전기자동차 충전기

전기자동차 충전기

전기자동차 충전기(Electric vehicle charger) 또는 전기차 충전기(Electric Car charger)는 구동 에너지를 전기 에너지로부터 얻는 전기자동차의 충전기이다.

개요

전기자동차와 내연기관 자동차의 가장 큰 차이는 구동에 필요한 에너지가 다르다는 것이다. 내연기관 자동차가 휘발유, 경유, LPG 등의 화학에너지를 사용하는 반면, 전기자동차는 차량을 구동하기 위해 전류의 흐름을 활용하는 물리 에너지, 전기를 활용한다. 사용하는 에너지가 다르기 때문에 연료를 충전하는 방식에도 차이가 있는데, 내연기관 자동차는 주유소를 방문하여 주유구를 열고 휘발유, 경유, LPG를 채웠다면, 전기자동차는 전기 충전소, 아파트, 주택 등에 설치된 전기자동차 충전 시설에서 충전을 한다. 이러한 충전기에는 분류에 따라 다양한 종류가 존재하며, 충전량에 따른 분류로는 급속ㆍ완속ㆍ저속 충전기, 충전 후 규격에 따른 분류로는 AC 단상 5핀, AC 3상 7핀, DC 차데모(DC CHAdeMO), DC GB/T, DC 콤보 CCS 타입 1(CCS Type 1), CCS 타입 2(CCS Type 2) 등이 있다.

충전기 분류

충전량

전기차 충전기는 충전량에 따라 급속충전기, 완속충전기, 저속 충전기로 분류된다. 급속충전기는 충전기에서 배터리로 직접 직류(DC) 전력을 공급해 충전하는 방식으로, 국내는 50kW급 성능의 급속충전기를 주로 사용하며, 전기차의 배터리 용량에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 1시간 이내로 80%까지 충전할 수 있다. 차종에 따라 DC 콤보, 차데모 규격을 범용으로 사용한다. 완속 충전기는 충전기가 교류(AC) 전력을 공급하고 전기차의 온보드차저(OBC; On Board Charger)가 이 전력을 직류로 변환해 배터리에 충전하는 방식이다. AC 단상 5핀 규격을 사용하며, 7kW 급 성능을 가진다. 자동차의 배터리 용량에 따라 다르지만 통상 10%를 충전하는 데 약 1시간이 필요하다. 완속 충전기는 충전하는데 많은 시간이 소요되기 때문에, 심야와 같이 전기차를 사용하지 않는 긴 시간을 활용해 이용하는 것이 좋다. 저속 충전기는 대표적으로 이동형 충전기가 있는데, 이동형 충전기는 별도의 충전기 설치 없이 기존에 설치된 220V 콘센트와 전기차를 연결해주는 장치로, 보통 3.2kW 급 성능이며 규격은 완속 충전기와 동일한 AC 단상 5핀을 사용한다. 완속 충전기보다 더 느린 속도로 충전하기 때문에 인근 충전소까지 갈 전력도 없는 경우와 같이 긴급한 순간에 임시로 사용하는 용도로 사용된다.

충전구 규격

AC 충전기(AC Charger)

DC 충전기(DC Charger)

충전구의 규격에 따라 전기자동차 충전기를 분류하면 AC 단상 5핀, AC 3상 7핀, 차데모(CHAdeMO), DC GB/T, DC 콤보 CCS 타입 1(CCS-type 1), DC 콤보 CCS 타입 2(CCS-type 2)로 나뉜다.

• AC 단상 5핀 : 국내 완속충전 표준 커넥터로, 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 많이 사용되는 충전 타입이다. 반적인 교류전원을 사용하며 통산 220V / 32A, 7kW급으로 이야기한다. 국내에서 출시된 대부분의 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)의 충전 타입으로 많이 사용된다.

