급속충전

급속충전(quick charging)은 충전기에서 공급되는 직류 전류에 의하여 배터리가 충전되는 전기자동차의 충전 방법이다. 별도의 변환을 거치지 않고 충전해 완속충전보다 충전 속도가 훨씬 빠르다. 충전 방식은 DC콤보(DC combo), 차데모(CHAdeMO), AC3상 방식으로 나누어진다.

개요

급속충전은 전기자동차에 장착된 배터리를 고출력으로 직접 충전하는 방식으로 차량 밖에 설치된 급속충전기(Quick Charger)를 이용하여 충전하는 방식이다. 한국의 표준 형태인 50kW급 급속충전기를 이용하여 충전을 수행할 경우 20~30분 내에 차량을 80% 충전상태(SOC; State Of Charge)까지 충전할 수 있다. 고성능의 배터리로 구성된 대용량 에너지저장장치(ESS)로부터 전기에너지를 공급받는 DC-DC 급속충전, 태양광을 이용한 PV 연계 급속충전, 하이브리드 급속충전, 양방향 전력 변환 기술을 갖춘 V2G(Vehicle To Grid) 급속충전 등이 개발되었다. 급속충전은 충전기가 자동차와 제어 신호를 주고받으며 교류 삼상 380V를 입력받아 직류로 변환한 다음 직류 100~550V를 가변적으로 공급하여 전기자동차의 배터리를 충전한다. 충전기는 고용량의 직류 전력을 공급하여야 하므로 50kW급이 주로 설치된다. 급속충전의 경우, 배터리의 충전을 위해 고용량의 직류 전력이 공급됨에 따라 과충전 방지, 미충전 방지를 위해 충전 전압과 충전 전류를 실시간으로 모니터링하여 배터리 충전을 적절하게 제어할 필요가 있다.

표준 규격

급속충전 규격은 북미 지역의 CCS 타입 1과 유럽 지역의 CCS 타입 2가 대표적이다. 우리나라는 초기에 AC3상, 차데모(CHAdeMO), CCS 타입 1의 급속 표준을 모두 허용해 주었으나, 2018년부터 단일 표준으로 CCS 콤보 타입을 지정하였다. 일본 차량 제조사를 중심으로 사용한 차데모의 경우 현대자동차㈜(Hyundai Motor Company)와 기아자동차㈜(KIA MOTORS CORPORATION)도 CCS로 전향하면서 그 입지가 많이 줄어든 상태이다. 단독 규격을 사용하고 있던 중국과 입지가 작아진 일본이 최근 연합 전선을 구축하여 2020년까지 500kW 이상으로 출력을 높이고, 충전 시간도 30분에서 10분 이내로 단축한 통일된 규격의 급속충전기를 공동 개발하기로 합의했다. 향후 어떤 규격이 표준 시장의 주도권을 잡을지 지켜볼 일이다. 테슬라(Tesla)의 경우는 자체 충전 규격을 고수하고 있으며 국가에 따라 커넥터 타입은 다른 형태를 갖추나 하나의 포트에서 완속과 급속 충전을 상황에 따라 커넥터 핀의 사용 목적을 다르게 하여 충전을 진행한다. 국내 진출 시 충전 포트를 우측의 7핀 포트로 도입하였으나, 2018년 10월부터 좌측의 테슬라 자체 포트로 변경을 진행하고 있다. 새로 출시되는 차량은 모두 테슬라 자체 포트로 출시하고, 이전 출시 차량도 인렛(Inlet) 교체 작업을 진행할 예정이다.

종류

DC 콤보

DC콤보는 위아래로 충전 포트가 분리된 형태를 가졌다. 독일의 비엠더블유(BMW)와 미국의 제너럴모터스(GM), 포드(FORD) 등 7개 자동차 제조사에서 개발되었다. 아래쪽에 급속충전용 DC모듈이 존재하며, 하나의 충전건을 활용하여 완속충전과 급속충전이 모두 가능하며 비상급속충전까지 가능하다. 하지만 충전 정보를 원활히 제공하지 못할 수 있다는 단점이 존재한다. DC콤보의 경우 충전하는 동안의 배터리 잔량이나 충전 속도 등을 충전기와 공유하는데, 이때 주파수 간섭으로 인해 충전 정보를 원활히 제공하지 못할 수 있다. 전 세계적으로 전기차 충전기 시장에서 각 방식이 차지하고 있는 점유율은 DC콤보 57%, 차데모 38%, AC3상 5% 순이다. DC콤보는 충전 방식이 효율적이고 비상 급속충전이 가능하다는 이유로 미국자동차공학회(SAE International)가 DC콤보 방식을 표준으로 채택하였고, 유럽에서도 2019년부터 DC콤보를 단일 표준으로 적용하는 법안을 추진했다. 한국의 경우 최초로 출시된 전기자동차 르노삼성자동차㈜(Renault Samsung Motors)의 SM3 Z.E.가 DC콤보 방식의 주파수 간섭 문제로 인해 AC3상과 차데모 방식을 국내 표준으로 제정해서 이용했으나, 전 세계적으로 DC콤보 방식의 효율성이 부각되고 있고 세계적 흐름에 따라 국내 자동차 브랜드의 신형 전기차들이 DC콤보 방식을 주로 채택하면서 한국에서도 DC콤보 방식의 비중이 늘어났다. 2017년 기준 한국 전기자동차의 67%가 DC콤보 방식을 이용하게 되면서 국가기술표준원에서는 DC콤보 방식을 전기자동차 급속충전 표준으로 지정했다. 앞으로도 DC콤보 방식을 채택한 전기자동차가 더욱 늘어날 전망이다.

