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무선 충전

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목차

1. 개요

무선 충전은 전선을 사용하지 않고 전력을 전달하는 기술로, 1894년에 처음 개념이 제시되었다. 전자기 유도, 자기 공명, 전자기파 방식을 포함한 여러 방식이 있으며, 특히 전자기 유도 방식이 널리 사용된다. 2000년대 이후 MIT의 공진 결합 기술 개발과 WPC, A4WP, PMA 등 표준 제정을 통해 상용화가 이루어졌다. 현재는 스마트폰, 전기 자동차, 의료 기기 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, Qi와 PMA가 주요 표준으로 사용된다. 무선 충전은 편리성과 미적 이점을 제공하지만, 충전 속도가 느리고, 열 발생, 보안 취약점 등의 단점도 존재한다.

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무선 충전
개요
유도 충전 다이어그램
유도 충전 다이어그램
명칭
영어Inductive charging
한국어무선 충전
기술 원리
기본 원리전자기 유도
충전 방식충전 패드와 장치 사이의 자기장을 통해 전력 전송
전력 전송 범위단거리
전력 전송 효율일반적으로 유선 충전보다 낮음
표준 및 규격
주요 표준Qi
AirFuel Alliance
응용 분야
주요 응용 분야스마트폰
태블릿 컴퓨터
웨어러블 기기
전기 자동차
의료 기기
기타 응용 분야전동 칫솔
면도기
일부 주방 가전 제품
장점 및 단점
장점편의성
플러그 연결 필요 없음
내구성 향상 (접촉 단자 마모 감소)
방수/방진 설계 용이
단점전력 효율 감소
충전 속도 느림
열 발생 가능성
충전 위치 제한 (정확한 위치 필요)
추가 정보
개발 역사19세기 전자기 유도 원리 발견 이후 개발
추가 기술공진 유도 방식 및 자기장 공명 방식 등
관련 기술전력 전송 기술의 한 종류

2. 역사

1894년 M. 휘탱(Hutin)과 M. 르블랑(Le-Blanc)이 전기 자동차에 전력을 공급하는 장치와 방법을 제안하면서 무선 전력 전송 개념이 처음 사용되었다. 그러나 내연 기관이 더 인기를 얻으면서 이 기술은 한동안 잊혀졌다.

1972년, 오클랜드 대학교의 돈 오토(Don Otto) 교수는 도로에 송신기를, 차량에는 수신기를 사용하여 유도 방식으로 구동되는 차량을 제안했다. 1977년, 존 E. 트롬블리(John E. Trombly)는 "전자기적으로 결합된 배터리 충전기"에 대한 특허를 받았다. 이 특허는 광부용 전조등 배터리 충전에 대한 응용 프로그램을 설명하고 있다(미국 특허 번호 4031449). 미국에서 최초로 유도 충전이 적용된 것은 1978년 J.G. 볼거(Bolger), F.A. 키르스텐(Kirsten), S. 응(Ng)에 의해서였다. 그들은 180 Hz, 20kW의 시스템으로 구동되는 전기 자동차를 만들었다. 1980년대 캘리포니아에서는 유도 충전으로 구동되는 버스가 생산되었고, 이와 유사한 작업이 프랑스, 독일 및 유럽에서도 이루어지고 있었다.

2006년, MIT는 공진 결합을 사용하기 시작했다. 그들은 몇 미터 거리에서 방사 없이 많은 양의 전력을 전송할 수 있었다. 이것은 상업적 요구에 더 적합한 것으로 판명되었고, 유도 충전에 있어 중요한 발전이었다.

무선 전력 컨소시엄(WPC)은 2008년에 설립되었고, 2010년에 Qi 표준을 수립했다. 2012년에는 무선 전력 연합(A4WP)과 파워 매터 얼라이언스(PMA)가 설립되었다. 일본은 2009년에 광대역 무선 포럼(BWF)을 설립했고, 2013년에 실용적인 응용을 위한 무선 전력 컨소시엄(WiPoT)을 설립했다. 에너지 수확 컨소시엄(EHC)도 2010년에 일본에서 설립되었다. 한국은 2011년에 한국 무선 전력 포럼(KWPF)을 설립했다. 이러한 단체들의 목적은 유도 충전에 대한 표준을 만드는 것이다. 2018년에는 Qi 무선 표준이 북한, 러시아 및 독일의 군사 장비에 사용되도록 채택되었다.

3. 무선 충전 방식

무선 충전 방식에는 크게 전자기 유도 방식, 자기 공명 방식, 전자기파 방식 세 가지가 있다.

무선 전력 전송은 1894년 M. 휘탱(Hutin)과 M. 르블랑(Le-Blanc)이 전기 자동차에 전력을 공급하는 장치와 방법을 제안하면서 처음 사용되었다. 그러나 내연 기관이 더 인기를 얻으면서 이 기술은 한동안 잊혀졌다.

1972년, 오클랜드 대학교의 돈 오토(Don Otto) 교수는 도로에 송신기를 설치하고 차량에 수신기를 설치하여 유도 방식으로 구동되는 차량을 제안했다. 1977년, 존 E. 트롬블리(John E. Trombly)는 "전자기적으로 결합된 배터리 충전기"에 대한 특허를 받았다. 1978년, J.G. 볼거(Bolger), F.A. 키르스텐(Kirsten), S. 응(Ng)은 180 Hz, 20 kW의 시스템으로 구동되는 전기 자동차를 만들었다. 1980년대 캘리포니아에서는 유도 충전으로 구동되는 버스가 생산되었고, 프랑스, 독일 및 유럽에서도 이와 유사한 작업이 이루어졌다.

