최근 전기차는 생활 속에서 심심치 않게 볼 수 있는 보편화된 승용차가 되었다. 단순히 목적지로 가기 위한 이동수단을 넘어 새로운 경험을 창출해내는 전자기기가 되고 있다. 이러한 시대적 흐름 속에서 차량 배터리의 전기를 자유롭게 충전 및 방전하여 생활의 편리함을 제공하는 V2X 기술에는 어떤 기능이 있는지, 그리고 어떻게 그 기능을 편리하게 활용할 수 있는지 살펴본다.

V2X에서 V는 ‘자동차(Vehicle)’, X는 ‘전력을 공급받는 불특정 대상’이라는 포괄적인 의미를 담고 있다(자율주행 분야에서는 V2X가 다른 의미로 사용되곤 한다). 여기에 언급된 ‘X’가 구체적으로 어떤 대상이냐에 따라 V2L, V2G 등의 용어로 파생, 사용되고 있다. V2X를 한 문장으로 요약하자면, ‘차량에 저장되어 있는 전기를 실생활의 여러 용도로 활용할 수 있는 기술을 통칭하는 용어’이다.

V2X를 구현하기 위해 여러 신기술들이 전기차에 탑재되었다. 일단 ‘전력변환’이라는 기술을 이용해 차량에 저장된 전기를 용도에 맞게 원하는 형태(교류, 직류 등)로 만들 수 있어야 하고, 여기에 차량 부품 간의 유기적인 동작을 가능하게 하는 ‘협조제어’ 기술이 필요하다. 상시 고장 유무를 확인하고 이상이 발견되면 신속히 조치를 취하는 ‘Fail-Safe’ 기능도 적용되어야 하고, 차량 외부기기들과 통신을 위해 각국이 제정한 ‘국제 충전표준’을 준수하여 소프트웨어를 개발해야 한다.

이와 같이 다양한 기술들이 집약된 V2X가 어떻게 활용될 수 있는지, 그리고 어떻게 개발되고 있는지 보다 자세히 알아보도록 하겠다.

V2L(Vehicle to *Load❶)은 전기차가 외부 전자제품에 AC 전력을 공급하는 개념이다. 가정에서 전자제품을 이용하듯, 야외에서도 전기차 내부 전력을 이용해 전자제품을 구동할 수 있게 하는 기술이다. 예를 들어 V2L 기술이 적용된 전기차를 사용한다면, 전기공급이 가능하기 때문에 원하는 장소 어디에서나 난방용품이나 조명 기구를 활용할 수 있다.

기존 SUV(내연기관)에 적용된 콘센트는 200~300W 용량의 전력만 사용 가능하였으나, 전기차의 V2L은 전기차의 대용량 배터리를 활용하기 때문에 많은 양의 전력을 활용할 수 있다. 구체적으로 3,600W 수준의 순간 출력이 가능해 웬만한 전자기기를 동시에 활용할 수 있다는 특징이 있다.

순간적으로 전력을 많이 쓰는 캠핑용 포터블 인덕션(약 1,500W)처럼 큰 전력이 필요한 전자제품이라 할지라도 V2L에서는 충분히 사용 가능한 범위이다.V2L 출시를 위해 개발자는 사용자의 안전을 최우선에 두고 개발 방향을 설계했다. 특히, 실외에서 V2L 기능이 많이 사용되는 점을 고려해 비정상 동작 시에도 사용자 안전에 문제가 없도록 여러 시나리오를 구성해 대비하였다.

V2L의 동작 원리는 다음과 같다.

1. 충전관리 시스템(VCMS)이 사용자의 V2L 이용 의사를 전용 커넥터나 콘센트를 통해 확인

2. 전력 변환 부품인 양방향 OBC(On-Board Charger)가 고전압 배터리에 있는 직류 에너지를 일반적인 전자제품에서 사용하는 교류로 전력을 변환

3. 실내·외에 있는 콘센트를 통해 전기·전자제품이 연결되면 V2L 기능이 동작

V2G(Vehicle to Grid) 기술을 활용하면 전기차 사용자의 차량 사용 패턴을 고려해 전기가 필요한 곳에 미운행 중인 전기차의 유휴 전력을 공급할 수 있다. 전력 사용이 최고조일 때 전기차의 전력을 스마트그리드❷에 제공할 수 있다면, 전력 회사는 여유 전력의 생산을 줄일 수 있고 이는 전력의 효율적인 활용과 더불어 환경보호에도 큰 보탬이 될 것이다.

