전기차 충전 기능의 동향

전기차 시장의 성장은 필연적인 것처럼 보입니다. 이산화탄소 배출량 감축에 대한 관심, 현재의 정치적 환경, 정부와 자동차 업계의 투자, 그리고 전기차 사회에 대한 지속적인 추구 등 모든 요소가 전기차 시장의 성장을 예고하고 있습니다. 하지만 지금까지 전기차 보급을 가로막았던 가장 큰 요인은 긴 충전 시간과 부족한 충전 인프라였습니다. 전기차 충전 기술의 발전은 이러한 문제들을 해결하고 가정과 도로에서 안전하고 빠른 충전을 가능하게 하고 있습니다. 충전 부품과 인프라는 빠르게 성장하는 전기차 시장의 수요를 충족하며 전기 운송의 폭발적인 성장을 위한 발판을 마련하고 있습니다.

전기차 시장을 이끄는 원동력

전기 자동차에 대한 투자는 수년간 꾸준히 증가해 왔지만, 사회 각계각층에서 더욱 큰 관심과 수요가 나타나고 있습니다. 기후 변화 해결책에 대한 관심이 높아지면서 전기 자동차의 중요성이 부각되었는데, 내연기관에서 발생하는 탄소 배출량을 줄이고 청정에너지 운송 수단에 투자하는 것은 정부와 산업계 모두의 공통된 목표가 되었습니다. 지속 가능한 성장과 천연자원 보존에 대한 이러한 관심은 유해 배출물 없이 재생 가능한 자원에 기반한 무한한 에너지를 가진 세상, 즉 완전 전기 사회로의 기술 발전을 촉진하고 있습니다.
이러한 환경적, 기술적 요인들은 연방 규제 및 투자 우선순위에 반영되어 있으며, 특히 2021년 인프라 투자 및 일자리 법(Infrastructure Investment and Jobs Act)에서 연방 차원의 전기차 인프라 구축에 75억 달러, 전기차 충전 및 주유 인프라 보조금에 25억 달러, 그리고 국가 전기차 충전 프로그램(National Electric Vehicle Charging Program)에 50억 달러가 배정된 것을 보면 더욱 분명해집니다. 바이든 행정부는 또한 전국에 50만 개의 직류(DC) 충전소를 건설 및 설치하는 목표를 추진하고 있습니다.

이러한 추세는 주 차원에서도 확인할 수 있습니다. 캘리포니아, 매사추세츠, 뉴저지 등의 주에서는 전기차 보급 확대를 위한 법안을 추진하고 있습니다. 세금 공제, '미국 전기차화 운동(Electrify America)', 각종 인센티브 및 의무화 정책 또한 소비자와 제조업체 모두가 전기차를 수용하도록 영향을 미치고 있습니다.

자동차 제조업체들도 전기차로의 전환에 동참하고 있습니다. GM, 포드, 폭스바겐, BMW, 아우디 등 주요 자동차 제조업체들은 꾸준히 새로운 전기차 모델을 선보이고 있습니다. 2022년 말까지 시장에는 80종 이상의 전기차와 플러그인 하이브리드 모델이 출시될 것으로 예상됩니다. 테슬라, 루시드, 니콜라, 리비안 등 새로운 전기차 제조업체들도 시장에 진출하고 있습니다.

전력 회사들도 완전 전기 사회를 준비하고 있습니다. 증가하는 수요를 충족하기 위해서는 전력 회사들이 전력화에 앞서 나가는 것이 중요하며, 고속도로를 따라 충전소를 설치하기 위해서는 마이크로그리드를 포함한 핵심 인프라가 필요할 것입니다. 차량-전력망 통신(V2G) 또한 고속도로에서 점차 주목받고 있습니다.

성장을 가로막는 장애물

전기차 보급이 확산되는 추세이지만, 성장을 저해하는 과제들도 예상됩니다. 인센티브는 소비자와 기업들이 전기차로 전환하도록 장려하겠지만, 몇 가지 걸림돌이 될 수 있습니다. 바로 전기차가 주행거리를 ​​추적하기 위해 인프라와 통신할 수 있어야 한다는 요구인데, 이를 위해서는 기술 혁신과 옥외 통신 인프라 구축이 필요하다는 점입니다.

