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EV Wireless Charging System, International Standardization, IEC, ISO, SAE, and GB/T

1. 서 론

전기차(EV)는 현재 전 세계적으로 빠르게 보급되고 있다. 2023년에는 약 1400만 대의 전기차가 판매되었고 전년 대비 35% 증가한 수치를 보인다. 또한, 2024년에는 전 세계 전기차 판매량이 약 1700만 대에 이를 것으로 예상되며, 이는 전체 자동차 시장의 20%에 육박하는 수치로 매우 가파른 상승세가 기대된다[1~4]. 이러한 급격한 변화는 환경 보호와 지속 가능한 에너지 사용을 촉진하기 위한 국제적인 노력의 일환으로 전기차의 보급이 증가하고 있는 것이다. 한편, 전기차의 보급 증가와 더불어 기존 유선충전 방식보다 효율적이고 편리한 충전 방법에 대한 필요성도 최근 강조되며 무선충전 기술이 현재 큰 주목을 받고 있다. 전기차 무선충전 기술은 전기 차량을 바닥에 설치된 무선충전 패드 위에 주차하면 물리적인 연결 없이 비접촉방식으로 전력을 전송하여 차량 내 고전압 배터리를 충전한다. 즉, 무선충전 기술은 기존의 유선충전 대비 사용자의 충전 편이성을 높이고, 고전압의 케이블을 다루는 과정에서 발생할 수 있는 안전 문제를 제거할 수 있다. 나아가, 향후 무선충전 기술은 자율 주행과 융합되어 전기차 사용자에게 향상된 사용 경험을 제공할 잠재력을 지니고 있다. 따라서, 향후 전기차 충전시장은 고전압 배터리의 충전에 인간이 개입하지 않는 스마트한 무선충전 방식으로 빠르게 진보할 것으로 예상된다.

이와 관련된 구체적인 글로벌 개발 사례는 다음과 같다. 미국 테슬라社는 2023년 12월 전기차 무선충전 방식을 개발 중임을 발표했다[2]. 테슬라가 정차중 무선충전 시스템 개발에 착수한 일은 전기차 충전 사업에서 중대한 의미를 가진다. 또한, 미국의 주요 5개 주(미시간, 플로리다, 인디애나, 펜실베니아, 유타)에서는 주행중 무선충전 시스템의 실증사업이 대규모 국가 프로젝트로 진행되고 있다[3]. 이는 차세대 전기차 충전 기술에 무선충전 방식을 활용하여 정차중 충전에서 주행중 충전에 이르기까지 다양한 방법으로 발전하고 있음을 보여준다.

따라서, 본 논문은 지속적으로 발전하고 있는 전기차 무선충전 기술과 밀접한 국제 표준화 동향을 분석하고, 주요 국제 표준 제정 기관들의 역할과 각 기관이 제정한 다양한 표준을 상세히 살펴보고자 한다. 이를 통해 전기차 무선충전 기술의 현 상황을 이해하고, 향후 무선충전 기술의 발전 방향을 살펴보고자 한다. 구체적으로 본 논문은 다음과 같은 내용을 다룬다:

1) 주요 국제 표준 제정 기관인 IEC, ISO, SAE에서 제정한 표준을 소개하고, 각 표준의 주요 내용을 소개한다.

2) 글로벌 호환성을 지원하기 위한 국제 표준 IEC, ISO, SAE의 상호 관계와 그에 따른 산업 내 영향을 다룬다.

3) 향후 무선충전 기술의 발전을 위한 국제 표준의 기술적, 경제적, 정책적 과제들을 다룬다.

그림 1. IEC(국제전기기술위원회)의 다양한 무선충전 관련 표준과 역할

Fig. 1. IEC (International Electrotechnical Commission) Standards

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이를 통해 본 논문은 무선충전 기술 표준화에 대한 종합적인 이해에 도움을 주고자 한다.

2. 국제 표준 개요

전기차 무선충전 기술과 관련된 주요 국제 표준 기관은 크게 IEC(국제전기기술위원회), ISO(국제표준화기구), SAE(미국자동차공학회)에서 주도하고 있다. 상기 세 기관은 무선충전 산업의 안전성과 효율성을 증진시키기 위해 다양한 항목의 표준들을 활발히 개발하고 있다. 본 섹션에서는 전기차 무선충전과 관련된 표준인 SAE, ISO, SAE에서 제정된 주요 표준들과 내용에 대해 면밀히 다루고자 한다.

2.1 IEC(국제전기기술위원회)

국제전기기술위원회(IEC)는 전기차 무선 충전 시스템의 표준을 개발하여 안전성, 효율성 및 상호 운용성을 보장하는 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한, 그림 1과 같이 IEC는 전기차 무선충전 시스템을 위한 일련의 표준인 IEC 61980 시리즈를 통해 전기차 무선충전 기술의 일관성과 호환성을 촉진하고 있다. 아울러, IEC 표준들은 무선충전 시스템의 기본 구조와 기능적 요구 및 특정 요구 사항, 자기 공명 방식, 고출력 주행중 무선충전 방식에 관한 내용을 포함하여 전기차 무선충전의 전반적인 기술과 설계에 대한 가이드라인을 제시한다. IEC 61980 시리즈 표준은 전기차와 무선충전 인프라 간의 원활한 통합과 안전한 사용을 보장하며, 전 세계적으로 일관된 무선 충전 기술의 발전을 지원하는데 중요한 역할을 수행하고 있다. IEC 61980 시리즈 표준의 항목과 구체적인 내용은 다음과 같다.

