포르쉐의 무선 EV 충전: 새로운 시대의 시작

집에서 EV를 충전하는 것은 불편해 보이지 않습니다. 차고 주변이나 비오는 진입로를 따라 코드를 끌고 갔다가 아이들을 학교에 데려다주거나 심부름을 할 때마다 코드를 뽑아 다시 감아두기 전까지는 말이죠. 노인이나 장애가 있는 운전자의 경우 부피가 큰 코드가 신체적으로 어려울 수 있습니다.

몇 년 전 스마트폰과 마찬가지로 무선 EV 충전도 꿈이었습니다. 그러나 일반적인 스마트폰 배터리의 약 14와트시와 대형 EV 배터리 사이에는 거의 4배 정도의 차이가 있습니다. 곧 출시될 포르쉐 카이엔 일렉트릭에 탑재된 108kWh 팩의 무선 충전이 주목받는 이유가 바로 여기에 있습니다.

양산 차량에 최초의 유도 충전기를 제공하기 위해 포르쉐는 차량 아래에서 배회하는 사랑스러운 집고양이를 보호하는 방법과 같은 기술적, 실제적 과제를 모두 극복해야 했습니다. 독일 자동차 제조업체는 9월 뮌헨에서 열린 IAA 모빌리티 쇼에서 이 시스템을 시연했습니다.

800볼트 아키텍처를 갖춘 카이엔 일렉트릭은 공공 DC 충전소에서 최대 400kW까지 충전할 수 있는데, 이는 약 16분 만에 배터리 팩을 10~80%까지 채울 수 있을 만큼 충분합니다. 무선 시스템은 집에서 레벨 2 충전을 위해 약 11kW를 제공하며, 포르쉐는 고객 4명 중 3명이 거의 모든 충전을 한다고 말합니다. 카이엔을 차고로 끌어들여 바닥에 장착된 플레이트 위에 정렬하면 SUV는 약 7.5시간 안에 10~80%까지 충전됩니다. 플러그, 엉킨 코드, 더러운 손이 없어야 합니다. 포르쉐는 구매자가 2026년 중반에 첫 번째 카이엔을 본 후 미국에 단상 48암페어 버전을 제공하고 유럽에서는 3상 16-A 시스템을 제공할 예정입니다.

포르쉐의 무선 충전은 오래된 개념을 기반으로 합니다.

유도 충전의 개념은 100년 이상 존재해 왔습니다. 두 개의 구리선 코일이 서로 가까이 위치합니다. 한 코일을 통해 흐르는 전류는 자기장을 생성하고, 이는 두 번째 코일에 전압을 유도합니다.

포르쉐 시스템에서는 폭 78cm의 바닥 장착형 패드가 집의 전기 패널에 연결됩니다. 무게가 50kg에 달하는 패드 내부에서는 그리드 전기(미국의 경우 60Hz, 세계 대부분의 지역에서는 50Hz)가 DC로 변환된 다음 2,000V의 고주파 AC로 변환됩니다. 결과로 발생하는 85KHz 자기장은 패드에서 카이엔까지 확장되어 다시 DC 전압으로 변환됩니다.

방수패드는 옥외에 설치하는 것도 가능하며, 낙엽이나 눈 등의 영향을 받지 않는다고 회사 측은 설명했다. 실제로 공냉식 패드는 눈을 녹일 만큼 따뜻해지며 온도는 50°C까지 올라갈 수 있습니다.

Cayenne의 온보드 충전 하드웨어는 전면 전기 모터와 배터리 사이에 장착됩니다. 15kg 유도 장치는 배터리에 직접 연결됩니다.

대부분의 EV에서 플러그인(전도성) AC 충전의 효율성은 약 95%에 이릅니다. 포르쉐는 패드와 차량 사이에 약 12~18cm의 공극이 있음에도 불구하고 자사의 무선 시스템이 90%의 효율성을 제공한다고 밝혔습니다.

작년에 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)는 95% 효율로 인상적인 270kW를 포르쉐 타이칸(Porsche Taycan)에 이전했습니다.

포르쉐의 충전 하드웨어 제품 관리자인 Simon Schulze는 “충전 효율이 전도성 AC 바로 아래에 있다는 사실이 매우 자랑스럽습니다.”라고 말합니다. 포르쉐는 또한 일반적으로 효율성이 최대 70%에 이르는 유도형 휴대폰 충전기를 능가한다고 Schulze는 말합니다.