V2G의 큰 특징은 전기의 흐름을 상황에 따라 바꾼다는 것이다. 전기차의 충전이 필요할 때는 그리드에서 전기차로, 전기차의 전력이 유휴 상태일 때는 전기차에서 그리드로 전력을 이동시키는 개념이다. 따라서 V2G는 ‘전기차–충전소–그리드’로 연결되는 통신 경로를 통해 전력이 오가고, 어떤 충전기에 연결되었는지에 따라 지원하는 방식(DC 급속 V2G, AC 완속 V2G 등)에 맞는 공급 방식을 선택해야 하는 특징이 있다.

V2G 개발에서 고려해야 할 큰 특징은 보안성을 확보하는 것이다. 만약 해커가 V2G를 활용하는 단계에서 정보들을 탈취했을 때, 사용자가 금전적인 피해를 볼 수도 있기 때문이다. 이를 방지하기 위해 전기차와 충전기 간에 정보 전송 시 보안 기술이 적용된 국제 표준(ISO 15118)에 맞춰 개발하고, PLC(Power Line Communication)를 이용한 상호 인증 등 정보 보안 측면에 각별히 신경을 써가며 개발 중이다.

전기차와 전력망이 통신하면서 전력을 효율적으로 활용하는 기술은 아직까지는 시범 사업이 진행 중이다. 정부 기관, 전력 회사, 충전기 인프라 회사 등이 서로 협력해서 빠른 시일 내에 V2G를 활용할 수 있기를 기대한다.

V2V(Vehicle to Vehicle)는 전기차의 배터리로 다른 전기차의 배터리를 충전하는 기술을 의미한다. 일반적으로 전기차는 충전소의 충전기에 커넥터를 꽂고 충전하지만, 배터리에 남은 전력이 부족해 충전소까지 갈 수 없을 때는, 현재 개발 중인 V2V 기술을 활용하면, 일반 전기차의 내부 전원으로 충전이 필요한 전기차에 간편하게 전기를 공급할 수 있다. 두 대의 전기차를 커넥터(전용 케이블)로 연결하기만 하면 V2V 송·수신이 가능한 차량간 통신이 이뤄지고, 정상 상태임이 확인되면 배터리 잔량이 부족한 차량 쪽으로 전력이 공급되는 방식이다. V2V를 활용한다면 충전에 대한 걱정을 줄이고, 보다 편리한 전기차 주행이 가능해질 것이다.

전기차가 큰 폭으로 증가하고 있지만, 상대적으로 충전소의 증가가 더딘 현실 속에서 V2V 기술은 아주 유용하게 활용 가능한 기술이라 생각한다. V2V가 빠른 시간에 전기차에 적용 및 양산되어 사회에 확산될 수 있길 기대하며 다수의 소프트웨어 개발자들이 힘을 모으고 있다.

지금까지 소개한 V2X 기술은 소프트웨어를 통해 구현되고 있으며, 많은 엔지니어들이 차량용 소프트웨어를 직접 코딩하고, 전용 장비(시뮬레이터)에서 시험한 후, 실제 차량에서 문제없이 동작하는지 까지 꼼꼼하게 확인하며 개발한다.

일반적으로 차량 소프트웨어 개발 프로세스의 통상적 방법이라 불리우는 V-Cycle 프로세스, 여섯 단계를 거치면 완성도 높은 차량용 소프트웨어를 얻을 수 있으며, 여섯 단계는 크게 ‘소프트웨어 개발 단계’와 ‘소프트웨어 검증 단계’로 구분할 수 있다.

소프트웨어 개발 단계는, ‘요구사항 분석 → 상세 설계 → 소프트웨어(S/W) 구현’의 순으로 진행된다.

1단계 요구사항 분석에서는 호환성 높은 V2X를 개발하기 위해 국제 충전 표준을 면밀히 분석하고, 어떠한 사용 조건 및 기능을 가져야 할까 고민한다. 본 단계에서 충분히 고려되지 못한다면, 구현해야 할 조건과 기능이 누락될 수 있고, 이로 인해 전 세계에 설치된 다양한 충전기와의 통신 호환성에 문제가 발생할 수도 있기 때문에 매우 중요한 단계라고 볼 수 있다.

2단계 상세 설계 단계는 1단계에서 구상된 V2X 상세 요구 기능들이 어떻게 신뢰성 높은 소프트웨어로 구현될지 설계하는 단계이다. 특히, 새롭게 개발될 V2X 기능 소프트웨어 모듈(최소 단위의 기능으로 동작하는 코드의 모음)이 기존에 만들어 놓은 모듈과 어떻게 효과적으로 통합될 수 있는지도 중요한 고려 대상이다.

3단계 소프트웨어 구현 단계에서는 이전 단계의 상세 설계에 맞춰 각 모듈을 코딩한다. 충전에 사용되는 부품들은 전력 변환에 특화된 기능(빠른 계산 능력 및 고장진단 응답속도 등)이 탑재되어야 한다. 따라서 임베디드용 마이크로프로세서(CPU) 및 하드웨어로 구성하고, 그 외의 소프트웨어는 호환성이 높고 개발 환경 구축이 용이한 C언어로 구현(코딩) 및 설계하는 특징이 있다.

