전기차 시장이 전 세계적으로 상승 추세다.
전기차는 2017년 98만대가 판매됐고, 2020년에는 4배인 255만대 판매가 예상된다. 일반차가 휘발유 등 연료로 주행한다면, 전기차는 배터리 충전을 통해 움직인다. 배터리 충전을 위해서는 충전소를 찾아야 하는데, 충전소가 아닌, 어디에서든 편안하고 자유롭게 충전할 수 있다면, 전기차 수요는 더욱 늘어날 것이다. 이를 가능하게 하는 기술이 바로 무선전력 전송기술이다.
이 기술은 유선의 급전선이 야기할 수 있는 걸림 등 안전 문제나 미관을 해치는 문제 등을 해결할 수 있어 다양한 산업 분야에서 주목하고 있다. 모바일 전력전자 연구실(교수 임춘택)은 승용차나 버스 등 교통수단 뿐 아니라 로봇, 스마트폰, 드론 등 무선으로 전력을 공급할 수 있는 연구의 선두 주자이다.
임춘택 교수 연구실은 전력전송 관련 세계 신기록들과 세계 최초로 개발한 시스템들을 보유하고 있다.
대표적인 성과로는 5m에서의 210W, 10m에서는 10W 장거리 무선전력 전송기록을 보유하고 있으며, 세계 최초로 운행 중인 온라인 무선충전 전기버스(OLEV)의 핵심 개발자로 참여했다. 현재 카이스트 교내에서 운행 중인 OLEV의 경우, 80% 이상의 전력 공급 효율 및 공극 간격이 20cm에 달한다. 이는 주행 중 충전이 가능한 무선충전 전기버스 중 최고의 기술이다. 스마트폰 충전 분야의 경우에는 송신기로부터 50cm이내의 거리에서 방향에 관계없이 무선충전이 가능하도록 평면형 송신코일을 이용한 6-자유도 무선충전 기술을 세계 최초로 개발 하였으며, 기술 이전에도 성공했다. 나아가 차량 내부에서 무선으로 스마트폰 등의 전자기기를 자유롭게 충전하는 기술도 개발했다.
드론 혹은 로봇과 같이 출발지로부터 먼 거리에서의 운행이 불가피함과 동시에 대전력을 사용하는 시스템의 경우, 운행 중 전력공급을 위해서는 무선전력 전송기술이 상대적으로 불리 할 수 있다. 따라서 본체에 가해지는 무게 부담은 최소화하면서 운행시간을 무제한으로 만들어 줄 수 있는 유선 전력전송 기술 조합이 필수적이다.
임춘택 교수 연구실은 이러한 무선전력 전송의 취약점을 보완할 수 있는 유선전력 전송방법도 함께 연구하여 드론에 적용하였고, 200m 높이에서 비행하는 드론에 300W 전력을 지속적으로 공급하여 종래의 15분 내외의 비행시간을 1시간 이상으로 증대시키는 데에 성공하였다. 이 기술과 착륙 시의 무선전력 전송을 통한 배터리 충전 기술을 통합하여 UAE 국제 드론 콘테스트 국내 부문 3위의 쾌거를 이루기도 하였다.
교류 자장을 이용하는 무선전력 전송 기술은 안전이 무엇보다도 중요하기 때문에 연구실은 인체에 노출되는 자장을 획기적으로 줄이는 기술 개발에도 노력하고 있다. 대표적 기술이 차량용 무선충전 기술에서의 자장 상쇄 기술이다. 이 기술로 전기차 배터리 충전 시 외부로 노출되는 자장을 최소화하는 기술개발을 완료했고, 자장 상쇄 기능도 효과적임을 입증했다. 이뿐만 아니라 전력을 전송하는 기술 및 제품 개발과 더불어 복잡한 전력전송 방법을 간단하게 해석할 수 있는 새로운 이론 개발도 병행하고 있으며, 페이저 변환 이론, 자이레이터 모델, 자기 거울 모델 등 다양한 이론들을 현재까지 정립하였다.
이러한 모든 연구 결과는 170여 편의 논문, 16권의 저서, 150여 건의 특허 등의 성과로 이어졌다. 이 성과들은 향후 전기차의 경우, 상용화를 이끌어 향후 연간 수천 억 원대의 수입 대체 금액과 천여 명 이상의 고용 창출 효과가 예상되며, 기업들과의 협업을 통해 제품 상용화도 충분히 가능할 것으로 전망된다. 임춘택 교수는 “기술 개발 뿐 아니라 창업 등을 병행해 제품 상용화를 목표로 하고 있으며, 이를 통해 우리나라가 세계 전력전자 산업을 주도하는데 주도적 역할을 하겠다.”고 포부를 밝혔다.
전자신문인터넷 윤나영 기자 (yny@etnews.co.kr )
