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전기자동차 충전인프라 표준화 현황

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2014-03-26 08:44:19

본문

1. 서론

전기자동차는 제3차 당사국 총회에서 교토의정서 채택과 함께 필요성이 제기되면서 국내에서는 온실가스 및 에너지 목표관리제 도입과 저탄소 녹색성장 기본법, 지속가능 교통물류 발전법 등을 기반으로 점차 보급이 확대되고 있다.

글 / 이현기 (지능형전력망협회)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2013년 12월호

이와 같이 전기자동차를 통한 기후변화 대응 및 성장 동력의 기대에도 불구하고 배터리 가격문제, 짧은 주행거리, 충전인프라 부족 및 국제표준 개발 지연 등 전기자동차 보급을 위해 해결해야 할 난제가 여전히 남아있다.

그럼에도 불구하고 전기자동차는 2013년에 제2의 도약을 위한 발판을 마련하고 있다. 글로벌 완성차업체(BMW, GM, 르노 등)들은 앞 다투어 전기자동차를 출시 및 예정하고 있으며 이에 따라 충전기 제조업체들도 발빠르게 인프라 확산을 준비하고 있다.
이러한 새로운 시장의 확장 및 변화에 중요한 요소 중 하나가 표준이다. 특히 전기자동차 충전인프라 국제표준은 아직도 활발하게 논의가 진행되고 있어 이에 대한 적극적인 대응으로 물리적, 전기적 및 통신의 상호운용성(Interoperability)를 확보하는 것이 중요한 핵심사항이라 할 수 있다.

본 고에서는 전기자동차 시장 대응에 필요한 충전인프라의 관련 표준 현황을 자세히 알아보고 향후전망에 대하여 소개하고자 한다.

2. 충전인프라 표준화

2.1 전기자동차 충전시스템 구성 체계


전기자동차 충전시스템은 충전인프라 구성의 기본이다. 기존 내연기관 자동차의 주유시스템과 유사한 형태이나, 화석연료가 아닌 전기에너지를 공급하여 전기자동차를 충전하는 시스템으로 크게 충전방식, 연결방식, 통신 및 제어방식에 따라 구분할 수 있다. 충전방식은 크게 직접식(접촉식, Conductive)방식과 유도식(Inductive) 방식, 그리고 배터리 교환(Battery Swapping) 방식으로 구분할 수 있다. 연결방식의 경우 기존 주유기에 해당하는 커넥터 및 주유구에 해당하는 인렛 등으로 구분할 수 있다. 또한 통신 및 제어방식은 CAN과 PLC 방식이 국제적으로 논의되고 있다.

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그림 1은 전기자동차 직접식(접촉식) 충전시스템의 구성 체계 및 표준을 도식화하여 보여주고 있다. 전기자동차 충전시스템 표준들은 앞서 언급하였듯이 충전방식, 연결방식, 그리고 통신에 대한 표준들을 IEC 및 ISO를 통하여 개발해 나가고 있는 실정이다. 관련 표준들의 현황은 아래에서 설명하겠다.

2.2 전기자동차 표준화 기구

위의 전기자동차 충전시스템 및 구성품에 대한 표준들은 다양한 표준화 기구들의 협력을 통하여 제정 및 개발되고 있으며, 그 중 충전인프라에 대한 표준은 IEC TC 69(Electric Road Vehicles and Electric Industrial Trucks) WG 4(Power Supplies and Chargers)에서 주도하고 있다. 전기자동차 주요 표준화 기구는 그림 2에서 확인할 수 있다.

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WG4의 주요 표준으로는 IEC 61851(전기자동차 직접식 충전시스템), 61980(전기자동차 무선 충전시스템), 62840(전기자동차 배터리 교환 시스템)으로 이 외에도 ISO 및 IEC의 다른위원회(IEC/SC 23H, ISO/TC22/SC 3 등)와 Liaison을 통하여 표준개발에 힘쓰고 있다. 이에 대응하기 위하여 기술표준원은 유관 기관(지능형 전력망협회-충전인프라, 한국자동차공학회-전기자동차, 한국전지산업협회-배터리)과 협력하고 있다.

2.3 주요 국제 및 국내 표준 현황

앞서 언급한 것과 같이 전기자동차 충전인프라의 기본이 되는 충전시스템은 충전방식, 연결방식, 통신 및 제어방식으로 구분할 수 있으며, 이에 해당하는 대표적인 표준들의 현황은 표 1과 같다.

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표 1의 현황 부분을 보면 알 수 있듯이 현재 시장에서 사용되고 있는 표준들이 내년 상반기까지 제/개정 작업중에 있음을 인지하고 관심 있게 살펴보아야 할 것이다.

