전기차의 종류 및 충전인프라 / 전기충전기의 종류

전기차의 종류 및 충전인프라 / 전기충전기의 종류

 

1. 전기차충전의 개요

온실가스 배출에 대한 국제적 규제강화에 따른 국가별 이산화탄소 감축 목표량 달성에 가장 효과적인 대안으로 친환경 자동차 개발에 관심이 증대되고 있다. 정부는 저탄소 녹색성장이라는 강력한 지원정책으로 전기차 활성화 방안을 발표하고, 서울시에서는 2010년 4월부터 전기차의 시내주행을 허용하고 있다. 현재 완성된 전기차 양산예정에 맞춰 전기차 충전인프라 구축이 절실히 필요한 실정이다.

전기차는 일반 내연기관 자동차와 달리 배터리, 전기모터, 인버터, 컨버터, BMS(Battery Management System)로 구성되고 배터리는 충전이 가능한 2차전지가 이용된다. 이러한 전기차 보급의 전제조건은 충전인프라를 구성하는데 있고 세계 각국은 충전인프라 구성 및 서비스에 대한 모델을 도출하고 실증사업을 진행 중이다.

 

2. 전기차 종류 및 충전인프라 구성

2-1. 전기차의 종류

전기차는 <표 1>에서와 같이 사용동력의 종류와 배터리의 종류에따라 나뉜다.

HEV(Hybrid Electric Vehicle)은 2가지 동력을 사용하는 자동차를 통칭해서 말하며 기존의 엔진과 배터리를 사용하는 전기에너지 2종류가 통상 사용되고, 그 기술의 단계나 배터리의 기여도에 따라 몇 단계로 구분된다. PHEV(Plug-in Hybrid Vehicle)은 HEV와 달리 배터리의 충전을 외부에서 충전하며 출발 및 주행 모두 배터리가 주역할을 하고, 배터리가 방전되었을 때만 엔진이 보조역할을한다. EV(Electric Vehicle)는 PHEV의 배터리 능력을 증대시켜 엔진을 제거한 형태의 전기차이다. FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)는 주동력원이 외부에서 충전하는 배터리 형식이 아니고 전기에너지를 자체 생산하는 연료전지가 있는 것이 특징이다.

배터리 부분은 전기차를 구성하는 핵심부분으로 차량 주행거리 증대를 위한 고에너지 밀도와 500회 이상 완전 방전이 가능해야 된다. 충분한 전력 밀도와 합리적인 충방전 에너지 효율의 특성을 지닌 니켈수소(Ni-MH)전지 및 리튬폴리머 계열의 전지가 주로 사용된다.

전기차 내부에는 BMS(Battery Management System)라는 핵심 제어장치가 있다. BMS는 주행 가능 거리 예측, 완전충전, 과충전 방지, 셀간 균등충전 알고리즘을 관리한다. 배터리 셀 또는 모듈의 고장관리, 배터리 수명 예측을 통한 배터리 교체 알림 기능을 포함한다.

< 표1. 전기차의 종류 >

 

2-2. 전기차 충전인프라 구성

전기차를 효율적으로 운행하기 위해서는 [그림 1]과 같이 전력공급을 할 수 있는 네트워크, 충전/방전 시스템, 요금 과금 시스템, 전력계통 운영시스템, 배터리 교환소 등이 구성되어야 한다.

전기차의 인프라 구성은 아파트 또는 공용시설의 주차장에서 전기자동차 충전을 값싸고 편리하게 이용하기 위한 시스템으로, 사용한 전기 요금은 세대 관리비 등에 합산해 청구하는 방식으로 운영될 것이다. 기본 충전기능뿐만 아니라 RFID 카드나 홈 네트워크를 통해 실시간 요금정산 및 원격 모니터링, 충전 현황 등의 정보를 손쉽게 확인할 수 있다.

< 그림1. 전기차 충전시스템 구성 >

 

2-3. 전기차 충전기 종류

전기차 충전기는 홈충전기 저속과 급속충전기와 완속충전기의 두가지 타입이 있으며 급속충전기는 약 30분만에 충전이 가능하다.

< 그림2. 급속충전기의 구조 >

급속충전기는 한전 AC전원을 DC변환 또는 신재생에너지 DC전원을 DC/DC로 변환하여 자동차에 장착된 배터리에 필요전력을 충전하며, 정류기 및 DC/DC 컨버터가 외부 충전시스템에 분리되어있어 충전속도가 빠르다. 완속충전기는 정류기와 DC/DC 컨버터가 자동차에 내장(On Board Charger)되어 전력변화과정이 발생하고 자동차는 구조적으로 소용량 변환만 가능하므로 충전속도가 느리다.

< 그림3. 완속충전기의 구조 >

< 표2. 전기충전기의 종류 >