조업체 NIO에서 출시한 이 제품은 완전히 충전된 배터리를 3분 안에 자동으로 교체할 수 있습니다. 모든 교체 시 배터리와 전원 시스템을 자동으로 점검하여 차량과 배터리를 최상의 상태로 유지합니다.
이는 매우 매력적으로 들리며, 앞으로 배터리 부족과 완전 충전 사이의 원활한 전환이 이미 가능할 것으로 보입니다. 하지만 현실은 시장에 너무 많은 전기차 제조업체가 존재하고, 대부분의 제조업체는 서로 다른 배터리 사양과 성능을 가지고 있다는 것입니다. 시장 경쟁과 기술 장벽 등의 요인으로 인해 모든 전기차 브랜드, 심지어 대부분의 전기차 브랜드의 배터리를 통일하여 크기, 사양, 성능 등을 완벽하게 동일하게 유지하고 서로 교체할 수 있도록 하는 것은 어렵습니다. 이는 또한 전력 교환소의 경제성을 저해하는 가장 큰 요인이 되었습니다.
도로에서: 무선 충전
휴대폰 충전 기술의 발전 방향과 마찬가지로 무선 충전 또한 전기 자동차의 발전 방향입니다. 무선 충전은 주로 전자기 유도와 자기 공명을 이용하여 전력을 전송하고, 이를 자기장으로 변환한 후 차량 수신 장치를 통해 전력을 수신 및 저장하는 방식입니다. 충전 속도는 빠르지 않지만, 주행 중에도 충전이 가능하여 주행 불안을 해소하는 데 도움이 될 수 있습니다.
일렉트리온(Electreon)은 최근 미국 미시간주에 전기 도로를 공식 개통했으며, 2024년 초에 광범위한 시범 운영을 시작할 예정입니다. 이 기술은 도로변에 주행 중이거나 주차된 전기차가 플러그를 꽂지 않고도 배터리를 충전할 수 있도록 하며, 처음에는 400미터(1/4마일) 길이로 시작하지만, 향후 1마일(1마일)까지 연장될 예정입니다. 이 기술의 개발은 모바일 생태계를 크게 활성화시켰지만, 매우 높은 수준의 인프라 구축과 막대한 엔지니어링 작업이 필요합니다.
더 많은 도전
더 많은 EV가 유입되면，더 많은 충전망이 구축되고 더 많은 전류가 출력되어야 하므로, 전력망에 더 큰 부하가 걸리게 됩니다. 에너지, 발전, 송배전 등 모든 분야에서 우리는 큰 어려움에 직면하게 될 것입니다.
첫째, 글로벌 거시적 관점에서 에너지 저장 기술 개발은 여전히 주요 트렌드입니다. 동시에 모든 링크에서 에너지가 효율적으로 순환될 수 있도록 V2X 기술 구현 및 레이아웃을 가속화하는 것도 필수적입니다.
둘째, 인공지능과 빅데이터 기술을 활용하여 스마트 그리드를 구축하고 전력망의 신뢰성을 향상시킵니다. 전기차 충전 수요를 분석하고 효과적으로 관리하며, 시간대별 충전 안내를 제공합니다. 이를 통해 전력망에 미치는 영향을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 차량 소유주의 전기 요금도 절감할 수 있습니다.
셋째, 정책 압력은 이론적으로는 효과가 있지만, 어떻게 실행되느냐가 더 중요합니다. 백악관은 이전에 충전소 건설에 75억 달러를 투자하겠다고 발표했지만, 거의 진전이 없었습니다. 정책상 보조금 요건을 시설의 성능과 맞추기 어렵고, 시공사의 수익 창출 노력도 미흡하기 때문입니다.
마지막으로, 주요 자동차 제조업체들은 고전압 초고속 충전 기술을 개발하고 있습니다. 800V 고전압 기술을 사용하는 한편, 배터리 기술과 냉각 기술을 대폭 업그레이드하여 10~15분 만에 초고속 충전을 달성할 것입니다. 이는 업계 전체가 큰 어려움에 직면하게 될 것입니다.
다양한 고속 충전 기술은 상황과 필요에 따라 적합하며, 각 충전 방식에는 분명한 단점이 있습니다. 가정용 고속 충전을 위한 3상 충전기, 고속 도로 주행을 위한 DC 고속 충전, 주행 중 무선 충전, 그리고 배터리의 빠른 교체를 위한 전원 교환 스테이션 등이 있습니다. 전기차 기술이 계속 발전함에 따라 고속 충전 기술 또한 지속적으로 개선되고 발전할 것입니다. 800V 플랫폼이 대중화되면 400kW 이상의 충전 장비가 풍부해질 것이며, 이러한 안정적인 장치들을 통해 전기차 주행거리에 대한 우리의 불안감은 점차 해소될 것입니다. Workersbee는 모든 업계 파트너들과 협력하여 친환경 미래를 만들어 나갈 것입니다!
게시 시간: 2023년 12월 19일