그림 2. IEC 61980-1에 명시된 전기차 무선충전 시스템의 구조

Fig. 2. A Structure of EV Wireless Charging System as Specified in IEC 61980-1

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그림 3. IEC 61980-2에 명시된 위치 감지 시스템 구조 및 통신 방법

Fig. 3. Position Detection System Structure and Communication Method as Specified in IEC 61980-2

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1) IEC 61980-1 : 일반 요구 사항(2015년)

IEC 61980-1은 전기차 무선충전 인프라의 기본 구조와 기능적 요구 사항을 정의한다[5]. 구체적으로 IEC 61980-1은 그림 2와 같이 무선충전 시스템의 기본 구성 및 요소와 시스템 아키텍처를 포함하며 이외 인체 안전성 및 환경적 요구 사항을 다룬다. 이는 전기차 무선충전과 관련된 최초의 국제 표준으로 첫 발행은 2015년이며 이후 주요 안건들에 대해서 해당 표준을 지속적으로 업데이트하였다.

· 시스템 구성: 송신기, 수신기, 제어 시스템 등

· 안전 요구 사항: 전자기 호환성(EMC) 및 인체 안전성

· 환경적 조건: 다양한 기후 및 환경 내 시스템 성능

2) IEC 61980-2 : 무선충전 인프라 통신 관련(2018년)

IEC 61980-2는 전기차 무선충전 인프라와 차량에 장착된 무선충전 시스템의 통신과 관련된 특정 요구 사항을 주로 다루고 있다. 또한, IEC 61980-2는 무선전력 전송 효율 지표, 통신 프로토콜 및 시스템 구성 요소의 기술적 사양을 포함한다[6].

그림 4. IEC 61980-3에 명시된 무선충전 수신 코일 및 패드의 구조

Fig. 4. A Structure of Wireless Charging Coil & Pad as Specified in IEC 61980-3

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그림 5. IEC 61980-3에 명시된 수신부 정류단의 구조 및 파라미터 제시

Fig. 5. Structure and Parameter Guidelines for the Rectifier in the Receiving Unit as Specified in IEC 61980-3

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이와 관련하여 그림 3은 IEC 61980-2에 포함된 송신측 코일과 수신측 코일의 정렬을 위한 위치 감지 시스템의 구조와 위치를 나타내며 나아가 통신 신호 및 방법을 자세히 제시하고 있다.

· 전력전송 효율: 고효율 무선충전 위한 기술적 기준

· 통신 프로토콜: 충전 인프라 - 전기차 데이터 통신

· 시스템 구성 요소: 송신기 및 수신기의 기술적 사양

그림 6. IEC 61980-3에 명시된 방사 노이즈 RE 측정 테스트 방법

Fig. 6. Radiated Emission (RE) Measurement Test Method as Specified in IEC 61980-3

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3) IEC 61980-3 : 무선충전 인프라 특정 요구사항(2019년)

IEC 61980-3은 자기 공명 방식을 사용하는 전기차 무선 충전 시스템에 관한 특정 요구사항을 다룬 표준이다. IEC 61980-3은 그림 4와 같이 무선충전에 활용되는 코일/패드의 구조 및 크기와 그림 5와 같이 전력변환단 구조 및 설계 파라미터 가이드라인, 나아가 그림 6와 같은 인체 안전과 밀접한 EMC 성능 평가 구성과 방법을 제시한다[7].

· 설계 기준: 송·수신 코일/전력변환단 설계 가이드

· 무선충전 토폴로지: 토폴로지 구성 및 파라미터 제시

· 성능 평가: 시스템 성능을 평가 테스트 절차와 기준

4) IEC 61980-4 : 고출력 무선충전 시스템(제정중)

IEC 61980-4는 22kW 이상의 고출력 무선충전 시스템의 효율성, 안전성 및 상호 운용성을 보장하는 기술적 요구 사항을 규정하며 그 구성은 IEC 61980-3과 유사하다.

5) IEC 61980-5 : 주행중 무선충전 상호 호환성(제정중)

IEC 61980-5는 정차중 충전이 아닌 주행중 무선충전 시스템의 표준을 정의한다. 주행중 무선충전 시스템의 설치, 운영, 비용과 관련된 도심/고속도로상 세그먼트(코일/패트) 길이와 구조와 다양한 차량 간 호환성을 명시하고 있다.

