EV 충전기 기술

중국과 미국의 전기차 충전 기술은 대체로 유사합니다. 두 나라 모두 코드와 플러그가 전기차 충전에 가장 널리 사용되는 기술입니다. (무선 충전과 배터리 교체는 미미한 수준입니다.) 두 나라는 충전 수준, 충전 표준, 통신 프로토콜 측면에서 차이점을 보입니다. 이러한 유사점과 차이점은 아래에서 살펴보겠습니다.

A. 충전 레벨

미국에서는 많은 전기차 충전이 개조되지 않은 가정용 벽면 콘센트를 사용하여 120볼트에서 이루어집니다. 이를 일반적으로 레벨 1 또는 "트리클" 충전이라고 합니다. 레벨 1 충전 시 일반적인 30kWh 배터리는 20%에서 거의 완전히 충전되는 데 약 12시간이 걸립니다. (중국에는 120볼트 콘센트가 없습니다.)

중국과 미국에서는 대부분 전기차 충전이 220볼트(중국) 또는 240볼트(미국)에서 이루어집니다. 미국에서는 이를 레벨 2 충전이라고 합니다.

이러한 충전은 개조되지 않은 콘센트나 특수 EV 충전 장비를 사용하여 이루어질 수 있으며, 일반적으로 약 6~7kW의 전력을 사용합니다. 220~240V로 충전할 경우, 일반적인 30kWh 배터리는 20%에서 거의 완전히 충전되는 데 약 6시간이 걸립니다.

마지막으로, 중국과 미국 모두 일반적으로 24kW, 50kW, 100kW 또는 120kW의 전력을 사용하는 DC 고속 충전기 네트워크가 확대되고 있습니다. 일부 충전소는 350kW 또는 400kW의 전력을 제공하기도 합니다. 이러한 DC 고속 충전기는 차량 배터리를 20%에서 거의 완전히 충전할 수 있도록 약 1시간에서 최소 10분 만에 충전할 수 있습니다.

표 6:미국에서 가장 흔한 충전 수준

출처: 미국 에너지부

B. 충전 표준

i. 중국

중국은 전국적으로 단일 EV 고속 충전 표준을 가지고 있습니다. 미국은 세 가지 EV 고속 충전 표준을 가지고 있습니다.

중국 표준은 China GB/T로 알려져 있습니다. (이니셜은GB(국가 표준을 의미합니다.)

중국 GB/T는 수년간의 개발 끝에 2015년에 출시되었습니다.124 현재 중국에서 판매되는 모든 신차에 GB/T가 의무화되어 있습니다. 테슬라, 닛산, BMW 등 국제 자동차 제조업체들은 중국에서 판매되는 자사 전기차에 GB/T 표준을 채택했습니다. GB/T는 현재 최대 237.5kW(950V, 250A)의 출력으로 고속 충전을 허용하지만, 많은

중국 DC 급속 충전기는 50kW 충전을 제공합니다. 새로운 GB/T는 2019년 또는 2020년에 출시될 예정이며, 대형 상용차의 경우 최대 900kW까지 충전할 수 있도록 표준을 업그레이드할 것으로 알려졌습니다. GB/T는 중국 전용 표준입니다. 해외로 수출되는 소수의 중국산 전기차는 다른 표준을 사용합니다.125

2018년 8월, 중국전력위원회(CEC)는 일본에 본사를 둔 CHAdeMO 네트워크와 초고속 충전 기술 공동 개발을 위한 양해각서(MOU)를 체결했습니다. GB/T와 CHAdeMO의 고속 충전 기술 호환성을 목표로 합니다. 두 기관은 중국과 일본을 넘어 다른 국가로 표준을 확대하기 위해 협력할 것입니다.126

ii. 미국

미국에서는 DC 급속 충전을 위한 3가지 EV 충전 표준이 있습니다. CHAdeMO, CCS SAE Combo, Tesla입니다.

CHAdeMO는 2011년으로 거슬러 올라가는 최초의 EV 고속 충전 표준이었습니다. 도쿄에서 개발되었습니다.

Electric Power Company의 약자로, "Charge to Move"(일본어 말장난)의 약자입니다.127 CHAdeMO는 현재 미국에서 가장 많이 판매되는 전기차 중 하나인 닛산 리프와 미쓰비시 아웃랜더 PHEV에 사용되고 있습니다. 미국에서 리프의 성공은중국과 미국의 전기차 충전

ENERGYPOLICY.COLUMBIA.EDU | 2019년 2월 |

부분적으로는 Nissan이 딜러십 및 기타 도시 지역에 CHAdeMO 고속 충전 인프라를 구축하기로 조기에 약속한 데 따른 것입니다.128 2019년 1월 현재 미국에는 2,900개가 넘는 CHAdeMO 고속 충전기가 있습니다(일본에는 7,400개 이상, 유럽에는 7,900개가 넘습니다).129

CHAdeMO는 2016년에 초기 충전 속도인 70%에서 표준을 업그레이드할 것이라고 발표했습니다.