소프트웨어 검증 단계는 ‘기능 검증 → 시뮬레이터(HILS)/대상 검증 → 차량 검증’이 수행된다. 4단계 기능 검증에서는, 3단계에서 새롭게 코딩했던 모듈별로 문법(MISRA Rule, Motor Industry Software Reliability Association Rule)에 문제가 없는지 확인한다. 이를 위해 전용 프로그램(Polyspace, Code Inspector 등)을 이용하고, 정적 검증과 런타임 에러를 잡기 위한 통합 검증을 진행한다. 

또한 논리적으로 이상이 없는지 확인하기 위한 동적 검증도 해당 단계에서 진행하고 있다. 일반적으로 새로운 기능을 개발할 때에는 기능 검증에 가장 많은 시간을 할애한다. 신규 코드이므로 버그(잘못된 코딩)의 발생 빈도가 높고, 초반에 검증이 잘 진행되어야 완성도 높은 결과물을 기반으로 보다 복잡하고 논리적인 검증이 가능하기 때문이다.

5단계 시뮬레이터 및 대상 검증 단계에서는, HILS (Hardware In the Loop Simulation)라는 시뮬레이터 장비를 사용하여 차량 상황을 모사하고, 각각의 부품들이 2단계 상세 설계 단계에서 구상한 대로 동작하는지 확인한다. 다음 단계인 차량 검증에 앞서 모사된 여러 차량 조건에 맞게 미리 부품의 정상 동작 여부 시험이 가능하므로, 차량 제작 전에 완성도 높은 소프트웨어 수준을 본 단계에서 확보할 수 있다. HILS 검증에서는 차량 내 복잡한 조건에서 발생할 수 있는 고장 상황을 모사로 검증하기 때문에 검증 범위를 넓게 가져갈 수 있다는 장점이 있다. 특히, 고전력을 사용하는 전력변환 제어기(인버터, 컨버터 등)의 경우에는 실제 전력까지 인가하여 추가적인 검증 단계를 거침으로서 안전성을 확보하고 있다.

마지막 6단계 차량 검증 단계에서는 차량 내에서 충전 관련 부품들이 서로 유기적으로 잘 동작하는지 다시 확인한다. 앞선 시뮬레이터 모사 단계는 모든 부품들이 정상적으로 동작한다는 전제로 소프트웨어의 정상적인 연동을 확인한 반면, 차량 검증 단계에서는 실제 장착된 타 부품과의 연계성을 검증한다. 또한, 고객이 여러가지 비정상 행동을 하는 종합적인 상황을 연출하고, 그에 맞는 Fail-Safe 기능의 정상 동작 여부도 함께 확인한다. 실차 검증 단계는 차량 소프트웨어의 정식 배포 전 반드시 수행해야 하는 매우 중요한 절차이며, 안전을 최우선적으로 고려하는 차량 소프트웨어 개발 업무에서 찾을 수 있는 특징이다.

기술개발 과정에는 다양한 문제들이 존재하며, 이를 극복하기 위해 많은 고민과 방법을 찾아가며 개발을 진행한다. V2X를 개발하면서 첫번째로 고려해야 하는 문제점은 고객의 다양한 사용 조건 및 환경이었다. V2L의 경우, V2L 사용중 충전구를 여는 경우, 외부 충전 커넥터를 꽂은채 자리를 비우는 경우 등 다양한 사례 검토가 필요했고, 이러한 복합적인 조건들을 테이블로 정리하여 실제 차량에서 검증하였다. 

두번째는 소프트웨어 구현 수준이 서로 다른 다수의 개발자들이 동시에 소프트웨어를 개발하는 환경 문제였다. 예상치 못한 기능 중복 및 충돌 상황을 방지하기 위해, 모든 개발자는 기능 구현이 완료되면 서버(형상관리 프로그램)에 본인이 개발한 코드를 하나의 통합 코드에 반드시 등재하고, 이후 주기적 통합 컴파일을 진행했다. 컴파일 결과를 보고, 상호 개발한 코드 간의 간섭이나 영향을 개발 중간에 바로 확인할 수 있고 문제 발생 시에는 수정하여 다시 등재하는 유기적인 개발 방식을 채택해 해당 문제를 해결하고 있다. 또한, V-Cycle의 세 번째 단계가 완료되면 신규 추가 코드에 대해 개발자 상호간 상세 설계 사양과 로직이 부합하는지 확인하는 ‘코드 리뷰’ 과정을 절차화 함으로써 상이한 개발수준으로 인해 발생할 수 있는 리스크를 최소화하고 있다.