차량이 충전 패드에서 7.5m 이내로 접근하면 카이엔의 화면 기반 주차 보조 시스템이 자동으로 켜집니다. 그런 다음 운전자가 화면에 있는 한 쌍의 녹색 원(하나는 자동차를 나타내고 다른 하나는 패드를 나타냄)을 정렬해야 하는 일종의 비디오 게임이 나옵니다. 이는 주차 거리를 측정하기 위해 차고에 걸어두는 테니스 공의 디지털 버전과 같습니다. 좌우로 20cm, 앞뒤로 15cm의 허용 오차를 지닌 넉넉한 흔들림 공간이 있습니다. Schulze는 “놓칠 수 없습니다.”라고 말합니다.

유도 루프는 충전 플레이트와 차량 사이에 있는 모든 물체를 감지합니다. 이러한 물체가 금속인 경우 위험할 정도로 가열될 수 있습니다. 레이더 센서는 패드 근처의 생명체를 감지하고 필요한 경우 충전을 중단합니다. 사람들은 충전 세션에 영향을 주지 않고 자동차 근처를 걷거나 탑승할 수 있습니다.

포르쉐 충전 시스템 책임자인 크리스티안 홀러(Christian Holler)는 이 시스템이 전자기 방사선에 대한 국제 비이온화 방사선 보호 위원회 표준을 준수한다고 말합니다. 이 필드는 15마이크로테슬라 미만으로 유지되므로 심박 조율기를 사용하는 사람들에게 안전하다고 포르쉐는 주장합니다. 그리고 앞서 언급한 고양이는 “금속 목걸이가 따뜻해질 수 있지만” 자기장 속으로 빠져들어가더라도 해를 입지 않을 것이라고 Schulze는 말합니다.

포르쉐 시스템의 90% 효율성은 인상적이지만 기록적인 수준은 아닙니다. 지난해 오크리지 국립연구소(ORNL)는 270kW를 포르쉐 타이칸에 95% 효율로 전송해 10분 만에 충전 상태를 50% 높였습니다. 세계 기록적인 무선 속도는 포르쉐의 모회사인 폭스바겐(Volkswagen)이 지원하는 미국 에너지부 프로젝트의 일부인 코일용 다상 권선에 의존했습니다.

그러한 노력으로 박사 학위가 탄생했다고 Holler는 말합니다. VW 엔지니어 Andrew Foote의 논문. 하지만 이 프로젝트에는 카이엔 충전 시스템을 탄생시킨 목표와는 다른 목표가 있었습니다. ORNL은 비용, 생산 타당성 또는 신뢰성에 관계없이 최대 전력 전달에 중점을 두었습니다.

이와 대조적으로 쇼룸 차량용 시스템을 설계하려면 “완전히 다른 수준의 품질과 프로세스가 필요합니다”라고 Holler는 말합니다.

높은 비용으로 인해 채택이 제한될 수 있음

유럽의 카이엔 구매자는 옵션 충전기에 대해 약 €7,000(약 US $8,100)를 지불하게 됩니다. 포르쉐는 아직 미국에 대한 가격을 정하지 않았습니다.

EV 충전 분석 회사인 Chargeonomics의 CEO인 Loren McDonald는 무인 로봇택시, 도로변 충전 또는 충전 케이블이 성가시거나 심지어 안전 문제가 될 수 있는 모든 장소에서의 사용 사례를 통해 무선 충전이 “분명히 미래”라고 말했습니다.

그러나 현재 유도 충전은 비용이 많이 들고 용량이 적기 때문에 틈새 모델과 고소득 사용자에게만 국한될 것이라고 McDonald는 말합니다. “운전자가 운전하는 동안 편리하게 충전할 수 있도록 하고 시스템에 더 많은 비용을 지출하는 이점을 높일 수 있도록” 공개 채택이 중요할 것입니다.

포르쉐는 그 문제를 인정합니다. 이 시스템은 다른 자동차 제조업체가 이 기술을 대중화하는 데 도움이 될 수 있도록 자동차 엔지니어 협회에서 정한 무선 표준을 준수합니다.

“우리는 이것이 독점적인 포르쉐만의 솔루션이 되는 것을 원하지 않았습니다.”라고 Schulze는 말합니다. “다른 브랜드가 이를 사용하는 경우에만 우리는 이익을 얻습니다.”