그림 7. IEC 61980-6에 명시된 주행중 무선충전 통신 구조 및 시스템

Fig. 7. Dynamic WPT Structures with Communication system as Specified in IEC 61980-6

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그림 8. ISO(국제표준화기구)의 전기차 무선충전 다양한 관련 표준 현황

Fig. 8. ISO (International Organization for Standardization) Standards for Wireless Charging

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6) IEC 61980-6 : 주행중 무선충전 통신 구조(제정중)

IEC 61980-6도 그림 7과 같이 주행중 무선층전의 통신 구조 및 시스템에 관한 표준이다. IEC 61980-6은 주행중 무선충전 시스템의 통신 요구와 차량이 충전 도로에 진입할 경우의 차량 인식 및 동작의 시퀀스를 다룬다. 아울러, 무선충전 인프라와 전기차량 간 분산 혹은 중앙집중 형태의 통신구조에 대한 내용을 포함한다.

2.2 ISO(국제표준화기구)

국제표준화기구(ISO)는 전기차 무선충전 시스템의 표준을 개발하여 해당 글로벌 산업의 품질, 안전성, 효율성 및 상호 운용성(호환성)을 보장하는 중요한 역할을 담당하고 있다. 그림 8과 같이 ISO에서 담당하고 있는 표준은 IEC 표준을 보완하여 더 포괄적인 표준을 제공한다.

그림 9. ISO 5474-6에 명시된 고출력 코일 구조들

Fig. 9. High Power Coil Structures as Specified in ISO 5474-6

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구체적으로, 전기차와 무선충전 인프라 간의 통신 인터페이스와 무선충전 시스템의 표준에 대한 보완을 통해 무선 충전 기술의 상호 운용성(호환성)을 촉진하고 있다. 특히, ISO 19363:2020 표준은 자기장 무선 전력 전송 기술을 규정하여 전기차의 원활한 충전을 지원한다. 또한, ISO 5474-4와 ISO 5474-6은 현재 활발히 제정 중인 표준으로 그림 9와 같이 전기차 무선충전 인프라와 차량에 장착되는 저출력 충전 코일 및 고출력 다상다계층 코일 구조를 다룬다는 점이 특징적이다. 아울러, ISO 표준은 전기차 충전 기술의 전반적인 품질과 안정성을 높이는 데 기여하며 주요 항목과 내용은 다음과 같다.

1) ISO 19363:2020 : 무선충전 시스템(2020년)

ISO 19363:2020은 자기 공명 방식을 활용한 전기차 무선충전 시스템의 요구 사항을 규정한다. 이 표준은 시스템의 안전성, 무선전력 전송의 효율 및 상호 운용성(호환성)을 보장하여 전기차가 안전하고 효율적으로 충전될 수 있도록 지원하는 역할을 담당한다[8].

· 무선전력 전송 효율: 고효율 전력 전송을 위한 기준

· 상호 운용성: 다양한 제조업체 간 호환성 보장

그림 10. SAE(미국자동차공학회)의 전기차 무선충전 다양한 관련 표준 현황

Fig. 10. SAE (Society of Automotive Engineers) Standards for Wireless Charging

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그림 11. SAE J2954-1에 명시된 인체안전 EMF/EMC 기준

Fig. 11. SAE J2954-1: EMF/EMC Human Safety Standards

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2) ISO 15118-20 : 무선충전 및 스마트 충전(2022년)

ISO 15118-20은 ISO 15118-2의 확장으로, 단방향과 양방향 무선 전력 전송의 내용을 지원하며 스마트 충전 및 다양한 사용 사례를 포함한다. 이를 통해 무선 충전 기술을 포괄하고 더 많은 기능을 제공하여 충전 시스템의 유연성과 사용 편의성을 높이는데 그 목적이 있다[9].

· 단방향 및 양방향 무선전력 전송 내용을 포함

· 스마트 충전: 다양한 충전 시나리오 지원

그림 12. SAE J2954-1에 명시된 LF 시그널을 활용한 송수신 정렬 방법 예

Fig. 12. SAE J2954-1: LF Signal by VA for Fine Alignment

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표 1 SAE J2954-1 명시된 전력범위에 따른 충전 효율 요구사항

Table 1 SAE J2954-1: Power Range Efficiency Requirements

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3) ISO 5474-4 : 경량 차량용 무선충전 시스템(제정중)

ISO 5474-4는 경량(Light-duty, 승용차 및 1톤 이하 트럭 및 상용차) 차량용 22kW 이하의 무선충전 시스템의 기능 및 안전 요구 사항을 다룬다[10]. 본 표준에 참여하는 국내외 주요업체로는 Toyota, Electreon, 현대자동차, 와이파워원(Wipowerone) 등이 참여하고 있다.

· 기능 요구 사항: 경량 차량용 무선충전 성능 기준

· 안전 요구 사항: 안전한 충전 환경 보장

4) ISO 5474-6 : 중량 차량용 무선충전 시스템(제정중)

ISO 5474-6은 중량(Heavy-duty, 1톤 이상 트럭 및 상용차) 차량용 50kW이상 무선충전 시스템의 기능 및 안전 요구 사항을 규정한다. 또한, 그림 9와 같이 중량 차량 무선충전 시스템에 적합한 고출력 다상의 멀티 코일 구조를 명시하고 있다는 점이 특징적이다. 아울러, 중량 차량의 무선 충전 시스템에 대한 일관된 요구 사항을 제공하여 시스템의 안정성과 성능을 보장한다[11].