소비자 차원에서 전기차 보급을 가로막는 가장 큰 장애물 중 하나는 안정적이고 효율적인 충전 인프라입니다. 전기차 시장의 예상되는 성장세를 고려하면 2030년까지 약 960만 개의 충전 포트가 필요할 것으로 추산됩니다. 이 중 거의 80%는 가정용 충전기이고, 약 20%는 공공 또는 직장용 충전기일 것입니다. 현재 소비자들은 주행거리 불안감, 즉 전기차를 타고 장거리를 주행할 때 재충전 없이 이동할 수 없을 것이라는 우려와 필요할 때 충전소를 이용할 수 없거나 충전 효율이 떨어질 것이라는 걱정 때문에 전기차 구매를 망설이고 있습니다.

특히 공용 또는 공유 충전기는 24시간 내내 거의 지속적인 고속 충전 기능을 제공할 수 있어야 합니다. 고속도로 휴게소에 들르는 운전자는 빠른 고출력 충전이 필요할 가능성이 높으므로, 고출력 충전 시스템은 단 몇 분 만에 차량 배터리를 거의 완전히 충전할 수 있어야 합니다.

고속 충전기는 안정적인 작동을 위해 특정 설계 고려 사항이 필요합니다. 충전 핀을 최적 온도로 유지하고 고전류로 차량을 충전할 수 있는 시간을 연장하려면 액체 냉각 기능이 필수적입니다. 차량이 밀집된 충전 지역에서는 접촉 핀을 냉각함으로써 효율적이고 일관적이며 안정적인 고출력 충전을 제공하여 끊임없이 증가하는 소비자 충전 수요를 충족할 수 있습니다.

고출력 충전기 설계 시 고려 사항

전기차 충전기는 전기차 운전자의 요구를 충족하고 주행 거리 불안감을 해소하기 위해 내구성과 고출력 충전 기능을 최적화하는 데 중점을 두고 개발되고 있습니다. 500암페어의 고출력 전기차 충전기는 액체 냉각 및 모니터링 시스템 덕분에 가능합니다. 충전 커넥터의 접점 캐리어는 열전도율이 뛰어나며, 통합 냉각 덕트를 통해 냉각수가 열을 방출하면서 방열판 역할도 합니다. 이러한 충전기에는 냉각수 누출 센서와 모든 전원 접점의 정밀 온도 모니터링을 포함한 다양한 센서가 탑재되어 핀 온도가 90도C를 넘지 않도록 관리합니다. 만약 이 임계값에 도달하면 충전소의 충전 컨트롤러가 전력 출력을 줄여 허용 가능한 온도를 유지합니다.

전기차 충전기는 마모와 손상에 강해야 하며 유지보수도 용이해야 합니다. 전기차 충전 손잡이는 마모를 고려하여 설계되었지만, 시간이 지남에 따라 거친 사용으로 인해 접촉면이 손상되는 것은 불가피합니다. 최근에는 접촉면을 쉽게 교체할 수 있도록 모듈식 부품으로 설계된 충전기가 점점 늘어나고 있습니다.
충전소의 케이블 관리는 수명과 신뢰성을 위해 중요한 고려 사항입니다. 고출력 충전 케이블에는 구리선, 액체 냉각 라인, 작동 케이블 등이 포함되어 있지만, 동시에 잡아당겨지거나 차량에 밟히는 등의 충격에도 견뎌야 합니다. 또한, 잠금 장치가 있는 케이블 고정 장치도 고려해야 합니다. 이를 통해 운전자는 공공 충전소에 차량을 충전해 둔 상태에서 누군가 케이블을 분리할 염려 없이 안심하고 차량을 주차할 수 있습니다. (냉각수 흐름도와 결합면의 모듈식 설계 참조)