• AC 3상 7핀 : 3상을 지원하는 7개의 핀으로 구성되어 있다. 급속과 완속을 모두 사용할 수 있는 표준으로, 고속충전 시 직류 전원을 사용하는 다른 표준들과 다르게 고속충전에서 교류 전원을 사용한다.

• 차데모(CHAdeMO) : 일본을 중심으로 만들어진 급속충전 표준으로, 국내에서는 현대자동차㈜ㆍ기아자동차㈜에서 사용하고 있다. 급속 전용 충전 플러그이기 때문에, 완속충전을 위한 플러그가 별도로 필요하고, 차량의 공간을 많이 차지한다는 단점이 있다. 차데모는 유럽과 미국을 주도로 표준이 만들어지고 있는 DC콤보에 밀려 시장에서 점유율이 낮아지고 있다.

• DC GB/T : 중국을 중심으로 만들어진 급속충전 표준으로, GB/T 표준에 따라 설계된 차세대 DC 충전 케이블은 최대 250 kW의 충전 전원을 지원한다.

• DC 콤보 : DC 콤보는 CCS 타입 1(CCS-type 1)과 CCS 타입 2(CCS-type 2)로 나뉜다. CCS 타입 1은 미국과 유럽 국가를 대상으로 만들어진 급속충전 표준으로 미국뿐만 아니라 한국에서도 급속충전 표준으로 사용되고 있다. 100kW 이상의 고속충전을 지원하고 있기 때문에 빠른 속도로 급속충전이 가능하며, 직류 전원을 사용한다. CCS 타입 2는 미국, 유럽을 위주로 만들어진 급속충전 표준으로 타입 1과 충전구의 모양이 다르고 AC 3상의 7핀에 DC 연결핀이 있는 구조를 가지고 있다.

급속충전기 종류

현대자동차㈜ 하이차저

현대자동차㈜ 하이차저(Hyundai Motor Company Hi-Charger)

현대자동차㈜가 현대 모터스튜디오 고양에 충전소 2기를 설치하고 운영을 시작했으며, 향후 전국적으로 설치를 확대해 나갈 계획을 가지고 있는 전기차 초고속 충전설비 ‘하이차저(Hi-Charger)’는 반가움, 친근함 등의 인사 표현인 ‘하이(Hi)’와 친환경적이며 미래 이동수단으로 저변을 확대하고 있는 전기차의 첨단기술(High-tech) 이미지를 담아서 명명되었다. 현대자동차㈜가 전기차 충전 전문업체인 대영채비㈜와 함께 개발하였으며, 국내 최고 수준의 350kwh급 고출력ㆍ고효율 충전기술이 적용되었고, 미래 지향적 디자인을 담은 신개념 전기차 충전 공간으로 설계되었다. 800V 대용량 배터리가 탑재된 전기차의 경우, ‘하이차저’를 이용하면 20분 내에 80%까지 충전이 가능해져 전기차 충전 시간을 획기적으로 단축시켜줄 것으로 기대된다. 특히, 하이차저는 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 충전시 부분 자동화 방식을 적용해 사용자가 전기차 충전 시 연결선의 무게를 거의 느끼지 않고 손쉽게 충전 커넥터를 연결할 수 있도록 설계되어 충전 편의성을 극대화했다. 하이차저와 연동되는 전용 애플리케이션을 개발해 이용자들에게 출발지와 목적지 경로 상에 위치한 전기차 충전소를 추천하는 ‘최적 경로 추천서비스’를 제공하며, 현대자동차 고객의 경우 ‘충전 예약 및 결제’, ‘충전 중 차량 진단’ 등 특화 서비스도 함께 제공할 예정이다.

