전기차 급속충전 방식을 알아봅시다

[김종문 목사]

전기차 급속충전 방식을 알아봅시다

오토티비 입력 2018.10.12 10:34 수정 2018.10.12 17:19 

        

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전기차 이해를 위한 기본 물리 상식 제3편

 전기차 이해를 위한 기본 물리 상식 (제1편)전기차는 어느새 우리 곁으로 훌쩍 가다왔지만, 그 속을 들여다 보면 아직은 생소한 부분 천지입니다. 자동차에서 다루던 마력이나 cc(배기량), km/l(연비) 같은 일상적인 단위가 아닌, 암페어니 킬로와트니 하는 전기 단위가 자꾸 나와서 혼선을 일으키지요. 전기차를 타고 다니는데 굳이 이런 지식이 필요한 것은 아닙니다. 전기차라고 해서 그 조작 방식이 차이http://v.auto.daum.net/v/gOEbrnYJZo

 전기차 충전 시간은 왜 오래 걸릴까?안녕하세요. 지난 1편에 이은 두 번째 전기차 기본 물리 이야기입니다. 지난 시간에는 전기 에너지의 단위인 암페어와 볼트, 그리고 와트의 상관관계와 전기 에너지의 총량인 와트시에 대한 내용을 통해 전기차에 대한 기본적인 이해를 높여보았습니다. 이번 시간은 전기차의 배터리를 채우는 일, 그러니까 충전과 관련된 물리시간입니다. 아이구, 그렇게 골치아픈 이야기는http://v.auto.daum.net/v/gsXBPuCPeA

안녕하세요. 전기차와 관련된 물리 이야기가 벌써 세 번째로 접어들고 있습니다. 지난 시간에는 충전기들의 출력량에 따른 충전시간 계산을 벽콘센트와 완속충전기를 통해 알아보았습니다. 이번에는 남은 이야기인 급속충전 이야기를 마무리 지으려 합니다.

급속충전기는? 크다!

급속충전 방식은 그 이름답게 전기차 충전방식 중 제일 빠른 속도를 자랑합니다. 이유는 간단합니다. 가장 큰 전류를 사용하거든요. 한국에 표준사양으로 보급된 급속충전기에 급전되는 전력은 무려 50kW에 달합니다. 50kW라니 잘 가늠이 안 되는 숫자입니다만, 약 열다섯 가구 또는 6층 상업건물이 한여름에 에어콘 마구 돌릴 때 사용하는 전력량이라면 이해가 될런지요. 네, 급속충전기는 이 정도의 대전류를 단박에 공급해 배터리를 채웁니다. 빠를 수밖에 없지요.

급속충전기는 실물을 보면 바로 알 수 있습니다. 그 놈의 덩치 때문에요. 마치 자판기마냥  커다랗습니다. 워낙에 대전류를 소비하는 장비이다 보니 벽에 매다는 것은 엄두도 낼 수 없습니다. 하중도 상당하기 때문에 예외없이 콘크리드 기초 위에 세워져 있는 모습입니다. 

급속충전 방식은 나라별로 여러가지 종류가 있지만, 한국에서 가장 대중적인 방식은 세가지입니다. 거의 대부분의  급속충전기가 이 세 가지를 지원하도록 만들어져 있으며, 그래서 굵은 케이블이 세 개씩 매달려 있습니다. 각각의 특징이 있음에도 불구하고 급속충전에는 한가지 공통점이 있습니다. 

급속충전은 80%까지가 효율적

죄송하지만 잠시만 지난 시간 복습입니다. 충전이 진행됨에 따라 변화하는 충전량을 기억하시는지요? 전기차 배터리는 충전량이 일정 수준에 도달할 때까지는 최대전류 상태에서 전압을 높이는 CC(Constant Current: 정전류) 모드로 충전을 합니다. 그리고 충전이 일정 수준 이상(대부분 80% 전후)에 도달하면 전압을 유지하되 전류량을 줄여 나가는 CV(Constant Voltage: 정전압) 모드로 전환하게 됩니다. 전력의 총량을 조금씩 줄여 나가며 배터리가 받아야 할 부하를 낮추는 것이죠.

급속충전의 경우 80%를 충전까지는 비교적 빠르게 진행되지만, 그 다음부터는 급속이라는 말이 무색할 정도로 충전속도가 뚝 떨어집니다.  대전류를 쓰는 급속충전은 배터리 보호에 매우 신경을 씁니다. 충전기와 차량이 끊임없이 통신을 하면서 배터리의 상태와 온도를 확인합니다. 그래서 초창기 급속충전기는 80%까지만 채운 뒤 더 이상 충전이 안되도록 설정되어 있었지만, 주행거리를 많이 확보하고 싶은 사용자들의 요청에 의해 현재는 94%까지 채울 수 있도록 변경 운영되고 있습니다. 단, 공공장소에 설치된 급속충전기는 1회 충전시간을 40분으로 제한하고 있습니다. 다음 차례의 충전을 기다리는 사람을 위한 배려라고 할 수 있지요. 

DC콤보 방식

DC콤보 포트와 커플러의 모습. 상단의 5핀 커넥터는 완속충전 시에는 교류전류의 통로로 이용되지만 급속충전 때는 접지와 차량-충전기 통신을 담당한다

정확하게 말하자면 CCS(Combined Charging System) 또는 SAE 콤보(combo)라고도 부르는 급속충전 방식에서 5핀짜리 type1 커넥터를 쓰는 방식입니다. 이 커넥터는 생긴 게 좀 독특합니다. 일반적으로 쓰는 5핀짜리 완속충전 포트 아래에 커다란 핀 두 개가 더 붙은 모습이거든요. 이 커다란 핀 두 개는 45kW짜리 직류가 통하는 양극(+)과 음극(-)을 담당합니다.

직류라니? 넵, 직류입니다. 모든 배터리는 직류만 저장할 수 있습니다. 그러니까 전력망을 통해온 교류를 직류로 바꾸어 집어넣어 줘야 합니다. 급속 충전기의 덩치가 큰 것도 이 때문입니다. 대전류를 변환할 수 있는 대형 컨버터가 들어가야 하거든요. 

그런데 왜 45kW냐구요? 급속충전은 50kW로 알려져 있고, 실제로 그 정도의 전류가 들어갑니다. 이걸 그대로 충전에 다 쓸 수 있다면야 좋겠지만, 그렇지가 못한게 문제지요.  과전류가 흐를 경우에 대비해 수전용량에서 항상 10%의 여유를 남기고 처리하기 때문에 실제 충전기가 쓸 수 있는 전류는 45kW가 상한선입니다. 50kW급 충전기인데 충전 화면에 표시되는 실제 전류는 45kW 선을 왔다 갔다 하고 있는 걸 보신 적이 있나요.  이 때문입니다.

그럼 DC콤보로 충전할 때 걸리는 시간은 얼마나 될까요? 예로 드는 차는 전편과 마찬가지로 아이오닉 EV, 28kWh의 배터리를 가지고 있습니다. 급속충전이니 80%만 충전하는 것으로 가정하겠습니다.

28kWh x 0.8 ÷ 45kW = 0.498hour =30min

계산상 30분이 걸리는 것으로 나오는군요. 실제로 20도의 기온에서 아이오닉을 충전할 경우 약 33분이 소요되는 것을 확인할 수 있었으니 계산과도 얼추 맞습니다. 고속도로를 200km 달린 뒤 식사와 휴식을 취하기에는 딱 적당한 시간이지만, 아직 주유소와 비교하기에는 멀었습니다. 급속충전의 최종 목표는 주유소만큼의 편리함을 갖추는 것이니까요.