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[오토저널] 전기자동차 충전시스템

페이지 정보

글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2016-01-25 17:35:17

본문

대기오염 개선의 일환으로 정부에서는 그린카 산업을 적극적으로 육성하고자 2010년부터 전기자동차 및 충전시설 보급을 환경부, 산업통상자원부 및 국토교통부 등 관련부처가 합동으로 「그린카 산업 발전 전략 및 과제」(2010. 12), 「전기자동차 개발 및 보급계획」(2010. 9)을 발표하였다. 따라서 2014년까지 전기자동차 약 2600대, 충전시설 2700대를 보급하였고 2020년까지 20만대의 전기자동차를 보급할 예정이다. 전기자동차 보급을 위해서는 우선적으로 충전시설 확보가 되어야 하므로 이에 대한 체계적인 시스템 구축이 필요하다.

관련법규 및 보급계획
전기자동차 보급 및 충전인프라 구축사업에 대한 주요 법적 근거로는 대기환경보전법 제58조 제3항(저공해자동차의 운행 등)이며 여기서는 전기를 연료로 사용하는 자동차에 전기를 충전하기 위한 시설로서 환경부장관이 정하는 시설에 대하여 지원할 수 있다라고 규정되어 있다. 또한 전기자동차 보급 계획에 의하면 2020년까지 전기자동차 20만대 보급 및 공공·민간 충전인프라를 확충하고 2016년부터 2020년까지 시장 확대를 통한 판매가격 하락을 유도하고 회원제 충전관리서비스 및 완속충전기의 충전인프라 설치비용도 지원할 예정이다.

충전인프라 개관
전기자동차의 충전을 위한 인프라 구축은 크게 전력공급설비, 충전기, 인터페이스 및 정보시스템으로 <그림 1>과 같은 시스템으로 구성된다. 전력공급설비에 있어서는 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 전기설비로서 전력량계로 인입구 배선, 분전반, 배선용 차단기 등이 포함되며 충전기는 전원을 단상 2선식 220V로 공급받는 완속충전기와 3상 4선식으로 380V로 공급받는 급속충전기로 구분된다.

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또한 인터페이스는 충전기에서 전기자동차에 전기를 공급하기 위해 연결되는 커플러, 케이블 등이 포함된다. 여기서 커플러는 충전케이블과 전기자동차의 접속을 가능케 하는 장치로, 충전케이블에 부착된 커넥터와 전기자동차의 인렛(Inlet)으로 구성된다. 커넥터는 충전케이블에 부착되어 있으며, 전기자동차 인렛에 접속하기 위한 장치를 나타낸다. 또한 인렛은 자동차 커플러의 구성부분으로서, 전기자동차에 부착되어 충전케이블의 커넥터와 연결되는 부분이다.

충전기 전기공급 설비
충전기의 전력공급은 한국전력으로부터 수전하는 방식이 주로 적용되나, 환경적 측면에서 태양광 발전시설, 소각시설의 폐열을 이용한 발전시설 등에서 전력을 공급받는 신재생에너지 활용 방식도 있다. 신재생 에너지 발전 전력을 활용하는 경우 발전용량이 비교적 작으므로 완속충전기에 소요되는 전력의 전부 또는 일부를 충당하도록 설치할 수 있으나 급속충전기에 대한 적용은 면밀한 기술적 사전 검토가 필요하다.

한편 전기자동차의 충전전력은 전력부하관리, 전기자동차용 전력요금 적용을 받기 위해 별도의 충전용 전력을 한전으로부터 수전하여 사용하여야 하며 별도의 계량기의 설치가 필요하다. 또한 인입구 배선에 있어서는 인입선로는 지중인입과 가공인입으로 설치할 수 있으며, 충전기 설치지점의 현장 여건에 따라 설치 가능한 방식과 비용이 다르다. 분전반 설치는 전기를 안전하게 사용하기 위해 필요한 누전차단기나 배선용 차단기 설치가 필요하며, 전기회로를 쉽게 조작할 수 있도록 충전소 인근에 시설하여야 한다. 안전을 위한 누전차단기는 기계설비 및 사용자 보호를 위해 분전반 내에, 과부하 및 단락보호 겸용 누전차단기를 설치하며 배선용 차단기는 전선 및 기계 기구를 보호하기 위해 분전반 내 설치한다.

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충전기의 유형
충전기는 한국전력과 같은 전기공급자로부터 송전 받은 전기를 전기자동차의 배터리에 공급하는 역할을 하며, 직접 충전, 비접촉식 충전, 전지교환 방식 등이 있다.

직접 충전방식은 전기자동차의 충전구와 충전기를 직접 연결하여 전력을 공급하며, 전기자동차 내부에 장착된 배터리를 일정 수준까지 재충전하는 방식으로 충전시간에 따라 완속충전과 급속충전으로 구분된다. 완속충전은 충전기에 연결된 케이블을 통해 전기자동차에 교류 220V를 공급하여 전기자동차의 배터리를 충전하는 방식으로 차량에 장착된 약 3~7kW의 충전기가 인가된 교류 220V를 직류로 변환하여 배터리를 충전하게 된다. 배터리 용량에 따라 8~10시간 정도 소요되며 약 6~7kW 전력용량을 가진 충전기가 주로 설치된다. 급속충전은 충전기가 자동차와 제어신호를 주고받으며 직류 100~450V 또는 교류 380V를 가변적으로 공급하여 전기자동차의 배터리를 충전하는 방식이며 고압·고용량으로 충전시간이 적고 배터리 용량에 따라 15~30분 정도 소요된다. 충전기는 고용량의 전력을 공급하여야 하므로 50kW급이 주로 설치된다.

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비접촉식 충전방식은 기존의 주차장 바닥하부에 교류를 발생시키는 급전 선로를 자성재료(코어)와 함께 매설하고, 자동차 바닥부에는 지하에서 발생한 교류에 의한 자기장을 받아 유도전류를 발생시켜 에너지를 전달받는 집전장치가 장착되며, 집전장치에서 발생된 전류는 정류를 거쳐 배터리로 충전이 되는 방식이다. 전지교환방식은 충전소 사업자가 부하율이 낮은 시간대의 전력을 활용하여 예비용 배터리를 충전하고, 운전자가 충전소 스테이션에서 전기자동차 배터리를 반자동으로 교환받는 방식이다.

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충전 정보시스템

충전기의 위치 및 이용 상태 정보를 수집하여 전기자동차 이용자에게 제공하고, 충전시설의 운영 상태를 실시간 모니터링하는 시스템이다. 공공 충전시설에 설치되는 충전기(급속)는 전기자동차 충전기능과 더불어 사용자 인터페이스(UI), 충전전력량계, 사용자인식장치(카드리더) 및 통신단말장치(3G망)를 설치하고 통신장치를 통해 『환경부 전기자동차 충전정보시스템』과 연계하여 운영되어야 한다. 또한 정보시스템(Server)과 설치된 충전기(Local)간 데이터 통신을 위하여 환경부에서 정한 통신규격(Protocol)을 준수하여야 한다.

 

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글 / 김종춘 (국립환경과학원)

출처 / 오토저널 15년 7월호 (http://www.ksae.org) 

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