2.4 국내 표준화 현황

일반적으로 전기자동차 표준은 ISO/IEC 국제표준을 그대로 부합화하여 사용하고 있으나, 국내실정에 맞지 않거나 또는 필요한 표준들이 존재하지 않는 경우가 있다. 그래서 지능형전력망협회 산하 스마트그리드포럼에서는 운송도메인위원회를 통하여 충전인프라와 관련된 국제표준 검토 및 단체표준을 개발하고 있다. 최근 국내에서 제정 및 개발하고 있는 단체표준에는 어떠한 것들이 있는지 소개하고자 한다.

2.4.1 전기자동차 충전용 케이블

전기자동차는 기존 자동차와 다르게 전기라는 에너지를 통하여 충전하여 주행하는 방식으로 그 무엇보다도 소비자의 안전이 중요한 부분이라 할 수 있다. 특히 전기자동
차는 Self Charging이 주를 이룰것으로 보이고 있어 충전시 접촉하게 되는 케이블의 안전에 관한 표준개발이 요구되고 있다.

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이에 충전케이블 표준제정을 통하여 사용자의
안전 및 신뢰성을 확보할 필요가 있다. 현재 충전용 케이블은 단체표준으로 제정이 완료되어 2014년초부터는 인증을 통한 안전성을 확보하고자 한다.

2.4.2 전기자동차 홈네트워크 연계형 충전시스템 일반 요구사항우리나라는 해외와 다르게 단독주택보다는 공동주택이 전체의 70%를 차지할 만큼 많은 보급이 되어 있는 상황으로 전기자동차 사용자에 대한 서비스 표준이 요구되고 있다. 특히 대부분의 공동주택에 보급된 홈네트워크와 충전시스템을 연계하기 위한 표준을 개발하여 전기자동차를 홈네트워크 기기로 인식하여 가정에서 충전 및 제어, 과금 등을 할 수 있는 서비스 표준을 개발하였다.

2.4.3 전기자동차 충전인프라 관리시스템 - 일반 요구사항 및 유즈케이스 정의

전기자동차의 보급이 증가함에 따라 동시충전으로 인한 전력망 불안정, 충전기 위치정보 요구, 충전시스템의 독립적인 인증 및 과금 시스템 등 사용자 불편 해소를 위하여 전기자동차 충전서비스에 대한 표준이 필요하다. 그림 5는 전기자동차 충전인프라 관리시스템 구성도를 나타내고 있다.

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충전기와 충전인프라 관리시스템 간의 인터페이스를 정의하기 위하여 다양한 부가 시스템간의 연계가 필수적이다. 특히 충전정보시스템은 첨단계량인프라(AMI), 지불결제 수단 인터페이스, 통신망 인터페이스, 수요반응(DR) 인터페이스, 보안 등 다양한 중요한 요소를 포함하고 있다. 이에 대한 표준은 현재 지능형전력망협회 스마트그리드 표준화 포럼에서 활발하게 논의 중이며 2014년도 상반기에 제정을 목표로 개발을 추진 중이다. 동 표준을 통해서 현재진행중인 환경부 전기자동차 및 충전기 보급사업에 활용될 수 있을 것으로 사료되며 향후 민간 보급사업에서도 기준 가이드로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 앞에 소개한 표준들 외에도 다양한 시장요구들이 발생하고 있으며, 이를 수용하기 위한 표준화 작업이 계속하여 진행 중이다.

3. 결론

올해까지 전기자동차 시장의 본격적인 성장이 이루어진 해였다면, 내년부터는 다양한 전기자동차가 보급되는 해이다. 이로인해 시장의 확대와 성장이 가능하겠지만, 제품의 신뢰성과 시스템간의 상호호환성이 확보되지 않는다면 소비자의 외면을 피할 수 없을 것이다. 표준은 앞으로도 소비자들이 안심하고 전기자동차를 효율적이고 안전하게 충전하는데 중요한 역할을 할 것이다. 이러한 역할을 충실히 수행하기 위하여 ISO/IEC는 기존의 표준들을 전면 재검토하여 개정 중이다.

이것은 시장 및 표준의 전환점이라고 볼 수 있다. 국내업체들이 이러한 전환점에서 글로벌 기업과 마주하기 위해서는, 새로이 개정된 국제표준화 현황을 파악하여 시장과 연계를 통해 국내 및 국제시장에 대응할 수 있는 준비가 필요하다. 또한 국제시장 진출의 발판을 마련하기 위해서는 국제표준화에 적극적으로 참여하여 우리가 주도할 수 있는 분야를 찾아야 할 것이다.
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