무선 자동차 충전이 새로운 이야기를 전할 수 있을까?

테슬라는 무선 충전 분야의 선도 기업 중 하나입니다. 2023년 6월, 테슬라는 7,600만 달러를 투자하여 위페리온(Wiferion)을 인수하고 사명을 테슬라 엔지니어링 독일 GmbH로 변경하여 저렴한 비용으로 무선 충전을 도입할 계획이었습니다. 이전에 테슬라 CEO 머스크는 무선 충전에 대해 부정적인 입장을 보이며 무선 충전을 "저에너지 비효율적"이라고 비판했습니다. 하지만 이제 그는 무선 충전을 유망한 미래로 평가합니다.

물론, 토요타, 혼다, 닛산, 제너럴 모터스 등 많은 자동차 회사도 무선 충전 기술을 개발하고 있습니다.

많은 업체들이 무선 충전 분야에서 장기적인 연구를 진행해 왔지만, 자동차용 무선 충전 기술은 아직 현실화되기에는 갈 길이 멉니다. 무선 충전 기술의 발전을 저해하는 주요 요인은 바로 전력입니다. 홍치 E-HS9를 예로 들어 보겠습니다. 이 차량에 탑재된 무선 충전 기술은 최대 출력이 10kW로, 완속 충전 시스템의 7kW보다 약간 높은 수준입니다. 일부 모델은 시스템 충전 전력이 3.2kW에 불과합니다. 다시 말해, 이러한 충전 효율로는 편의성이 전혀 없습니다.

물론 무선 충전의 출력이 향상된다면 이야기가 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 기사 서두에서 언급했듯이, 연구 개발팀은 100kW의 출력을 달성했는데, 이 정도 출력이라면 이론적으로 약 1시간 만에 차량을 완전히 충전할 수 있다는 의미입니다. 슈퍼차징과 비교하기는 어렵지만, 여전히 에너지 보충을 위한 새로운 선택입니다.
사용 시나리오 측면에서 자동차 무선 충전 기술의 가장 큰 장점은 수동 작업의 감소입니다. 유선 충전과 비교했을 때, 차량 소유자는 주차, 하차, 차량 시동, 충전 등 일련의 작업을 직접 수행해야 합니다. 타사 충전소를 이용할 경우, 다양한 정보를 입력해야 하는데, 이는 비교적 번거로운 과정입니다.

무선 충전 시나리오는 매우 간단합니다. 운전자가 차량을 주차하면 장치가 자동으로 감지하여 무선으로 충전합니다. 차량이 완전히 충전되면 차량은 즉시 출발하며, 운전자는 더 이상 조작할 필요가 없습니다. 사용자 경험 측면에서도 전기차를 이용할 때 고급스러운 느낌을 선사합니다.

자동차 무선 충전이 기업과 공급업체의 관심을 끄는 이유는 무엇일까요? 개발 관점에서 볼 때, 무인 시대의 도래는 무선 충전 기술의 비약적인 발전을 가져올 수 있습니다. 자동차가 진정한 무인 자동차가 되려면 충전 케이블의 족쇄에서 벗어날 수 있는 무선 충전 기술이 필수적입니다.

따라서 많은 충전 공급업체들은 무선 충전 기술의 발전 전망에 대해 매우 낙관적입니다. 독일 대기업 지멘스는 2028년까지 유럽과 북미의 전기차 무선 충전 시장이 20억 달러에 이를 것으로 전망합니다. 이를 위해 지멘스는 2022년 6월, 무선 충전 시스템 기술 연구 개발을 촉진하기 위해 무선 충전 공급업체인 와이트리시티(WiTricity)에 2,500만 달러를 투자하여 소수 지분을 인수했습니다.

지멘스는 전기차 무선 충전이 미래에 주류가 될 것이라고 생각합니다. 무선 충전은 충전 편의성을 높이는 것 외에도 자율주행 실현의 필수 조건 중 하나입니다. 자율주행차를 본격적으로 출시하려면 무선 충전 기술이 필수적입니다. 이는 자율주행 시대로 나아가는 중요한 발걸음입니다.

물론 전망은 밝지만 현실은 녹록지 않습니다. 현재 전기차의 에너지 충전 방식은 점점 더 다양해지고 있으며, 무선 충전의 전망도 매우 밝습니다. 그러나 현재 시점에서 자동차 무선 충전 기술은 아직 시험 단계에 있으며, 높은 비용, 느린 충전 속도, 일관되지 않은 표준, 그리고 더딘 상용화 진전 등 여러 문제에 직면해 있습니다.

충전 효율 문제는 장애물 중 하나입니다. 예를 들어, 앞서 언급한 홍치 E-HS9에서 효율성 문제를 논의했습니다. 무선 충전의 낮은 효율은 비판받아 왔습니다. 현재 전기차 무선 충전의 효율은 무선 전송 중 에너지 손실로 인해 유선 충전보다 낮습니다.

