전기차가 일반화되면 국가 전체적으로 볼 때 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 전력은 보관되지 않기 때문에 생산과 동시에 사용해야 한다. 따라서 심야에 남는 전기를 전기차에 사용한다면 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 스마트 그리드의 보급은 전기차의 성공에도 큰 영향을 미치게 될 것이다. 이 글은 전기차 보급을 확산할 수 있도록 충전에 대한 고민에서 나온 퀄컴 헤일로(Qualcomm Halo) 기술을 소개한다.<편집자 주>

전기차(EV) 보급에 영향을 미치는 요인으로 낮은 총소유비용(TCO)과 단순한 충전은 소비자의 구매 결정에 중요한 기준 중 하나가 될 것이다. 퀄컴은 무선충전이 제공하는 향상된 사용자 경험이 EV 보급의 열쇠가 될 것으로 보고 있다. 플러그인 충전은 단순함과는 거리가 있다. 과정이 복잡하고 건강과 안전성, 신뢰성 측면에서 잠재적인 문제를 초래한다. 특히 노상에서는 공공 충전설비가 환경적인 요인이나 파괴 행위로 인한 손상의 우려가 있고 도시 경관을 해친다.
퀄컴은 단순하고 편리한 무선충전이 결국은 모든 전기차의 표준 충전 수단이 될 것으로 예상하고 있다. 이에 따라 세계 각 지역에서 운용 가능한 범용 무선충전 기술을 개발하고 있다.
무선충전은 단순하고 최소한의 운전자 개입으로 조작할 수 있는 기능이 중요하지만, 여기에 높은 전력 전송 효율이 보장되어야 한다.



전기차의 무선충전 비전
“모바일 폰에서 무선 인터넷, 최근에는 모바일 폰용 저전력 무선충전에 이르기까지 배선이나 케이블을 대신해 무선의 중요성이 높아지고 있다.”

무선 전력(Wireless Power) 전송은 높은 에너지 전송 효율을 유지하면서 kW 단위의 전력을 수백 밀리미터의 공간을 통해 전송할 수 있는 기술로, 비약적인 발전을 예고하고 있다.
전기차 무선충전(Wireless Electric Vehicle Charging, WEVC)은 전기차나 하이브리드 전기차(HEV)를 충전할 때의 번거로움을 없애기 위한 솔루션이다. 지금은 차를 정지시킨 상태에서의 무선충전에 적합한 기술이지만, 향후에는 전기차가 주행 중에도 배터리를 충전할 수 있는 다이내믹 무선충전의 적용까지도 고려되고 있다.
WEVC 기술의 보급은 자동차 충전 행위의 큰 변화를 의미한다. 운전자들은 충전을 조금씩 자주 하게 되고, 정차 시 충전을 보충하기 위한 다이내믹 충전의 이용도 생각할 수 있어, 이를 통해 전기차의 항속 거리에 대한 불안을 해소할 수 있다. 또한 배터리를 더 소형화함으로써 전기차의 저가격화와 경량화가 가능하다.
무선충전에 의한 정지 상태에서의 충전은 가까운 미래에 실현될 것으로 예상된다. 퀄컴은 “전기차 충전에 시간이 소요되지 않는 사회”라는 중장기적인 미래상을 구현하기 위해 전기차 다이내믹 충전(Dynamic Electric Vehicle Charging, DEVC) 기술을 개발하고 있다.

독창적 연구
전자기유도 현상은 100년 전부터 알려져 왔으며, 현재 많은 사람들이 전동칫솔 등을 충전할 때 이 물리 현상을 경험하고 있다. 퀄컴은 전자기유도 방식 전력 전송의 기본 원리에 착안하여 몇 가지 독창적인 연구와 혁신적인 기술 개발을 통해 전기차 시장의 확대에 필요한 주요 사항을 충족시키는 솔루션을 개발했다. 그 주요 조건 중 하나는 충전 시 수고를 없애는 것이다.
퀄컴 헤일로(Qualcomm Halo) 전기차 무선충전 기술은 자기공명을 이용해 베이스 충전 장치(Base Charging Unit, BCU)에서 차량에 탑재된 충전 시스템의 일부인 차량 충전 장치(Vehicle Charging Unit, VCU)에 전력을 공급한다. 전력은 두 장치 사이의 자기 결합에 의해 VCU의 패드에 전송되고, 이 에너지에 의해 차량의 배터리가 충전된다. 또한 퀄컴 헤일로 전기차 무선충전 시스템은 전력 부족 시 전기차의 배터리에서 전력망에 에너지를 전송하는 V2G(Vehicle to Grid)에도 대응한다.

전기차 무선충전을 주목하는 이유
“현재 전기차 운전자들은 충전을 야간에 하는 것이 일반적이며 공공 충전 포인트를 이용하는 경우는 드물다.”

