Granite River Labs, GRL
Vamshi Kandalla
전기 자동차에 대해서는 많이 들어보셨겠지만, 차량용 무선 충전은 어떤가요? 2022년 13억 달러 규모의 글로벌 차량용 무선 충전기 시장은 21.9%의 연평균 성장률로 확장되어 20321년에는 95억 달러의 시장 규모에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 엄청난 성장을 뒷받침하는 것은 해마다 기록을 경신하고 있는 글로벌 전기 자동차(EV) 시장의 팽창입니다. 예를 들어 중국2은 2022년 말에 전례 없이 590만 대의 전기차를 판매했습니다.
다른 나라들도 비슷합니다. 오히려 2022년에는 전반적으로 상당한 진전이 이루어졌습니다:
- 미국에서는 807,180대의 완전 전기 자동차가 판매되어 전년 대비 3분의 2로 급증했습니다3.
- 독일은 전체 신차 등록 건수의 31%에 해당하는 833,000건이 전기차로 등록했습니다4.
- 인도의 전기차 판매량은 2020년 19,100대에서 20225년 442,901대로 2000% 이상 증가했습니다5.
- 한국은 2019년과 20226년 사이에 주문이 두 배로 증가하면서 4번째로 큰 전기차 수출국이 되었습니다6.
- 일본 국내 전기차 시장도 회복세를 보이며 3배 증가한 59,007대에 달하고 있습니다7.
이러한 증가세를 뒷받침하는 것은 스마트폰부터 웨어러블 디바이스, 노트북까지 모든 것을 아우르는 무선 충전 시장이 30%의 연평균 성장률로 성장하여 2030년까지 시장 가치가 총 1,859억 9,000만 달러에 달할 것이라는 전망입니다8. 2030년 휘발유 및 디젤 자동차 판매 금지와 같은 영국의 정부 규제가 지속 가능한 교통수단으로의 전환을 지원함에 따라 차량용 무선 충전에 대한 모멘텀은 계속될 것으로 예상할 수 있습니다.
Qi2가 자동차 무선 충전의 실용성을 높이는 방법
2023년 1월 초 무선 전력 컨소시엄(WPC)이 새로운 Qi2 무선 충전 표준을 발표하면서 기존 Qi 버전 1.3.2에 더 안전하고 지속 가능한 옵션을 도입하여 시장의 신뢰를 강화했습니다. 새로운 Qi2 기술은 전원을 켤 때 장치 내부의 구리선 코일에 전력을 공급하는 자기장을 생성하는 자기 전력 프로파일(MPP)로 알려진 독점적인 일련의 자석을 기반으로 합니다.
확장 전력 프로파일(EPP)로 실행되는 이전 버전인 Qi 1.3에 비해 Qi2 MPP의 장점은 에너지 전송 효율을 50~60%에서 85~90%로 끌어올렸다는 점입니다. 이 개발은 자동차 운전자에게 더 넓은 범위의 충전 옵션을 제공하여 무선 충전 자동차의 실용성을 크게 높일 수 있다는 점에서 전기 자동차 제조업체와 애호가 모두에게 환영받고 있습니다.
전기 자동차 무선 충전 사용 사례
지금까지 전기차를 둘러싼 회의론은 주로 충전과 관련된 것이었습니다. 특히 충전 과정의 안전성, 충전 포트 위치 선정의 불편함, 차량 충전에 상당한 시간이 소요된다는 점, 특히 운전자가 연료를 얼마나 빨리 충전할 수 있는지에 대한 우려가 있었습니다.
그러나 이러한 제한 사항 중 상당수는 부피가 큰 충전 스테이션을 창의적으로 통합된 충전 패드, 코일 및 전력 제어 장치로 대체함으로써 우회할 수 있으며, Qi2 무선 충전 표준이 계속 확산됨에 따라 더욱 실현 가능성이 높아질 것입니다.