테슬라 슈퍼차저

테슬라 슈퍼차저(Tesla Supercharger)

테슬라 슈퍼차저는 테슬라가 데스티네이션 차저(완속)와 함께 설치한 테슬라 차량 전용 급속 충전소이다. 테슬라만 사용할 수 있는 슈퍼차저는 과거 인도된 차량은 일명 ‘유럽형 포트’라고 불리는 7핀 포트가 그리고 현재 인도되는 차량은 일명 ‘북미형 포트’라고 불리는 5핀 포트가 장착되었으며, 국내 모든 슈퍼차저는 북미형 포트로 바뀔 예정이며, 2020년 기준 과거 유럽형 포트를 사용하는 차량들의 경우 북미형 포트로 교체 작업중이다. 슈퍼차저로 테슬라 모델3을 충전 시 V3 슈퍼차져 규격으로 스탠다드 레인지 플러스의 경우 최대 약 180kW까지, 롱 레인지의 경우 최대 약 250kW까지의 속도로 충전이 가능하다.모델에 상관없이 테슬라 전 차량에 무료로 충전을 지원하였으나, 2020년 10월 26일부터 유료화로 전환되며, 충전하는 전력량에 따라 요금이 부과되었다. 테슬라가 시행하는 2단계 요금제에 따르면, 60kW 이하의 충전속도로 충전이 될 때 1단계 요금이 부과되고 60kW 이상의 충전속도로 충전이될 때 2단계 요금으로 부과되는 것이 설명되어 있지만, 테슬라 코리아에 따르면, 추후 지역 및 사이트에 따라, 또는 한국전력의 전기차 충전 요금 정책에 따라 탄력적으로 변경될 수 있다고 한다. 테슬라 슈퍼차저는 다른 국내 급속충전기와 달리 결제 단말기가 없어, 온라인으로 카드 결제 정보를 입력하면, 충전 후 사용 요금이 자동결제된다.

아이오니티

아이오니티(IONITY)

현대자동차㈜·기아자동차㈜가 전략 투자를 단행한 아이오니티는 지난 2017년 BMW그룹, 다임러 AG, 폭스바겐그룹, 포드 등 완성차 업체들이 설립한 전기차 초고속 충전 합작 법인으로 유럽 24개국을 관통하는 주요 고속도로 내에 100% 재생에너지를 사용한 친환경 350kW 충전 설비를 구축하고 있다. 2020년 11월 10일 기준 298개의 초고속 충전소를 운영하고 있고, 건설 중인 53개소를 포함해 2022년까지 총 400개의 초고속 충전소를 설치한다는 계획이다. 아이오니티가 구축 중인 초고속 충전소는 유럽 주요 고속도로 내 약 120km 간격으로 설치되고 있다. 짧은 거리 내에 다수의 초고속 충전기를 설치해 전기차 충전소 접근성을 높이기 때문에 고속도로를 이용하는 장거리 여행객의 전기차 사용 편의성이 대폭 향상될 전망이다. 또한, 아이오니티가 구축하는 350kW 초고속 충전 설비는 현대자동차㈜·기아자동차㈜를 비롯해 글로벌 완성차 업체가 2021년부터 출시하는 800V 고전압 시스템을 탑재한 전기차와 함께 전기차 초고속 충전 시대를 열 것으로 예상된다. 통상적으로 400V급 전압 시스템을 갖춘 배터리 용량 64kW 기준의 전기차를 50kW~150kW급 급속충전기로 80%까지 충전하는 데 1시간 내외가 소요되는데, 향후 출시될 800V 고전압 시스템을 갖춘 전기차가 350kW 초고속 충전 설비를 이용해 충전할 경우 18분 이내에 80%까지 충전이 가능하다. 현재 전기차 충전 시간보다 대폭 짧아지는 것이다.