AC3상

AC3상은 프랑스 르노(Renault)가 채택한 방식으로 별도의 직류 변환 어댑터가 필요 없는 충전 방식이다. 낮은 전력을 이용해 효율이 높고, 직류 변환 장치가 필요 없어 다른 충전 방식에 비해 인프라를 구축하는 비용이 낮은 것이 장점으로 꼽힌다. DC콤보처럼 하나의 케이블로 급속충전과 완속충전이 가능하다는 것도 장점이다.

차데모

차데모는 일본 도쿄전력㈜(Tokyo Electric Power)을 중심으로 닛산(Nissan), 토요타(Toyota Motor Company), 미쓰비시자동차(Mitsubishi Motors), 스바루(Subaru)이 주축이 되어 개발한 충전 방식이다. 직류 방식만을 이용한 충전 방식으로 급속충전을 목표로 개발돼 교류충전을 하기 위해서는 별도의 커넥터가 필요해 공간 활용성이 떨어진다는 단점이 있다. 차데모 어댑터를 사용하면 테슬라도 충전이 가능하다. 이 방식으로 충전 가능한 대표적인 차종으로는 닛산의 리프(Leaf)가 있다.

슈퍼차저

테슬라 슈퍼차저(Tesla Supercharger)는 테슬라가 데스티네이션 차저와 함께 설치한 테슬라 차량 전용 급속충전소이다. 보통 125㎾급 충전 설비로 충전소마다 북미형과 유럽형이 혼재되어 있으나 2020년부터 전부 북미형으로 교체되었다. 2020년 1월 기준 모델에 상관없이 테슬라 전 차량에 무료로 충전을 지원 중이나 향후 유료로 전환될 가능성이 있다. 슈퍼차저를 이용하는 기본 수칙은 최대 40분까지 충전이 가능하고 배터리 잔량에 상관없이 최초 충전부터 40분 이후에는 충전이 중지된다. 충전이 중지된 이후로는 다른 충전 차량의 편의를 위해 차량을 이동해 주는 것이 원칙이다. 대한민국에서도 슈퍼차저 충전소가 계속 늘어나는 추세이다. 개인이 충전소 부지를 제공하고 충전 시 발생하는 공백 시간을 이용해 커피, 식사 등의 편의시설을 제공하여 제2의 부가수익을 창출하는 곳도 늘어나고 있다. 한국에서 테슬라 모델3(Tesla Model 3)의 폭발적인 판매량 증가로 슈퍼차저 이용자들이 급증하고 있는 추세이다.

참고자료

• 〈테슬라 슈퍼차저〉, 《위키백과》
• 임명근, 김도형, 신광섭, 〈전기 자동차의 급속 충전 제어 장치〉, 《구글 페이턴트》
• 허니, 〈전기차 충전에 대한 모든 것〉, 《네이버 포스트》, 2019-01-29
• R.E.F 13기 정수인, 〈All About 전기차, STEP 1 전기차 충전〉, 《에너지설비관리》, 2019-05-07
• 김동규 기자, 〈(ER 궁금증) 전기차 충전의 모든 것〉, 《이코노믹리뷰》, 2019-05-18
• 변효선 기자, 〈"DC콤보·차데모·AC3상…암호 아닙니다" 전기차 충전방식 톺아보기〉, 《이투데이》, 2019-09-09
• 구동현 영현대 19기 기자, 〈전기차 충전 코드, 어디까지 알고 있니?〉, 《영현대》, 2020-03-27

같이 보기

• 급속충전기
• DC콤보
• 차데모
• AC3상
• 슈퍼차저
• 완속충전
• 저속충전

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