150kW를 제공합니다.130 2018년 6월, CHAdeMO는 1,000V, 400A 수냉식 케이블을 사용하는 400kW 충전 기능 도입을 발표했습니다. 이 더 높은 충전 용량은 트럭 및 버스와 같은 대형 상용차의 요구를 충족할 수 있습니다.131

미국의 두 번째 충전 표준은 CCS 또는 SAE Combo로 알려져 있습니다. 이는 2011년 유럽과 미국 자동차 제조업체 그룹에서 발표했습니다.콤보플러그에 AC 충전(최대 43kW)과 DC 충전이 모두 포함되어 있음을 나타냅니다.132인치

독일에서는 CCS(충전 인터페이스 이니셔티브)의 광범위한 도입을 옹호하기 위해 CharIN(충전 인터페이스 이니셔티브) 연합이 결성되었습니다. CHAdeMO와 달리 CCS 플러그는 단일 포트로 DC 및 AC 충전을 지원하여 차체에 필요한 공간과 개구부를 줄입니다. 재규어,

폭스바겐, 제너럴 모터스, BMW, 다임러, 포드, FCA, 현대자동차가 CCS를 지원합니다. 테슬라도 CCS 연합에 가입하여 2018년 11월 유럽 내 자사 차량에 CCS 충전 포트를 장착할 것이라고 발표했습니다.133 미국에서 CCS 충전을 사용하는 인기 전기차로는 쉐보레 볼트와 BMW i3가 있습니다. 현재 CCS 고속 충전기는 약 50kW의 출력으로 충전되지만, 일렉트리파이 아메리카(Electrify America) 프로그램은 350kW의 고속 충전을 포함하여 단 10분 만에 거의 완전 충전이 가능합니다.

미국에서 세 번째 충전 표준은 Tesla가 운영하며, 2012년 9월 미국에서 자체 Supercharger 네트워크를 출시했습니다.134 Tesla

슈퍼차저는 일반적으로 480V에서 작동하며 최대 120kW로 충전할 수 있습니다.

2019년 1월 현재 Tesla 웹사이트에는 미국에 595개의 Supercharger 위치가 나열되어 있으며 420개의 위치가 "곧" 추가될 예정입니다.135 2018년 5월 Tesla는 향후 Supercharger가 최대 350kW의 전력 수준에 도달할 수 있다고 제안했습니다.136

본 보고서를 위한 연구에서, 미국 인터뷰 대상자들에게 DC 고속 충전에 대한 단일 국가 표준의 부재가 전기차 도입의 장애물이라고 생각하는지 물었습니다. 긍정적으로 답한 사람은 거의 없었습니다. 여러 DC 고속 충전 표준이 문제로 여겨지지 않는 이유는 다음과 같습니다.

● 대부분의 EV 충전은 레벨 1 및 2 충전기를 이용해 집과 직장에서 이루어집니다.

● 지금까지 대부분의 공공 및 직장 충전 인프라는 레벨 2 충전기를 사용해 왔습니다.

● EV 소유자는 EV와 충전기의 충전 표준이 다르더라도 대부분의 DC 고속 충전기를 사용할 수 있는 어댑터를 이용할 수 있습니다. (주요 예외인 테슬라 슈퍼차징 네트워크는 테슬라 차량에만 개방되어 있습니다.) 특히, 고속 충전 어댑터의 안전성에 대한 우려가 있습니다.

● 플러그와 커넥터는 고속 충전소 비용에서 차지하는 비중이 작기 때문에 충전소 소유주에게 기술적 또는 재정적 어려움이 거의 없으며, 주유소의 옥탄가가 다른 휘발유 호스와 유사합니다. 많은 공공 충전소는 하나의 충전소에 여러 개의 플러그가 연결되어 있어 모든 유형의 전기차를 충전할 수 있습니다. 실제로 많은 관할 지역에서는 이를 의무화하거나 장려하고 있습니다.중국과 미국의 전기차 충전

