전기차 충전 방식 및 충전 손실(충손률) 알아보기

전기차 충전시 충전손실이 발생한다는 사실을 알고계신가요?

실제 100%를 충전해도 100%의 배터리가 아닌 차량에 따라서 6%~15%정도 충전 손실이 발생하게 됩니다.

어떤 이유로 충전 손실이 발생하는지 좀 더 자세히 알아 보도록 하겠습니다.

 

전기차 충전방식 및 충전손실

 

전기차를 충전하는 방식(AC/DC)에 대한 이해

전기차를 충전하는 방식은 AC충전(교류:Alternative Current), DC충전(직류:Direct Current)로 나뉘게 됩니다.

Current War(전류전쟁)이라고 불리는 이 단어는 1880년대 후반 미국에서 에디슨과 테슬라가 전기산업의 주도권 경쟁을 벌인것을 의미합니다. 직류(DC)와 교류(AC) 어떤것을 미국의 표준 전기시스템으로 결정할지에 대한 경쟁이었습니다.

 

AC(Alternative Current)

니콜라 테슬라는 교류(AC)의 경제성을 강조했습니다. 당시 직류는 전기를 멀리 보내기 힘들어 전기를 사용하는 지역 가까이에 발전소를 설치해야 했지만 교류는 각 지역에서 변압기로 전압을 바꿔 멀리까지 전송이 가능했습니다.

이러한 교류의 장점이 널리 퍼지게되면서 변압이 용이한 교류(AC)가 전기시장을 선점하기 시작했습니다.

 

DC(Direct Current)

토마스 에디슨은 직류(DC)의 안정성을 강조했습니다. 지역 가까이에 발전소를 설치해야하는 점이 있었지만 교류에 비해서 안정적으로 전류공급이 가능했습니다. 현재 전자제품들 대부분이 직류를 사용하고 있는데 그 이유는 시간에 따른 전력의 변화가 없어 회로설계 및 해석하는데 매우 효율적이기 때문입니다.

 

교류(AC)와 직류(DC)를 모두 사용하는 전기차의 등장

대부분의 경우 직류 or 교류 한가지를 사용하지만 전기차는 모두를 사용합니다.

교류(AC)전기를 직류(DC)로 변환해서 저장하고, 그 전기를 교류(AC)로 바꿔 달리는데 사용합니다.

이렇게 여러과정을 거치는 이유는 한정된 배터리의 전기를 효율적으로 사용하기 위해서 입니다.

이를 위해서 전기차에는 다양한 부품들이 사용되고 있습니다.

 

배터리(DC)

배터리는 전기를 저장하기 위해서 직류(DC)시스템을 사용합니다.

교류(AC)는 배터리에 들어가게되면 빠져나가는 특성때문에 저장이 불가능하기 때문입니다.

탑재형충전기(OBC)를 통해서 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 고전압/고용량 배터리를 충전시킵니다.

충전된 OBC에 저장된 전기는 전기모터를 구동 or 차량제어장치의 전원을 공급하게 됩니다.

 

전기모터(AC)

전기차를 제어하는 대부분의 장치는 OBC의 직류를 그대로 사용하게 되지만, 전기모터는 대부분 AC(교류)를 필요로 합니다.

직류 모터는 고효율, 소형화가 가능하지만 소음이 크고 경제성이 떨어지는 단점이 있습니다.

그래서 대부분의 전기차는 모두 교류(AC)모터가 장착됩니다.

 

인버터

직류(DC)형태로 저장된 전기로 교류(AC)모터를 구동시키기 위해서 필요한 장치입니다.

자동차 가속시 고전압 리튬 배터리의 직류 전압을 교류전압으로 변환해서 모터에 에너지늘 공급합니다.

또한 감속페달을 밟거나 속도가 줄어들때 회생제동을 통해서 모터의 발전에너지를 직류로 변환해 배터리를 충전시키는 역할도 수행합니다. 전기차에서 발생/소비하는 전기에너지를 조절해 모터의 회전속도 및 토크를 조정하는 역할을 하게됩니다.

 

전기차 충전방식 (완속충전:AC,급속충전: DC)

전기차에 사용되는 여러 부품들은  교류전기와 직류전기를 모두 사용하게 됩니다.

전기차 충전방식도 직류,교류를 모두 사용하여 충전을 할 수 있습니다.

전기차 충전방식의 이해(AC/DC)

 

급속(고속)충전 (DC방식)

급속충전기는 직류전기를 별도 변환작업을 거치지 않고 바로 배터리에 충전하게됩니다.