충전시설 현황

2020년 11월 기준 국내 전기차 충전기 현황(출처 : 환경부)
국내 전체 충전기 수량 추정값(개인용 홈 충전기 불포함)

한국전력공사			환경부	충전사업자			지자체			합계
급속	완속	계	급속	급속	완속	계	급속	완속	계	급속	완속	계
1,500	141	1,641	4,063	2,137	25,092	27,229	327	290	617	8,027	25,523	33,550

V2G 기술

V2G (Vehichle to Grid) 기술은 전기차나 하이브리드차 등을 전력망과 연결해 주행 후 남은 전력을 이용하는 기술이다. V2G 기술의 용어 중 G는 스마트 그리드(Smart Grid)를 말하며, 스마트 그리드는 전기를 저장할 때 IT 기술을 활용하는 차세대 전력망을 뜻한다. 이는 발전소와 전력 소비자를 정보통신망으로 연결하고, 양방향으로 공유하는 정보를 통해 전력시스템을 효율적으로 운영하는 데 활용되며, 스마트 그리드를 사용하면 소비자는 전기 요금이 저렴한 시간대를 파악해 전기를 쓸 수 있고, 전력 회사는 전기 소비가 적은 시간대에는 저렴하게, 소비량이 많을 때에는 일반적인 요금으로 전기를 판매하는 등 탄력적으로 전력 공급량을 조절할 수 있다. 전력 사용량에 맞춰 전기를 생산하고 공급하기 때문에 전력 낭비를 최소화할 수 있으며, 스마트 그리드는 쌍방향 송전이 가능해, 소비자가 갖고 있는 전기차가 대규모 배터리인 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)와 마찬가지로 전기를 저장하고 있기 때문에 스마트 그리드에서는 중요한 발전소가 될 수 있다. 전기차에 스마트 그리드가 적용되면 전력 수요가 많을 때는 전기차가 가정이나 송전탑에 전기를 보내고, 반대로 소비가 적은 시간에는 전기를 받아오며, 전기차 여러 대가 에너지 저장 시스템(ESS)의 역할을 수행한다. V2G 기술은 2020년 기준 일본의 경우 전기차와 가정이 전기를 주고받는 V2H(Vehicle to Home) 기술이 상용화되어 전기차, 양방향 충전기, 에너지 저장 시스템과 태양열 패널을 모두 결합한 형태의 본격적인 V2G 기술 실험을 진행하고 있다. 또한 독일의 경우, 전기차 전용 플랫폼을 기반으로 한 전기차를 출시해 전기차에 저장된 전력을 판매하는 서비스를 개발 중이며, 미국의 V2G 기술 관련 스타트업 누브는 쌍방향 충전기를 개발하고 이 충전기로 V2G 기술을 제대로 구현할 수 있는지 테스트하기 위해 전기 스쿨버스에 V2G 기술을 도입했다. 이 프로젝트는 2017년 미국 에너지부의 후원을 받아 진행되고 있으며, 미국 스쿨버스 제조사와 협력해 8대의 양방향 충전식 전기차 스쿨버스를 캘리포니아에서 운영하고 있다. 국내에서도 V2G 기술 상용화를 위한 연구가 이뤄지고 있으며, 현대자동차㈜ 코나 일렉트릭과 아이오닉 일렉트릭에 V2L(Vehicle to Load) 시스템을 적용했다. V2L은 V2G의 축소 개념으로, 전기차에서 전기를 빼내 가전 등을 구동할 수 있다. 현대모비스는 전기차가 전기를 받아오고, 보내는 것이 가능하게 해주는 V2G 기술 실현에 필요한 장치이자, V2G 기술에서 가장 먼저 확보해야 하는 양방향 충전기를 개발했다. 현대모비스는 2017년, 국내 최초로 양방향 충전기를 개발해 상용화했으며, 현대모비스의 양방향 충전기를 사용하면 전기차 네 대로 20가구가 하루 동안 사용할 수 있는 에너지를 공급할 수 있다. V2G 기술은 현대자동차㈜의 차량과 현대모비스의 양방향 충전기가 출시되며, 상용화가 시작되었으며, 현대자동차㈜가 완성한 V2G 기술은 미국 표준 규격에 맞춰 최대 10㎾ 충·방전이 가능하다. 방전이 가능하다는 것은 전기를 보낼 수 있다는 의미로, 양방향 충전기를 통해 일반 전기(220V)와 전기차용 전기(400V 이상)를 변환하고, 직류와 교류 역시 양방향으로 변환할 수 있다. 또한, 스마트 그리드에서 가장 중요한 쌍방향 통신을 가능케 하기 위해 양방향 전력제어 회로 역시 적용하며, 차량에서의 V2G 기술이 준비되었지만, 전기차가 보편적으로 보급되고, 전기를 사용할 수 있는 인프라가 마련될 2025년 이후에 더 큰 효과를 확인할 수 있을 것으로 전망된다.