· 기능 요구 사항: 중량 차량용 다상 멀티 코일 구조

· 안전 요구 사항: 안전한 충전 환경 보장

2.3 SAE(미국자동차공학회)

미국자동차공학회(SAE)는 전기차 무선충전 시스템의 표준을 개발하여 기술의 발전과 안전성, 효율성을 증진하는 중요한 역할을 담당하고 있다. 그림 10과 같이 SAE 표준은 무선충전 시스템을 위한 기술 요구 사항을 명확히 정의하여, 다양한 업체간 호환성 보장을 촉진한다.

그림 13. SAE J2954-2에 명시된 EMF 측정방법

Fig. 13. SAE J2954-2: EMF Test Methods

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그림 14. SAE J2954-2에 명시된 고출력 무선충전 EMC 측정 방법 및 기준

Fig. 14. SAE J2954-2: EMC Human Safety Standards

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특히, SAE J2954-1 시리즈는 경량 차량용 무선 충전 기술을 상세히 규정하여 전기차의 충전 효율성과 안전성을 지원한다. 또한, SAE J2594 표준은 무선 충전기의 안전, 테스트, 작동 기준을 명시하여 무선 충전 기술의 전반적인 품질을 높이는 중대한 기여를 하고 있다. SAE 표준의 주요 항목과 내용은 다음과 같다.

1) SAE J2954-1 : 경량 차량용 무선충전 시스템(2020년)

SAE J2954-1는 경량(Light-duty) 차량용 무선충전 시스템의 상호 운용성을 제시하며 그림 11과 같이 인체안전 EMF 성능 및 측정 방법과 기준을 제시한다[12].

아울러, SAE J2954-1 표준은 전기차와 충전 인프라 간의 효율적이고 안전한 무선 전력 전송을 보장한다.

· 전력 전송 효율: 고효율 무선전력 전송 기준

· 상호 운용성: 다양한 제조업체 간 호환성 보장

2) SAE J2847/6 : 무선충전 공급 통신 프로토콜(2021년)

SAE J2847/6는 전기차와 무선충전 인프라 간 통신 프로토콜을 상세히 규정하여, 충전 과정 전반에 걸친 데이터 통신을 다루어 충전 시스템의 효율성을 높인다[13].

· 통신 프로토콜: 충전 시스템과 전기차 데이터 통신

· 상호 운용성: 다양한 충전 인프라와의 호환성 보장

3) SAE J2954-2 : 고출력 무선충전 시스템(제정중)

SAE J2954-2는 고출력(High-power) 무선충전 시스템의 기능 및 안전 요구 사항을 규정한다. 특히, 그림 13그림 14와 같이 고출력 무선충전 시스템의 인체 안정을 위한 EMF/EMC 기준 및 측정 방법을 제시한다[14].

· 기능 요구 사항: 고출력 무선충전 시스템 성능 기준

· 인체 안전 요구 사항: 안전한 충전 환경 보장

4) SAE J2954-3 : 주행중 무선충전 시스템(제정중)

SAE J2954-3는 표준화 작업이 최근 시작된 표준으로 J2954-1 및 SAE J2954-2의 주행중 무선충전 시스템에 대한 전반적인 요구사항과 호환성을 다룰 것으로 제안되고 있다[15]. 또한, 전기차와 충전 인프라의 통합을 촉진하며, 전 세계적으로 일관된 주행중 무선충전 기술의 발전을 지원하는 역할을 수행할 것으로 전망된다.

3. IEC, ISO, SAE 국제 표준의 관계와 상호작용

3.1 국제 표준 IEC, ISO, SAE의 상호 관계 및 효과

앞서 살펴본 IEC, ISO, 및 SAE는 전기차 무선충전 기술의 국제 표준화를 통해 상호 보완적인 협력 체계를 형성하고 있다. 그림 15와 같이 각 기관은 특정 역할과 책임을 지니며, 이러한 역할이 조화롭게 순환하여 전기차 무선충전 기술 표준화의 발전을 담당하고 있다.

구체적으로, IEC가 먼저 기술적 기초 설정으로 전기차 무선충전 시스템의 기본적인 기술 프레임워크를 설정한다. 이후, IEC의 프레임워크를 바탕으로 ISO는 전기차 무선충전 시스템의 통신 인터페이스와 데이터 교환 표준을 설정하여 이를 더욱 구체화하는 역할을 담당한다. 또한, SAE는 ISO, IEC의 표준에 입각하여 차량용 무선충전 기술과 테스트 방법을 구체화 및 개발하는 과정을 거친다.

