전기차 충전 원리 – 전기차 충전기 알아보기 (1)

전기차 충전기에 알아보기에 앞서 오늘은 충전기를 통해 전기가 어떻게 전기차에 전달/충전되는지에 대한 전기차 충전 원리에 대해 알아보는 시간을 가지도록 하겠습니다.

전기차 충전기

자동차 시장에 전기차가 보편화되면서 내연기관 차에 주유를 위한 주유소가 있다면 전기차에 전기를 충전하는 전기차 충전소가 곳곳에 생기고 있습니다. 전기차 충전기는 주유소와 다르게 큰 공간의 유류 탱크가 필요하지 않고 전기 배선만 필요하기 때문에 큰 공간이 필요 없어 대체로 일반 주차장 일부 공간에 주로 설치되어 있습니다.

충전기 종류

충전기의 사양에 따라 아래와 같이 충전기의 종류를 크게 급속 충전기와 완속 충전기로 구분할 수 있습니다. 명칭과 같이 충전기 성능에 따라 충전 시간이 다르고 설치되어 있는 위치도 다릅니다.

충전 원리 – 급속/완속

내연기관 차량에 휘발유와 경유를 주유하듯이 전기차의 충전 원리도 간단하게 본다면 같은 원리입니다. 내연기관 차량의 연료 탱크와 같이 전기차에 배터리가 있어 에너지원을 공급해 주는 방식이지만 전기차의 경우 유체연료가 아닌 전기를 공급한다는 점에서 차이가 있습니다. 또한, 전기차 충전 원리는 전기차에 어떤 충전기를 사용하여 충전하느냐에 다르기 때문에 충전 방식별 충전 원리를 알아보겠습니다.

급속 충전

급속 충전은 22kW 이상의 충전 출력으로 충전이 되는 방식으로 명칭과 같이 고출력을 급속 충전하는 방식입니다. 그렇기 때문에 일반적으로 주행 중간에, 또는 생활 중간에 잠시 정차하여 급속으로 짧은 시간 내에 정차하여 충전하고 다시 이동하는 것이 일반적인 충전 패턴입니다.

충전 과정

급속 충전 시에는 아래와 같은 충전 과정을 통해 진행됩니다. 급속 충전기에 연결된 충전 어댑터와 차량의 충전 포트를 연결하게 되면 높은 출력의 직류를 통해 충전되는데 내연기관 자동차가 연료 탱크에 연료를 직접적으로 주유하듯이 급속 충전 시에도 배터리에 직접적으로 충전하게 됩니다. 일반적이라고 볼 수도 있지만 뒤에 나올 완속 충전기와 비교해 보면 어떤 차이인지 쉽게 이해하실 수 있으실 겁니다.

충전기 특징

급속 충전기의 경우 고출력을 요구하기 때문에 급속 충전기 중에서도 출력이 높은 경우 급속 충전소 대부분 설치되어 있고 현대자동차의 경우 ‘E-pit‘이라는 별도의 급속 충전소를 운영하기도 합니다. 이외 신축 아파트 단지나 공공기관에서도 급속 충전기를 종종 찾아볼 수 있습니다.
급속 충전기의 특징으로는 아무래도 높은 출력의 전력 이동이 있다 보니 충전기 어댑터 선이 굵고 무겁습니다. 그렇기 때문에 일반 여성 고객들은 충전 시에 어려움을 겪는 경우도 있어 최근에는 이를 경량화하기 위한 개발이 진행되고 있으며 몇몇 충전기 업체에서는 주차 시 충전 포트 위치를 확인하여 로봇이 자동으로 충전해 주는 개발도 이루어지고 있습니다.

• 급속 전기차 충전소, 신축 아파트, 공공기관 및 대형 주차장 등에 위치
• 충전기 어댑터 선이 굵고 무거워 이동에 어려움이 있음

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완속 충전

완속 충전은 일반 220V 콘센트에 연결하여 충전하는 가정용 충전기부터 국내에는 아직 보편화되지 않았지만 22kW 충전기까지 포함한 충전 방식으로 명칭과 같이 급속 충전 대비 낮은 출력으로 오랜 시간 동안 충전하는 방식입니다. 현재도 그렇고 앞으로도 가장 많이 사용될 충전 방식으로 전기차 사용을 마치고 충전기에 충전시킨 후 다음 날까지 완속으로 충전하여 다시 사용하는 충전 패턴입니다.

충전 과정

완속 충전은 아래와 같이 급속 충전과는 다른 과정을 통해 진행됩니다. 배터리에 직접적으로 충전되는 급속 충전과 다르게 완속 충전은 차량 내 온보드 차저 (On Board Charger, OBC)라는 부품을 통해 배터리로 전류가 전달됩니다. 직류 전원을 사용하는 배터리와 동기화하기 위해 교류 전원을 사용하는 낮은 출력의 충전기에서 나오는 전류를 OBC에서 먼저 받아 직류 전원으로 변환하여 배터리에 전달하게 됩니다. 충전 출력이 낮고 전류를 변환하는 과정이 추가되기 때문에 급속 충전 대비 충전 속도가 느린 특징이 있습니다.

충전기 특징

완속 충전기는 설명해 드린 바와 같이 상대적으로 낮은 출력을 요구하기 때문에 일반 가정에서 사용하는 220V 콘센트에 충전기 어댑터를 연결하여 일반적으로 3kW 출력으로 충전이 가능하며 외부에 위치한 충전기의 경우 가정용보다 높은 출력으로 충전할 수 있도록 설치되어 있습니다. 유럽의 경우 시장 내 완속 충전기 중 가장 높은 사양인 22kW 사양의 충전기가 보편화되기 시작하여 전체적인 완속 충전 출력이 상향되고 있으며 국내에는 아직 보급되지 않았지만, 전기차의 배터리 용량이 증가하는 추세이기 때문에 22kW 성능의 충전기도 곧 보편화될 것으로 예상됩니다.
완속 충전기의 특징으로는 급속 충전기 대비 충전기 어뎁터 선이 얇고 가벼워 간편하게 이용할 수 있습니다. 다만 사용자가 많기 때문에 충전이 가능한 충전기를 찾는 것이 단점이라면 단점으로 볼 수 있습니다.

• 주택, 아파트, 공공기관 및 대형 주차장 등 많은 곳에 위치
• 충전기 어뎁터 선이 얇고 가벼워 충전이 간편함
• 이용자가 많아 충전기 이용이 불편함

WRAP-UP

오늘은 전기차 충전기를 알아보는 첫 단계로 전기차 충전 원리를 알아보는 시간을 가졌습니다. 급속과 완속 충전기 별로 충전 방식과 형태도 다르기 때문에 오늘 소개해드린 내용을 참고하셔서 전기차 이용에 도움이 되었으면 좋겠습니다.