전기차 얼리어답터는 그들의 차고나 또는 운전자 소유의 도로에 설치한 가정용 충전 포인트를 주로 이용하고 있다. 하지만, 전기차 보급이 진행됨에 따라 다양한 충전 요구가 있을 것으로 예상된다. 예를 들어 도시의 아파트 등은 전용 주차 공간이 없으므로 노상 주차를 하지 않으면 안 되는 전기차 운전자들도 적지 않다. 따라서 전기차 운전자의 증가와 더불어 공공 충전 수요가 증가할 것으로 예상된다.
공공 충전설비의 설치에 있어서, 전력사업자와 지방자치단체는 두 가지 선택지가 있다. 하나는 플러그인 충전 설비를 정비하는 것이고, 또 하나는 지상이나 지하에 가설된 무선충전 설비를 정비하는 것이다. 플러그인 충전의 경우, 노면 시설이 늘어나는 것 외에 기물 파손 및 전기 연결 이완, 녹 위험을 수반하지만, 무선충전의 경우 경관을 흐트러뜨리는 노면 시설이 없고 보행자가 고압 케이블에 걸려 넘어질 위험도 없다.
전기차 운전자도 무선충전의 편리함을 선호하게 될 것이다. 무선충전이라면 추운 날씨나 비오는 날에 더럽혀진 케이블을 만지지 않고도 충전이 가능하여 수고와 번거로움을 없애준다. 또한 호우가 내리거나 자동차와 충전 포인트에 눈이 쌓였을 경우에 플러그인 케이블의 사용을 꺼리는 운전자도 있을 것이다.
무선충전은 분명한 경제적 이점이 있다. 배터리 충전율을 40~80%로 유지함으로써 전기차의 배터리 수명을 연장할 수 있다. 따라서 가정이나 직장, 마트에서 조금씩 자주 추가로 충전을 하는 경우가 일반화 될 것이고, 무선충전은 이러한 이용자의 행동에 적합하다. 그러나 플러그인 방식의 경우, 5~10분 충전하기 위해서 운전자는 플러그를 연결하는 수고를 해야 한다. 무선충전이라면, 특히 신속한 인증 방식과 결합됨으로써 주차 만으로 무선으로 추가 충전을 할 수 있다.

세미다이내믹 충전
자택, 직장, 공공장소에 전기차 무선충전 인프라가 구축된 후, 2단계로 “세미다이내믹(Semi-Dynamic) 충전”이 도입될 것이다. 세미다이내믹 충전은 교통신호등, 교차로, 택시 승강장, 버스 정류장 등 차가 정지하거나 천천히 이동하는 장소에서 충전이 가능하다. 그러나 이런 장소에서는 차량이 정확한 지점에 정지하는 것이 아니다. 퀄컴 헤일로 전기차 무선충전(WEVC) 기술은 이런 장소에서 충전하는 데 적합한 기술이다.

다이내믹 충전
주행중 전기차에 충전하는 ‘다이내믹 충전’이 전기차 무선충전 기술의 궁극적인 목표라고 할 수 있다. 다이내믹 충전을 통해 장거리 이동 시 충전을 위해 정차를 반복할 필요가 없으며, 수백 킬로미터까지 주행이 가능하다.
퀄컴은 지금까지 무선 통신 네트워크가 전개돼온 것과 유사한 방식으로, 전기차를 위한 인증 사업자가 다이내믹 충전망을 구축하는 수송 시스템을 예상하고 있다. 이것은 전기차 다이내믹 충전(DEVC) 기술을 주요 도로와 고속도로의 1차선 또는 여러 차선에 통합하는 것으로, 운전 중에 전기차의 충전이 이루어지므로 시간이 전혀 들지 않는다.
퀄컴 헤일로는 전기차 다이내믹 충전망 및 서비스를 중심으로 새로운 비즈니스 모델을 발전시킬 것으로 예상된다. 이 비즈니스 모델의 발전은 모바일폰이나 무선 단말기의 세계적 확산에 기여한 무선 통신 비즈니스 모델을 반영하는 형태로 전개될 것으로 예상된다.

비즈니스 모델과 퀄컴의 사업배경
“차세대 모바일 및 무선 기술을 선도하는 퀄컴은 무선충전 분야에서도 이미 경험이 있다.”