차량용 무선 충전을 지원하는 도로 인프라
2022년 스웨덴의 휴양지 고틀란드 섬의 1.6km 길이의 도로는 무선 에너지 충전 독으로 탈바꿈했습니다. 어떻게 가능했을까요? 자동차 제조 회사인 Stellantis는 아스팔트 도로 표면 아래에 1.5m 길이의 구리 코일을 설치했습니다.
도로 내 코일과 무선 수신기 사이의 유도를 통해 생성된 에너지를 통해 버스는 배터리에 저장된 에너지를 소비하지 않고도 고속도로 속도로 주행할 수 있었습니다.
물론 이 방법은 장거리 고속도로에 적용하기에는 비용 효율성이 떨어집니다. 그럼에도 불구하고 이 시범 프로젝트는 차량이 예측 가능한 거리를 고정된 경로로 주행하는 항구나 공항과 같은 장소에서 에너지 절약의 잠재력을 보여줍니다.
차량 내 무선 충전
전기 자동차는 그 자체로 충전소가 될 수 있습니다. 제조업체는 스마트폰, 웨어러블 및 기타 Qi 지원 디바이스를 위한 고속 충전 프로토콜과 같은 차량 내 애플리케이션에도 Qi 무선 충전 기술을 사용하고 있습니다.
제조업체는 단일 코일 및 다중 코일 설계를 실험함으로써 무선 충전 포트의 활성 영역을 확장하여 유연하고 자유롭게 배치할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 현재 시장을 지배하고 있는 평평한 표면 충전 포트 대신 특정 코일 디자인을 사용하면 휴대폰 차량 거치대의 불규칙한 표면에서도 안정적인 무선 충전이 가능하여 2-in-1 액세서리로 효과적으로 전환할 수 있습니다.
차량용 무선 충전의 실용성 확대
실내 환경과 달리 자동차는 온도와 습도 등 외부 조건의 변동이 심합니다. 충전 속도는 내부 배터리 온도에 크게 영향을 받기 때문에 37~40°C(98.6~104°F)의 고온에서도 최적화되도록 충전 속도를 미세 조정하면 보다 일관된 사용자 경험을 보장하는 데 도움이 됩니다.
이 때문에 Qi 버전 1.3.2부터 무선 충전 송신기에 이물질 감지(Foreign Object Detection, FOD) 지원이 강화되었습니다. FOD를 사용하면 전력 전송기 코일(PTx)의 교류 전류가 교류 자기장을 생성하는 유도 결합 기술을 기반으로 충전 전력을 조절할 수 있습니다. 이 자기장을 전력 수신기 코일(PRx)에 상호 결합함으로써 에너지를 다시 교류 전류로 변환하여 장치에 전력을 공급할 수 있습니다.
전기로 다시 변환되는 자기 전류의 양은 PRx가 실시간으로 감지한 Q 계수 및 공진 주파수 값에 따라 조절됩니다. 이는 무선 충전 컨트롤러 내의 적응형 알고리즘을 통해 가능합니다.
따라서 FOD는 환경 요인에 따라 변동하는 온도를 조절하여 활성 송신기 주변에서 열에 민감한 금속 물체의 과열을 방지함으로써 더 넓은 온도 범위에서 최적의 무선 충전을 가능하게 합니다.
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References
- Fact MR. 2022 - 2023. Global Automotive Wireless Charger Market Outook.
- Naina Bhardwaj. Dec 26, 2022. Electric Vehicle Industry in India: Investment Outlook and Market Profile. India Briefing.
- Mark Kane. Feb 08, 2023. China: Nearly 6 Million Plug-In Cars Were Sold In 2022. Inside Devs.
- Research and Markets. Jan 2022. Wireless Charging Market by Technology and Industry Vertical - Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2021-2030.
- UKSIF. Mar 09 2023. Can regulation open the floodgates for green finance? Edie.
- Giulia Carbonaro & AP. 24 Jun 2022. Wireless charging for electric cars is already here - but the technology isn’t for everybody yet. Euronews.net.
- David Carnoy. 21 Feb 2023. Best Car Phone Mount for 2023. CNET.
- Wireless Power Consortium. History of the Qi specification.