따라서 완속충전 방식보다 8~10배이상 빨리 충전이 가능합니다.

하지만 신속하게 충전이 가능한 대신 배터리 수명을 단축시키는 단점이 있습니다.

 

완속충전 (AC방식)

완속충전기는 교류(AC)전기를 직류로 변환해서 저장하기 위해 여러단계를 거치게 됩니다.

충전기에서 유입된 교류(AC)는 차량내부 OBC(On Board Charge)에서 DC로 변환되게 됩니다.

따라서 충전시간이 오래걸리지만, 급속충전에 비해서 배터리 수명에 영향을 거의 주지않는다는 장점이 있습니다.

 

전기차 충전 손실 원인들

전기차 충전시 발생하는 손실은 여러가지 원인이 있을 수 있습니다.

업계에서는 보통 6%~15%정도의 충전손실이 발생한다고 알려져 있습니다.

 

발열로 인한 충전 손실

다양한 원인들로 열손실이 발생하게 되고, 이에따라 충전 손실이 발생하게됩니다.

• 완속충전기(AC) 사용시 AC를 DC로 변환하는 과정에서 발생하는 열 손실
• 배터리에 충전되는 에너지가 최대 용량에 도달하면서 발생하는 열 손실
• 배터리 충전을 효율적으로 하기 위해서 적절한 온도유지를 위해 소모되는 열 손

 

차종에 따른 충전 손실

전기차 모델별로 충전 손실이 각각 다르게 나타납니다.

일부 차종의 경우 최대 20%이상 발생하는 경우도 있습니다.

 

 

날씨(온도)에 따른 충전 손실

날씨에 따른 충전손실이 발생하는 경우도 있습니다.

특히 추운 겨울철의 경우 배터리 효율이 떨어진다는 얘기를 많이 들으셨을텐데,

위에 발열로 인한 충전 손실에서 언급했듯이 배터리 충전시 적절한 온도를 유지해야하는데 겨울철의 경우

낮은 온도로 인해서 손실되는 부분이 많이 있습니다.

 

전선의 길이/굵기에 따른 충전 손실

전선의 길이가 길수록(연장선을 사용할수록) 충전 손실이 많아지게 됩니다.

또한 전선의 굵기가 굵으면 충전 손실이 많아지게 됩니다. 전선 굵기의 경우는 급속 충전시에 높은 전압/전류를 보내야 하므로 전선의 통로(굵기)를 굵어져야 하는 특성 때문으로 이해하시면 될 것 같습니다.

반대로 완속충전기의 굵기는 얇은데, 상대적으로 낮은 전압/전류를 보내기때문에 저항이 작게 발생하여 발열도 적게 발생하게 됩니다.

 

운행상 발생하는 충전 손실

전기치를 주행하는데 주행방식이나 동작에 따라서 손실이 발생할 수 있습니다.

배터리에서 모터로 전기를 전달하면서 발생하는 손실에 대한 이야기 이지만 내부전선을 통해 짦은거리를 빠르게 이동하므로 이부분은 크게 영향을 주는 부분이 아니라 충전 손실시 포함시키지 않는게 대부분입니다. 

 

 

완속충전 vs 급속(고속)충전 충전손실이 적은 충전방식은?

결론부터 말씀드리면, 급속충전 방식이 충전손실이 적다고 볼 수 있습니다.

이러한 이유는 전기의 특성상 전압(V)가 높으면 손실률이 적은것으로 알려져 있기 때문인데 급속(고속)충전의 경우 전압과 전류를 더 높은 것을 사용하기 때문입니다.

또한 완속충전(AC)의 경우 ICCU(통합충전 제어장치), OBC 등을 거쳐 배터리에 저장되는 여러 과정을 거치게 되므로 이과정에서 손실이 발생하는 부분도 있기 때문입니다.

 

맺음말

다양한 충전환경(온도,충전기) 및 차량에 따라서도 전기차 충전 손실률(충손률)은 다르기 때문에  정확한 수치를 단정해서 말씀드리긴 어렵습니다. 하지만 전기차 충전시 이러한 여러가지 요소 및 충전방식의 차이로 인해서 손실이 발생하는 부분을 알고계신다고 하면 많은 도움이 될 것 같습니다.

 

친환경차(전기차/수소차)충전 할인 카드 혜택비교 추천

친환경차(전기차/수소차)충전 할인 카드 혜택비교 추천