38 | 세계 에너지 정책 센터 | 컬럼비아 SIPA

일부 자동차 제조업체들은 전용 충전 네트워크가 경쟁 전략이라고 주장합니다. BMW의 전기 모빌리티 부문 책임자이자 CharIN의 회장인 클라스 브랙클로는 2018년 "우리는 영향력 있는 입지를 구축하기 위해 CharIN을 설립했습니다."라고 밝혔습니다.137 많은 테슬라 소유주와 투자자들은 테슬라의 독점 슈퍼차저 네트워크를 판매 포인트로 여기지만, 테슬라는 사용량에 비례하여 자금을 지원하는 조건으로 다른 차량 모델도 자사 네트워크를 사용할 수 있도록 허용할 의향이 있다고 계속해서 밝히고 있습니다.138 테슬라는 또한 CCS를 홍보하는 CharIN의 일원입니다. 2018년 11월, 유럽에서 판매되는 모델 3 차량에 CCS 포트가 장착될 것이라고 발표했습니다. 테슬라 소유주는 CHAdeMO 고속 충전기를 사용하기 위한 어댑터를 구매할 수도 있습니다.139

C. 충전 통신 프로토콜 충전 통신 프로토콜은 사용자의 요구 사항(충전 상태, 배터리 전압 및 안전 감지)과 그리드(다음 포함)에 맞게 충전을 최적화하는 데 필요합니다.

배전망 용량, 사용 시간별 요금 책정 및 수요 대응 조치).140 중국 GB/T와 CHAdeMO는 CAN이라는 통신 프로토콜을 사용하는 반면, CCS는 PLC 프로토콜을 사용합니다. Open Charging Alliance에서 개발한 Open Charge Point Protocol(OCPP)과 같은 개방형 통신 프로토콜은 미국과 유럽에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.

본 보고서를 위한 연구에서, 몇몇 미국 인터뷰 대상자들은 개방형 커뮤니케이션 프로토콜 및 소프트웨어 도입을 정책 우선순위로 언급했습니다. 특히, 미국 경기부흥 및 재투자법(ARRA)에 따라 자금을 지원받은 일부 공공 충전 프로젝트는 독점 플랫폼을 보유한 공급업체를 선택했지만, 이후 재정적 어려움을 겪으면서 장비 교체가 필요한 고장이 발생한 사례가 있었습니다.141 본 연구를 위해 접촉한 대부분의 도시, 공공 서비스 기관, 그리고 충전 네트워크는 개방형 커뮤니케이션 프로토콜과 충전 네트워크 호스트가 공급업체를 원활하게 전환할 수 있도록 지원하는 인센티브에 대한 지지 의사를 밝혔습니다.142

D. 비용

가정용 충전기는 미국보다 중국에서 더 저렴합니다. 중국에서 일반적인 7kW 벽걸이형 가정용 충전기는 온라인에서 1,200위안에서 1,800위안 사이에 판매됩니다.143 설치에는 추가 비용이 필요합니다. (대부분의 개인용 EV 구매에는 충전기와 설치가 포함되어 있습니다.) 미국에서 레벨 2 가정용 충전기는 450~600달러의 비용이 들고, 설치 비용은 평균 약 500달러가 추가됩니다.144 DC 고속 충전 장비는 두 나라 모두에서 훨씬 더 비쌉니다. 비용은 매우 다양합니다. 이 보고서를 위해 인터뷰한 한 중국 전문가는 중국에서 50kW DC 고속 충전소를 설치하는 데 일반적으로 45,000위안에서 60,000위안의 비용이 들고, 충전소 자체는 약 25,000~35,000위안이고 나머지는 케이블, 지하 인프라 및 인건비로 구성된다고 추정했습니다.145 미국에서 DC 고속 충전은 소포당 수만 달러의 비용이 들 수 있습니다. DC 고속 충전 장비 설치 비용에 영향을 미치는 주요 변수로는 트렌칭, 변압기 업그레이드, 신규 또는 업그레이드된 회로 및 전기 패널, 그리고 외관 개선 등이 있습니다. 표지판, 허가, 장애인 접근성 등은 추가적으로 고려해야 할 사항입니다.146

E. 무선 충전

무선 충전은 미학적 측면, 시간 절약, 사용 편의성 등 여러 가지 장점을 제공합니다.