그림 15. SAE J2954-2에 명시된 고출력 무선충전 EMC 측정 방법 및 기준

Fig. 15. SAE J2954-2: EMF/EMC Human Safety Standards

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이와 같이, 각 세 표준의 협력과 선후 관계는 전기차 무선충전 기술의 안전성, 효율성, 상호 운용성을 보장하고, 글로벌 시장에서의 무선충전 기술의 일관성을 촉진하는 매우 중요한 역할을 한다. 각 기관의 표준은 서로를 중도 보완하며, 이를 통해 전 세계적으로 안전하고 효율적인 무선충전 시스템이 확립되도록 기여하고 있다.

3.2 중국의 전기차 무선충전 표준 GB/T

GB/T는 중국 내 자국의 전기차 무선충전 기술의 국가 표준을 의미하며, 이는 국제 표준을 기반으로 하여 중국 내 개발된 무선충전 기술이 향후 글로벌 시장에도 호환이 되도록 돕고 있다. GB/T 표준의 내용은 대부분 IEC 표준을 기반으로 하고 있으며, 그 중 일부는 예외 특정 요구 사항에 맞추어 조정된다. 표 2는 GB/T의 항목과 내용들을 보여준다. 표 2를 통해 확인할 수 있듯이 GB/T 38775 시리즈 표준의 항목 구성과 내용은 글로벌 표준인 IEC, ISO, SAE와 대부분 유사함을 알 수 있다[19~22]. 중국의 GB/T 표준은 IEC, ISO, SAE 표준을 참조하여 전기차 무선 충전 기술의 국제적인 일관성을 유지한다. 아울러, GB/T 38775 시리즈는 전기차 무선충전 시스템의 안전성, 효율성, 상호 운용성을 보장함에 중점을 두고 있으며, 이는 중국 내에서 무선 충전 기술의 통일성과 발전을 촉진하는 목표를 가지고 있다.

표 2 중국 내 자국의 무선충전 표준 GB/T 항목과 주요 내용

Table 2 Chinese National Wireless Charging Standards (GB/T) Items and Key Contents

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이처럼 GB/T 38775 시리즈는 국제 표준을 기반으로 하여 중국 내수 시장 요구에 맞춘 구체적인 요구 사항을 추가함으로써 중국 내수의 통일성과 발전을 촉진하는 동시에, 글로벌 차원에서의 호환성과 일관성을 보장하는 목적을 두고 있다. 이러한 표준화 작업은 전기차 무선충전 기술의 혁신을 촉진하고, 국제 시장에서의 채택을 용이하게 하여 지속 가능한 미래를 위한 전기차 인프라 구축에 필수적이다.

아울러, 우리나라의 전기차 무선충전 기술을 연구 개발하는 산업계, 학계 및 연구소에서 중국 표준 GB/T를 신중히 고려해야 하는 이유는 단순히 중국 시장 진출을 넘어서, 기술 개발, 연구 협력, 산업 경쟁력 강화 등 여러 측면에서 긍정적인 영향을 미치기 때문에 이를 지속적으로 주목해 볼 필요가 있다.

4. 국제 표준의 도전 과제 및 향후 발전 방향

향후 전기차 무선충전 기술의 발전과 보급을 위해 해결해야 할 주요 과제는 기술적, 경제적, 정책적 측면에서 다양한 도전 과제를 포함한다. 이러한 도전 과제들을 해결하기 위해 IEC, ISO, SAE의 국제 표준은 기술 혁신, 상호 운용성 강화, 안전성 및 환경 고려, 경제적 효율성 증대에 초점을 둔 연구 및 개발 지원을 중심으로 발전해야 한다. 이를 통해 전기차 무선충전 기술이 더욱 상용화에 가까워지고, 지속 가능한 전기차 생태계 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 국제 표준 기관들 간의 협력과 조화는 이를 실현하는데 매우 중요한 역할을 할 것이며, 아래와 같은 내용을 고려해야 한다.

4.1 기술 혁신 및 표준화 속도의 혁신

1) 기술 혁신 실시간 반영 : 현재 전기차 범용 기술은 급속히 발전하고 있다. 이를 반영한 표준의 개발이 실시간으로 필요하며, 이는 무선 충전 시스템의 효율성과 안전성을 향상시키기 위한 필수적인 요소다. 고효율 및 고전력밀도의 무선 충전 기술, 자율주행 및 주차 보조 시스템과 융합한 자동 정렬 시스템, 고급 센서 기술 등이 포함될 수 있다[23]. 예를 들어, 자율주행 및 주차 보조 시스템 기술과 융합된 자동 정렬 시스템의 개발은 무선 충전의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 방안 중 하나로, 이러한 기술이 빠르게 표준화될 수 있도록 실험적 데이터 수집, 프로토타입 개발, 실제 도로에서의 시험을 통해 검증 과정을 거쳐야 한다. 또한, 고급 센서 기술을 활용하여 충전 위치와 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이를 바탕으로 충전 효율을 최적화하는 알고리즘을 개발하여 표준에 반영하는 과정이 필요하다.

