우리는 전기차를 잘못 충전하고 있습니다

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"복잡하고 비용이 많이 드는 충전 인프라가 전기차(EV) 도입을 제한하고 있음"

전기차로의 전환을 가속화하기 위해 가장 중요한 것은 강력한 공공 EV 충전 인프라를 구축하는 것이지만, 공공 전기차 충전소는 건설 비용이 매우 높음
- 소비자들은 전기차가 기존 차량처럼 장거리 여행을 포함한 모든 요구를 충족하기를 기대함
현재 선진국에서는 약 90%의 충전이 자택서 이루어지지만, 나머지 10%의 공공 충전이 전기차 운전자에게는 매우 중요함
- 배달 트럭, 택시, 아파트 거주자, 학생, 여행 가족 등에게 공공 충전 인프라 부족이 문제로 작용함
- 2022년 Forbes 조사에 따르면, 전기차 소유자의 62%가 충전 문제로 인해 여행 계획을 변경한 경험이 있음
국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면, 중국에서는 충전 인프라에 대한 투자가 전기차 성공에 있어 보조금보다 4배 더 효과적임

전기차 충전의 원리

충전소는 AC 전력을 DC 전력으로 변환해 배터리에 공급하는 역할 수행
충전 시 다음 조건이 충족되어야 함
- 배터리 전압이 임계치를 초과하지 않아야 함
- 배터리 온도가 설정된 한계를 넘지 않아야 함
- 전력망에서의 전류가 일정 값을 초과하지 않아야 함
전기 충격 방지를 위해 접지(grounding)가 중요함
- 접지가 깨지면 충전 포트는 갈바닉 절연(Galvanic Isolation)을 통해 안전 보호함
- 갈바닉 절연은 전류가 회로 간에 흐르지 않도록 회로를 물리적으로 분리함
충전소의 갈바닉 절연은 변압기(transformer)로 수행됨
- 변압기는 고주파 교류(AC)로 변환된 전력을 통해 절연 수행

갈바닉 절연이 충전 장비 비용의 약 60%를 차지함
- 300kW 포트당 전력 전자 장치 비용: 약 $90,000
  - 그중 $54,000이 갈바닉 절연 비용에 해당
- 4포트 충전소의 전력 전자 장치 총 비용: 약 $360,000 (절연 비용만 $200,000 이상)
갈바닉 절연은 충전 장치의 크기와 무게를 증가시킴
온보드 충전기(OBC)에서 고속 충전이 어려운 이유도 갈바닉 절연의 크기와 비용 때문임

현재 온보드 및 공공 충전 방식은 복잡하고 비용이 과도하게 높음
- 기존 4단계 충전 과정에서 3단계 제거 가능
  - 활성 정류기(active rectifier) 단계만 유지하고, 필요 시 저비용 버크 레귤레이터(buck regulator) 추가 가능
- 안전성 강화:
  - 이중 접지(double ground) 및 접지 연속성 감지 추가
  - 기존 갈바닉 절연 수준 이상의 안전성 확보 가능
직접 전력 변환(DPC, Direct Power Conversion) 방식의 장점
- 장비 비용 절감: 충전 장비 비용이 50% 이상 감소
- 에너지 효율 개선: 2~3% 개선
- 충전소 설치 및 유지 비용 감소 → 수천 개의 충전소를 몇 년 내 확충 가능
- 충전 인프라 확충으로 전기차 보급 촉진
갈바닉 절연 제거 논의 필요
- 전기차 충전 과정의 간소화와 비용 절감이 필수적임
- 기술 커뮤니티에서 갈바닉 절연 제거에 대한 논의가 필요함
- 갈바닉 절연 제거는 전기차 충전 인프라 강화의 첫 단계가 되어야 함