1990년대에는 EV1(초기 전기차)에 사용 가능했지만, 오늘날에는 드뭅니다.147 온라인에서 판매되는 무선 전기차 충전 시스템의 가격은 1,260달러에서 약 3,000달러까지 다양합니다.148 무선 전기차 충전은 효율 저하를 초래하며, 현재 시스템은 약 85%의 충전 효율을 제공합니다.149 현재 무선 충전 제품은 3~22kW의 전력을 전송합니다. 플러그리스 차지(Plugless Charge)를 비롯한 여러 전기차 모델에 사용 가능한 무선 충전기는 3.6kW 또는 7.2kW로, 레벨 2 충전에 해당합니다.150 많은 전기차 사용자들이 무선 충전이 추가 비용을 들일 가치가 없다고 생각하지만,151 일부 분석가들은 이 기술이 곧 널리 보급될 것이라고 예측했으며, 여러 자동차 제조업체는 향후 전기차에 무선 충전을 옵션으로 제공할 것이라고 발표했습니다. 무선 충전은 버스와 같이 정해진 노선을 가진 특정 차량에 매력적일 수 있으며, 향후 고속도로 전기 차선에도 적용될 것으로 제안되었지만, 높은 비용, 낮은 충전 효율, 느린 충전 속도는 단점이 될 수 있습니다.152

F. 배터리 교체

배터리 교체 기술을 통해 전기차는 방전된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 교체할 수 있습니다. 이를 통해 전기차 충전 시간이 획기적으로 단축되어 운전자에게 상당한 이점을 제공할 수 있습니다.

현재 여러 중국 도시와 기업들이 배터리 교체를 실험하고 있으며, 특히 택시와 같이 활용도가 높은 전기차에 중점을 두고 있습니다. 항저우시는 현지에서 생산된 Zotye 전기차를 사용하는 택시에 배터리 교체를 도입했습니다.155 베이징시는 현지 자동차 제조업체 BAIC의 지원을 받아 여러 배터리 교체 스테이션을 구축했습니다. 2017년 말, BAIC는 2021년까지 전국에 3,000개의 배터리 교체 스테이션을 건설할 계획을 발표했습니다.156 중국 전기차 스타트업 NIO는 일부 차량에 배터리 교체 기술을 도입할 계획이며, 중국 전역에 1,100개의 배터리 교체 스테이션을 건설할 것이라고 발표했습니다.157 항저우와 칭다오를 포함한 중국의 여러 도시도 버스에 배터리 교체를 도입했습니다.158

미국에서는 승용차용 배터리 교환소 네트워크를 계획했던 이스라엘 배터리 교환 스타트업 '프로젝트 베터 플레이스(Project Better Place)'가 2013년 파산하면서 배터리 교환에 대한 논의가 사라졌습니다.153 테슬라는 2015년 시범 시설을 단 한 곳만 건설한 후 소비자들의 관심 부족을 이유로 교환소 계획을 포기했습니다. 현재 미국에서는 배터리 교환과 관련된 실험이 거의, 혹은 전혀 진행되지 않고 있습니다.154 배터리 가격 하락과 더불어, DC 고속 충전 인프라 구축의 영향도 미미하여 미국에서 배터리 교환의 매력이 감소한 것으로 보입니다.

배터리 교체는 여러 장점을 제공하지만, 주목할 만한 단점도 있습니다. EV 배터리는 무겁고 일반적으로 차량 하단에 위치하여 정렬 및 전기 연결에 대한 엔지니어링 허용 오차가 최소화된 필수적인 구조적 구성 요소를 형성합니다. 오늘날 배터리는 일반적으로 냉각이 필요하며, 냉각 시스템의 연결 및 분리가 어렵습니다.159 배터리 시스템은 크기와 무게를 고려할 때, 덜거덕거림을 방지하고 마모를 줄이며 차량 중심을 유지하기 위해 완벽하게 장착되어야 합니다. 오늘날 EV에서 흔히 볼 수 있는 스케이트보드 배터리 구조는 차량의 무게 중심을 낮추고 앞뒤 충돌 시 보호 기능을 향상시켜 안전성을 향상시킵니다. 트렁크나 다른 곳에 위치한 탈착식 배터리는 이러한 장점이 부족합니다. 대부분의 차량 소유자는 주로 집이나중국과 미국의 전기차 충전직장에서 배터리 교체가 충전 인프라 문제를 반드시 해결하지는 못할 것입니다. 오히려 공용 충전소와 주행 거리 문제를 해결하는 데 도움이 될 뿐입니다. 또한 대부분의 자동차 제조업체는 배터리 팩이나 설계 표준화를 꺼리기 때문에(자동차는 자체 배터리와 모터를 중심으로 설계되므로 이는 핵심적인 독점 가치입니다.160), 배터리 교체를 위해서는 각 자동차 회사마다 별도의 배터리 교체 스테이션 네트워크가 필요하거나 차종 및 크기에 따라 별도의 배터리 교체 장비가 필요할 수 있습니다. 이동식 배터리 교체 트럭이 제안되었지만,161 이 사업 모델은 아직 구현되지 않았습니다.