2) 표준화 프로세스 개선 : 기술 발전 속도에 맞추어 신속하게 표준을 빠르게 업데이트할 수 있는 체계를 마련해야 한다. 이를 위해 먼저, 표준화 절차를 단축할 수 있는 방법으로 모듈식 표준화 접근법의 도입을 고려해 볼 수 있다. 이 접근법은 새로운 기술이 등장할 때마다 기존 표준의 일부분만 수정하거나 추가하는 방식으로, 전체 표준을 재정립하지 않고도 빠르게 반영이 가능한 방법이다. 아울러, 표준화 작업을 진행하는 위원회나 워킹 그룹에 더 많은 기술 전문가와 실무자를 포함시키고, 이들과의 긴밀한 협력 및 주기적인 피드백 루프를 통해 최신 기술 동향을 신속히 반영할 수 있도록 해야 한다[24].

4.2 상호 운용성 강화

1) 글로벌 호환성 보장 : 국제 표준 기관들은 전기차와 충전 인프라 간의 상호 운용성을 강화하기 위해 보다 구체적이고 체계적인 협력 메커니즘을 구축해야 한다. 이를 위해, 각국의 주요 표준 기관(IEC, ISO, SAE 등)이 정기적으로 기술 워크숍과 회의를 개최하여 최신 기술 동향과 표준화 요구사항을 공유하고, 표준 간의 호환성을 검증하기 위한 테스트 베드를 운영해야 한다. 예를 들어, 다양한 제조업체가 개발한 충전 시스템과 전기차 간의 상호 운용성을 평가하기 위해 실제 환경에서의 상호 운용성 테스트를 정기적으로 수행하고, 그 결과를 바탕으로 표준을 조정하거나 업데이트하는 실질적인 작업이 필요하다. 또한, 이러한 테스트 결과를 기반으로 각 표준 기관이 국가 간 협력을 강화하고, 지역별 특성을 반영한 표준을 개발하는 동시에 글로벌 시장에서의 일관성을 유지할 수 있는 방안을 적극 모색해야 한다[25].

2) 공동 표준 개발 : IEC, ISO, SAE와 같은 주요 표준화 기관들은 표준 개발 과정에서 긴밀한 협력을 통해 중복되거나 상충하는 표준을 최소화하고, 글로벌 시장에서 기술 통일성을 유지하기 위한 구체적인 방법을 마련해야 한다. 이를 위해, 각 기관이 참여하는 국제 표준화 프로젝트를 구성하고, 해당 프로젝트를 통해 공동으로 표준을 개발하는 방식을 도입할 수 있다. 예를 들어, 전기차 무선 충전 기술의 상호 운용성을 보장하기 위한 통합 표준 개발 프로젝트를 출범시키고, 이 프로젝트에서 도출된 표준 초안을 각 기관이 검토·수정하여 최종 표준으로 채택하는 절차를 마련할 수 있다. 또한, 표준화 과정에서 각국의 다양한 이해관계자가 참여할 수 있도록 공개 검토 기간을 설정하고, 글로벌 커뮤니티로부터 피드백을 수렴하여 보다 포괄적이고 수용 가능한 표준을 개발하는 방안을 추진해야 한다. 이를 통해 글로벌 시장에서 통일된 기술 표준을 유지하며, 전기차와 충전 인프라 간의 상호 운용성을 강화할 수 있을 것이다[26].

4.3 안전성 및 환경 고려

1) 안전성 강화 : 고출력 무선 충전 시스템의 안전성을 확보하기 위해서는 더욱 구체적이고 실질적인 기준과 테스트 방법을 개발해야 한다. 이를 위해, 전자기장(EMF) 노출 한도를 설정하고, 이를 기반으로 한 사용자 안전성을 평가할 수 있는 실험적 데이터를 수집해야 한다. 또한, 이물질 감지(FOD/LOD) 시스템의 성능을 개선하기 위해 다양한 환경에서의 이물질 감지 테스트를 수행하고, 감지 실패 시의 대응 방안을 마련해야 한다. 이러한 테스트 결과를 바탕으로, 실제 제품 개발 시 적용할 수 있는 구체적인 안전 기준을 제시하고, 비용 대비 효과적인 기술적 대안을 도출해야 한다. 예를 들어, 이물질 감지 기능이 향상된 센서 기술을 개발하고, 이를 상용화 제품에 통합함으로써 사용자 안전을 보장할 수 있을 것이다. 또한, 전자파적합성(EMC) 측면에서도 다양한 전자기기와의 간섭을 최소화하기 위한 설계 가이드라인을 제시하고, 이러한 가이드라인을 준수하는 제품이 시장에 출시될 수 있도록 인증 제도를 강화해야 한다. 이를 통해, 무선 충전 시스템의 안전성을 실질적으로 향상시키고 상용화에 필요한 신뢰성을 확보할 수 있다.