오해와 진실

전기자동차에 대한 우호적 시선이 증가하며 차량 등록대수가 늘어나고 있지만, 여전히 전기자동차에 대한 의구심이 존재하며, 이로 인한 오해가 발생하고 있다.

첫 번째로, 우천 시 전기자동차를 충전할 때 빗물의 유입을 걱정하는데, 우천 시 충전구 내부로 들어오는 액체류가 드레인홀로 배출되는 구조를 통해 감전을 예방하고 있으며, 충전기가 체결된 이후에는 충전건과 충전구 사이 실링을 통해 액체류의 추가 유입을 예방한다. 또한 차량과 충전기가 완전히 연결된 것을 확인한 후 일정 시간이 지나 전류가 흐르도록 설계해 감전을 예방하며, 충전 중단을 위해 충전건의 버튼을 누를 경우 즉각 전류를 차단해 커넥터 접촉부의 손상을 방지해주는 방법 등 충전구 설계를 비롯하여, 여러 단계의 감전 예방 시스템을 통해 우천 시 빗물의 유입을 방지해주고 있다.

두 번째는 전기자동차의 충전 중에 발생하는 전자파가 위험하다는 것인데, 전기자동차 충전 중 발생하는 전자파는 완속충전의 경우, 운전석 2μT(마이크로 테슬라) 이하, 동승석 2μT 이하, 뒷좌석 좌측 2μT 이하, 뒷좌석 우측 3μT 이하로 매우 작으며, 급속충전의 경우에는 운전석 1μT 이하, 동승석 1μT 이하, 뒷좌석 좌측 2μT 이하, 뒷좌석 우측 2μT 이하로 더 작다. 이는 세계보건기구(WHO) 국제 권고기준 및 정부의 인체 보호 기준인 83.3μT 대비 매우 낮은 안전한 수준이다.

참고자료

• 한국전력 전기차충전서비스 캡코플러그(KEPCO PLUG) - https://evc.kepco.co.kr/service/service04.do
• 〈충전기 종류〉, 《메르세데스-벤츠 EQ 위키》

• 현대자동차그룹 , 〈전기차에 대한 오해와 진실 우리는 전기차를 얼마나 알고 있을까?〉, 《HMG 저널》, 2019-07-19
• 현대자동차, 〈현대자동차, 전기차 초고속 충전설비 ‘하이차저’ 첫 선〉, 《HMG 저널》, 2019-11-26
• 현대자동차그룹, 〈(전기차 백과사전 A to Z) 전기차 오너라면 반드시 알아야 할 전기차 충전의 모든 것〉, 《HMG 저널》, 2020-04-02
• 현대자동차그룹, 〈작은 전기차가 모여 만든 거대한 에너지 저장 장치〉, 《HMG 저널》, 2020-07-15
• 조재환 기자, 〈(단독)테슬라, 다음달 26일부터 국내 슈퍼차저 유료화〉, 《지디넷코리아》, 2020-09-28
• 또_탈퇴된코란, 〈테슬라는 어디서 충전할 수 있을까?〉, 《비즈N 동아오토》, 2020-10-26
• 현대·기아, 〈아이오니티와 손잡은 현대·기아차, 유럽 초고속 충전 인프라 구축 시동〉, 《HMG 저널》, 2020-11-11
• 송민근, 〈전기자동차 충전기 이야기〉, 《타고》, 2020-12-07

같이 보기

• 자동차
• 전기자동차
• 하이브리드 자동차
• 테슬라

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