비용 측면에서 차량용 무선 충전은 더욱 절감되어야 합니다. 무선 충전은 인프라에 대한 요구 사항이 높습니다. 충전 부품은 일반적으로 지상에 매설되므로 지반 개량 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 건설 비용은 일반 충전 파일 비용보다 높을 수밖에 없습니다. 또한, 무선 충전 기술 보급 초기 단계에서는 산업 체인이 미숙하고 관련 부품 비용이 높아 동일 전력의 가정용 AC 충전 파일 가격보다 몇 배나 높을 수 있습니다.

예를 들어, 영국 버스 운영사 FirstBus는 자사 차량의 전기화를 촉진하기 위해 무선 충전 기술 도입을 검토했습니다. 그러나 조사 결과, 지상 충전 패널 공급업체들이 각각 7만 파운드(약 1억 2천만 원)를 제시한 것으로 나타났습니다. 또한, 무선 충전 도로 건설 비용도 높습니다. 예를 들어 스웨덴에서 1.6km 길이의 무선 충전 도로를 건설하는 데 드는 비용은 약 1,250만 달러(약 130억 원)입니다.

물론, 안전 문제 또한 무선 충전 기술을 제한하는 요소 중 하나일 수 있습니다. 인체에 미치는 영향 측면에서 무선 충전 자체는 큰 문제가 아닙니다. 공업정보화부에서 발표한 "무선 충전(전력 전송) 기기의 전파 관리에 관한 잠정 규정(초안)"은 19~21kHz와 79~90kHz 대역을 무선 충전 차량에만 적용한다고 명시하고 있습니다. 관련 연구에 따르면 충전 전력이 20kW를 초과하고 인체가 충전대에 밀착된 경우에만 인체에 일정한 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 이는 소비자들이 무선 충전의 안전성을 인지하기 위해서는 관련 당사자 모두가 지속적인 홍보 활동을 펼쳐야 한다는 것을 의미합니다.

차량용 무선 충전 기술이 아무리 실용적이고 사용 환경이 편리하더라도, 대규모 상용화까지는 아직 갈 길이 멉니다. 실험실을 벗어나 현실에 적용하기까지는 차량용 무선 충전으로 가는 길은 멀고 험난합니다.

모든 당사자가 자동차용 무선 충전 기술을 활발히 연구하는 가운데, "로봇 충전"이라는 개념 또한 조용히 등장했습니다. 무선 충전으로 해결해야 할 문제는 사용자 충전 편의성 문제이며, 이는 미래의 자율주행 개념을 보완할 것입니다. 하지만 로마로 가는 길은 하나가 아닙니다.

따라서 "충전 로봇" 또한 자동차 지능형 충전 과정의 보조 수단으로 활용되기 시작했습니다. 얼마 전 베이징 부중심부 건설 국가녹색발전시범구의 새로운 전력 시스템 실험 기지는 전기 버스를 충전할 수 있는 전자동 버스 충전 로봇을 출시했습니다.

전기 버스가 충전소에 진입하면 비전 시스템이 차량 도착 정보를 포착하고, 백그라운드 디스패치 시스템이 즉시 로봇에게 충전 작업을 지시합니다. 로봇은 경로 탐색 시스템과 보행 메커니즘의 도움을 받아 자동으로 충전소로 이동하여 충전 건을 자동으로 잡습니다. 또한, 시각 위치 측정 기술을 사용하여 전기 자동차 충전 포트의 위치를 ​​파악하고 자동 충전 작업을 수행합니다.
물론 자동차 회사들도 "충전 로봇"의 장점을 인지하기 시작했습니다. 로터스는 2023년 상하이 모터쇼에서 플래시 충전 로봇을 선보였습니다. 차량 충전이 필요할 때, 로봇은 기계식 팔을 뻗어 충전 건을 차량의 충전 구멍에 자동으로 삽입합니다. 충전 후에는 스스로 건을 꺼내 충전 시작부터 충전까지 모든 과정을 완료할 수 있습니다.

반면, 충전 로봇은 무선 충전의 편리함뿐만 아니라 무선 충전의 전력 제한 문제도 해결할 수 있습니다. 사용자는 차에서 내리지 않고도 과충전의 즐거움을 누릴 수 있습니다. 물론, 충전 로봇은 비용과 위치 추적 및 장애물 회피와 같은 지능적인 문제도 수반합니다.

요약: 신에너지 자동차의 에너지 보충 문제는 업계 모든 관계자가 항상 중요하게 생각하는 문제입니다. 현재 가장 널리 사용되는 두 가지 솔루션은 과충전 솔루션과 배터리 교체 솔루션입니다. 이론적으로 이 두 솔루션은 사용자의 에너지 보충 요구를 어느 정도 충족하기에 충분합니다. 물론, 상황은 끊임없이 발전하고 있습니다. 자율주행 시대의 도래와 함께 무선 충전과 충전 로봇이 새로운 기회를 가져올지도 모릅니다.