2) 환경 영향 최소화 : 지속 가능한 기술 개발을 위해 무선 충전 시스템의 에너지 효율성을 높이고, 환경에 미치는 영향을 최소화하는 실질적인 방안을 마련해야 한다. 이를 위해, 고효율 에너지 변환 기술을 도입하고, 충전 과정에서 발생하는 에너지 손실을 줄이는 방안을 연구해야 한다. 예를 들어, 무선 충전 코일의 설계 최적화를 통해 에너지 전송 효율을 극대화하고, 이러한 기술적 개선이 표준화될 수 있도록 해야 한다. 또한, 충전 시스템에 사용되는 재료를 친환경적으로 전환하기 위해 재활용 가능한 소재나 저탄소 발자국을 가진 재료를 적극적으로 채택해야 한다. 이를 위해, 환경 영향을 최소화할 수 있는 새로운 재료의 개발 및 적용 방안을 구체화하고, 이러한 재료가 표준에 반영될 수 있도록 국제적인 협력을 강화해야 한다. 이러한 노력들은 무선 충전 시스템이 환경에 미치는 부정적 영향을 최소화하고, 친환경적 기술로서의 입지를 강화하는 데 중요한 역할을 할 것이다.

4.4 경제적 타당성 및 인프라 확장

1) 경제적 타당성 : 무선 충전 시스템의 경제적 효율성을 높이기 위해 초기 투자 비용과 유지보수 비용을 줄일 수 있는 구체적인 전략이 필요하다. 이를 위해, 대규모 생산을 통한 규모의 경제를 달성하기 위한 단계적 접근을 고려할 수 있다. 예를 들어, 초기에는 고효율 부품의 대량 생산을 통해 생산 비용을 낮추고, 이후 기술 성숙도에 따라 비용 절감 효과를 극대화할 수 있는 구체적인 방안을 마련해야 한다. 또한, 유지보수 비용을 최소화하기 위해 모듈화된 설계와 자동화된 진단 시스템을 도입하여 유지보수 절차를 간소화하고, 장비의 내구성을 향상시키는 기술 개발을 추진해야 한다. 이러한 방안들은 표준에 반영되어 전기차 무선 충전 기술이 경제적으로 타당한 선택이 될 수 있도록 지원할 것으로 예상된다. 또한, 비용 효율성을 더욱 높이기 위해 재료비와 운영비를 줄일 수 있는 혁신적인 기술을 탐색하고, 이를 표준화 과정에서 고려해야 한다. 예를 들어, 저비용 재료의 사용을 통한 충전 시스템의 비용 절감과 유지보수 주기의 연장을 목표로 하는 기술 개발이 그 일환이 될 수 있다.

2) 인프라 확장 지원 : 무선 충전 인프라의 확장을 위해 정부와 민간 부문이 협력하는 구체적인 지원 방안을 마련해야 한다. 이를 위해, 정부는 초기 인프라 구축 단계에서 민간 투자를 촉진할 수 있는 다양한 인센티브를 제공할 필요가 있다. 예를 들어, 무선 충전 인프라 설치 시 세금 혜택을 제공하거나, 설치 비용의 일부를 보조하는 프로그램을 도입할 수 있다. 또한, 무선 충전 기술이 채택될 수 있는 시범 지역을 선정하여 파일럿 프로젝트를 추진하고, 이를 통해 기술의 실용성을 입증함과 동시에 민간 부문의 투자를 유도해야 한다. 민간 부문에서는 이러한 지원을 바탕으로 대규모 인프라 구축 계획을 수립하고, 관련 기술과 장비의 연구개발에 적극 투자해야 한다. 특히, 인프라 확장을 위한 파트너십을 통해 기술 표준화와 상호 운용성을 보장하고, 장기적으로는 전국적 혹은 국제적 규모로 인프라를 확장할 수 있는 기반을 마련해야 한다. 이를 통해 무선 충전 시스템이 전기차 시장에서 실질적 확산에 기여할 것이다.

4.5 연구 및 개발 지원

1) 정부 지원 : 무선 충전 기술의 연구 및 개발을 효과적으로 촉진하기 위해 정부는 구체적인 지원 전략을 마련해야 한다. 먼저, 정부는 무선 충전 기술의 혁신을 가속화하기 위해 관련 연구 기관과 대학, 기업에 대한 연구 자금을 적극적으로 제공해야 한다. 이 과정에서 특정 기술적 목표나 문제 해결을 위한 맞춤형 연구 자금을 설정하고, 프로젝트 진행 상황에 따라 단계별로 지원을 확대할 수 있는 프로그램을 운영하는 것이 중요하다. 예를 들어, 고효율 무선 전력 전송, 자율주행 차량과의 통합 기술 등 특정 연구 영역에 대한 집중 지원을 통해 기술 개발을 더욱 촉진할 수 있다. 또한, 정부는 무선 충전 기술의 상용화를 목표로 하는 시범 사업을 지원하고, 초기 시장 형성을 돕기 위해 관련 산업에 대한 세제 혜택 및 초기 투자비용 지원을 제공하는 등의 정책적 지원을 강화해야 한다. 이를 통해 기술 개발과 상용화 과정이 원활하게 진행될 수 있도록 전방위적인 지원 체계를 마련할 필요가 있다.