비즈니스 모델
전기차 무선충전에는 두 가지 비즈니스 모델이 있다. 하나는 여러 기업이 각자 독자적인 기술을 사용한 제품으로 경쟁을 펼치는 세분화된 수직형 모델이다. 다른 하나는 표준화된 공통 기술을 여러 기업이 채택해 무선충전 솔루션을 제공하는 수평형 모델이다. 어떤 비즈니스 모델이든 보급을 촉진하는 데 있어서 중요한 기술혁신은 가능하지만, 비용절감으로 이어지는 시장경쟁을 촉진하고 장기적인 규모의 경제를 가능하게 하는 모델은 수평형 비즈니스 모델이다.
퀄컴의 비즈니스 모델은 수평형이다. 연구개발 부문의 성과를 통합하고 경험이 풍부한 기술자가 개발한 기술을 제공함으로써 라이선스를 취득한 회사는 퀄컴이 제공하는 신뢰할 수 있는 기술과 제품을 이용할 수 있다. 이 비즈니스 모델은 여러 기업이 각각 독창성을 발휘할 수 있으며, 또한 에코시스템 파트너가 각각의 핵심 기술을 활용하여 독자적인 제품 기능을 개발하고, 시스템 레벨의 기능을 구축할 수 있도록 하는 비즈니스 협업 환경을 제공한다.
또한 퀄컴은 표준화 단체에 적극적으로 참여해 새로운 기술로의 전환을 촉진하는 공통 규격의 추진에도 기여하고 있다.
자동차 제조사, 부품 제조사, 사용자의 3자 모두에게 이 비즈니스 모델은 장점이 있다. 자동차 제조사는 표준 규격에 준거한 상호 운용할 수 있는 기술을 활용할 수 있으며, 부품 업체는 산업 규모의 연구개발 프로그램의 혜택을 받으면서 기능 수준에서 기술혁신에 전념할 수 있다. 사용자는 무선충전 포인트와 차량의 호환성을 걱정하지 않으면서 저렴한 무선충전을 이용할 수 있다.

퀄컴의 사업배경
차세대 모바일 및 무선 기술로 세계를 선도하고 있는 퀄컴은 이미 휴대전화와 개인 휴대용 기기를 무선으로 충전하는 기술과 솔루션을 개발한 경험과 실적이 있다.
퀄컴 헤일로 기술은 무선 전력 전송(wireless power transfer)의 선구자로 정평이 난 오클랜드 대학의 지난 20년간의 기술개발과 상용화를 비롯한 오랜 세월의 연구에 근거하고 있다. 여기서 강력한 솔루션과 저전력/고성능 시스템용 전자기유도 충전을 커버하는 풍부한 특허 포트폴리오가 만들어졌다.

표준화
“업계의 성장을 견인하고 가속화하는 전기차 무선충전 기술과 에코시스템을 만들기 위해서는 기술의 표준화가 매우 중요하다.”

표준화는 시장에 받아들여지는 데 매우 중요한 고객 경험을 향상시키기 위한 단순하고 사용하기 쉬운 무선 기술의 확립에 필수 조건이다.
충전은 단순하지 않으면 안 된다. 사용자가 자신의 자동차 충전 시스템에 적합한 충전소를 찾지 않아도 되도록 모든 전기차 무선충전의 기반 충전 장치(Base Charging Unit, BCU)와 자동차 충전 장치(Vehicle Charging Unit, VCU)에 호환성이 있어야 한다.
보편성도 필수 조건이다. 서비스를 받을 수 있는 장소가 많아야 보급이 촉진된다. 가정, 직장, 주차하는 모든 장소 등 충전할 수 있는 장소가 많을수록 전기차 운전자의 불안감은 낮아진다.
또한 비용이 억제되지 않으면 안 된다. 전기차 무선충전 및 전기차의 성장을 위한 세계 시장 창출에는 가격이 중요한 열쇠가 된다. 고유기술과 독점기술은 비용이 높아져 경쟁을 촉진할 수 없다. 반면, 국제 개방형 표준은 높은 성장률을 달성하고 지속 가능하다는 것이 지금까지 반복해서 입증돼온 사실이다. 전기차 충전 업계는 표준 규격을 기반으로 기술을 채택함으로써 에코시스템에 편입되는 모든 플레이어가 경제적인 혜택을 누릴 수 있다.
퀄컴의 비즈니스 모델은 표준화, 기술 라이선싱, 지속적인 혁신에 의해 에코 시스템을 발전시키는 데 있다.



위치맞춤과 허용오차
퀄컴 헤일로 전기차 무선충전 기술은 충전 패드의 정렬을 정확하게 하지 않아도 베이스 충전 장치(BCU)에서 자동차 충전 장치(VCU)에 효율적으로 전력을 전송할 수 있는 특허기술을 채용하고 있다. 따라서 운전자는 WEVC 충전 베이에 정확하게 주차할 필요가 없다. 두 개의 충전 패드를 자석으로 제어해 정렬하는 기술(자기 정렬 기술)은 미래의 다이내믹 충원이 전기차의 표준 충전 솔루션 중 하나가 될 경우에 필수다. 퀄컴 헤일로 다이내믹 충전망은 일반적인 운전에서 흔히 볼 수 있는 것같이 자동차가 다이내믹 충전 레인에서 가로 방향으로 어긋나도 높은 전력 전송 효율을 달성한다.  ES