2) 국제 협력 강화 : 무선 충전 기술의 글로벌 표준화를 위해 주요 경제 대국들과의 국제적인 연구 협력과 공동 프로젝트를 강화해야 한다. 이를 위해, 미국, 유럽 등 무선 충전 기술에 앞서 있는 국가들과의 협력 프로그램을 활성화하고, 공동 연구 개발 프로젝트를 통해 기술적 도전 과제에 함께 대응할 수 있는 체계를 구축해야 한다. 예를 들어, 국제 연구 컨소시엄을 구성하여 무선 충전 시스템의 상호 운용성, 안전성, 효율성 향상을 위한 공동 연구를 수행하고, 이러한 연구 결과를 국제 표준으로 반영할 수 있도록 협력할 필요가 있다. 또한, 국제 학술 대회나 워크숍을 정기적으로 개최하여 최신 연구 결과와 기술 동향을 공유하고, 연구자 간의 네트워크를 강화함으로써 글로벌 기술 개발을 촉진할 수 있다. 이러한 국제 협력은 새로운 표준의 마련을 위한 중요한 발판이 될 것이며, 무선 충전 기술의 글로벌 시장 확장을 지원하는 데에도 기여할 것으로 기대된다.

5. 결 론

본 논문은 전기차 무선충전 기술의 국제 표준화 동향을 분석하고, 주요 국제 표준 제정 기관인 IEC, ISO, SAE의 역할과 주요 내용들을 상세히 살펴보았다. 이를 통해 전기차 무선충전 기술의 국제 표준에 대한 현재 상황을 파악하고, 미래 발전 방향을 제시하고자 하였다. 전기차 무선충전 기술의 표준화는 기술의 안전성, 효율성, 상호 운용성을 보장하는 중요한 역할을 한다. 또한, IEC, ISO, SAE는 각기 다른 초점을 가지고 표준을 개발함으로써 상호 보완적인 역할을 수행하고 있으며, 이러한 협력은 전기차 무선충전 기술의 발전과 글로벌 시장에서 무선충전 기술의 채택을 촉진하는 데 필수적이다. 특히, IEC 61980, ISO 19363, SAE J2954 시리즈 등은 전기차 무선충전 기술의 일관성과 호환성을 보장하는 중요한 기여를 하고 있다. 아울러, 중국의 GB/T 표준은 IEC, ISO, SAE 표준을 기반으로 하여 중국 내 시장 요구에 맞춘 구체적인 요구 사항을 추가함으로써 중국 시장에서의 통일성과 발전을 촉진하는 동시에, 글로벌 차원에서의 호환성과 일관성을 보장하고 있다. 이는 글로벌 제조업체가 중국 시장에 진출하기 위해 지속적으로 주목해 볼 필요가 있다.

향후 전기차 무선충전 기술의 발전과 보급을 위해 해결해야 할 주요 과제는 기술 혁신, 상호 운용성 강화, 안전성 고려, 연구개발 지원이 필요하다. 이러한 지원과 도전을 통해 전기차 무선충전 기술의 보급이 확대되고, 지속 가능한 전기차 생태계 구축에 기여할 수 있을 것이다. 이를 위해 국제 표준 기관 간의 협력과 조화가 무엇보다 매우 중요하다. 각 기관의 전문성과 표준은 전기차 무선충전 시스템이 전 세계적으로 안전하고 효율적으로 사용될 수 있도록 중요한 역할을 할 것이다. 아울러, 전기차 무선충전 기술의 성공적인 도입과 확산 및 상용화를 위해서는 기술적, 경제적, 정책적 과제를 해결하는 것이 필수적이며, 이를 통해 전기차 산업의 지속 가능한 발전을 도모할 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgements

This research was supported by "Regional Innovation Strategy (RIS)" through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(MOE)(2021RIS-002)

This paper was supported by Korea Institute for Advancement of Technology(KIAT) grant funded by the Korea Government(MOTIE)(P0020536, The Competency Development Program for Industry Specialist)

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저자소개

이영달 (Young-Dal Lee)
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Dr. Young-Dal Lee received the B.S. degree in control and instrumentation engineering from Hanbat National University, Daejeon, South Korea, in 2011, and the M.S. degree in power electronics engineering from Sungkyunkwan University, Suwon, South Korea, in 2013. He received the Ph.D. degree in electrical engineering with the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon, South Korea, in 2022. He is currently an Assistant Professor for College of AI convergernce, Chonnam National University, Gwangju Metropolitan, South Korea.

From 2013 to 2017, he was a Senior Researcher with the Power R\&D Group, SAMSUNG Electro-Mechanics, Suwon, South Korea, developing high efficiency and high power density power supply. From 2021 to 2024, he was a Project Leader with Power Electronics Team, KAIST spin-off company, Wipowerone, Daejeon, South Korea, developing high efficiency and high power density EV WPT system. His research interests include ac/dc and dc/dc converters, bridgeless PFC boost converter with next-generation power semiconductors, and WPT systems for home appliance, industry, and future e-mobility.