2006년, MIT는 공진 결합을 이용하여 몇 미터 거리에서 방사 없이 많은 양의 전력을 전송할 수 있었다.

2008년, 무선 전력 컨소시엄(WPC)이 설립되었고, 2010년에 Qi 표준을 수립했다. 2012년에는 무선 전력 연합(A4WP)과 파워 매터 얼라이언스(PMA)가 설립되었다. 일본은 2009년에 광대역 무선 포럼(BWF)을, 2013년에 실용적인 응용을 위한 무선 전력 컨소시엄(WiPoT)을 설립했다. 2010년에는 일본에서 에너지 수확 컨소시엄(EHC)이 설립되었고, 한국은 2011년에 한국 무선 전력 포럼(KWPF)을 설립했다. 2018년에는 Qi 무선 표준이 북한, 러시아 및 독일의 군사 장비에 사용되도록 채택되었다.

3. 1. 전자기 유도 방식

변압기의 1차 코일과 2차 코일 간의 자기 유도 현상을 이용하는 것으로, 코일이 근접 거리에 위치해야 가능한 방식이다. 그러나 자기장이 근접 거리에서 코일에 공동으로 영향을 줄 수 있어야 하므로, 거리에 민감하다. 또한 Rx 코일의 위치 정합성에도 매우 민감한 문제를 가지고 있다.

3. 2. 자기 공명 방식

수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 이루어 전력을 전송하는 기술이다. 전자기 유도 방식보다 먼 거리에서 전자기 방사 방식보다는 더 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있다. 최근 휴대전화 응용을 목적으로 삼성전자가 중심이 되어 인텔, 퀄컴 등과 함께 A4WP라는 무선 충전을 위한 협의회를 만들어 표준을 주도하려 하고 있다.

3. 3. 전자기파 방식

전자기파를 이용한 정보 전송과 동일한 방식이지만, 필요한 수준의 전력을 전송하기 위해서는 출력이 증가해야 한다. 이 경우 전자기파에 의한 인체의 유해성 문제를 피하기 힘들다. 하지만 원거리 전송도 충분히 가능하기 때문에 개인 용도가 아닌 산업용에서 연구가 진행되고 있다.

4. 표준

무선 전력 전송은 1894년 M. 휘탱(Hutin)과 M. 르블랑(Le-Blanc)이 전기 자동차에 전력을 공급하는 장치와 방법을 제안하면서 처음 사용되었다. 1972년, 오클랜드 대학교의 돈 오토(Don Otto) 교수는 유도 방식으로 구동되는 차량을 제안했다.

2006년, MIT는 공진 결합을 사용하여 몇 미터 거리에서 많은 양의 전력을 전송할 수 있었다.

2008년에 무선 전력 컨소시엄(WPC)이 설립되었고, 2010년에 Qi 표준을 수립했다. 2012년에는 무선 전력 얼라이언스(A4WP)와 파워 매터스 얼라이언스(PMA)가 설립되었다. A4WP의 레젠스는 2015년 PMA와 합병되었다.

일본은 2009년에 광대역 무선 포럼(BWF)을 설립했고, 2013년에는 실용적인 응용을 위한 무선 전력 컨소시엄(WiPoT)을 설립했다. 에너지 수확 컨소시엄(EHC)도 2010년에 일본에서 설립되었다. 한국은 2011년에 한국 무선 전력 포럼(KWPF)을 설립했다.

충전기와 소형 전자 기기 간의 호환성을 보장하는 주요 표준으로는 Qi와 PMA가 있다. 두 표준은 작동 방식은 유사하지만, 서로 다른 송신 주파수와 연결 프로토콜을 사용한다.

차량 무선 충전을 위한 최초의 표준은 SAE J2954 표준이었다. 이 표준은 패드를 통해 최대 11kW의 전력을 전달하는 유도식 자동차 충전을 허용한다.[18]

4. 1. WPC (Wireless Power Consortium)

무선 전력 컨소시엄(WPC)은 전자기 유도 방식의 Qi 표준을 주도하며, 인터페이스 정의, 성능 요구사항, 규정준수 3가지 시험을 통해 외부 금속 물질에 의한 발열 등의 문제나 타 기관과의 호환성 문제를 해결한다. 현재 표준은 전자기 방식이지만 자기 공진 방식 또한 표준화가 이루어질 예정이다.

4. 2. A4WP (Alliance for Wireless Power)

레젠스는 무선 전력 얼라이언스(A4WP)에서 개발한 인터페이스 표준이었다. 수 MHz에서 수십 MHz 대역의 주파수를 사용하여 자기적 공명을 통해 전력을 전송하는 기술로, 전자기 유도보다 먼 거리에서 전자기 방사보다는 더 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있다. 삼성전자는 휴대전화 응용을 목적으로 인텔, 퀄컴 등과 함께 A4WP라는 무선 충전을 위한 협의회를 만들어 표준을 주도하려 했으나,[17] 2015년 파워 매터스 얼라이언스(PMA)(Power Matters Alliance)와 합병되었다.[17]

4. 3. PMA (Power Matters Alliance)

IEEE는 2012년 1월, 파워 매터스 얼라이언스(PMA)(Power Matters Alliance)의 시작을 발표했다.[16] 레젠스(Rezence)는 무선 전력 얼라이언스(A4WP)에서 개발한 인터페이스 표준이었는데, 2015년 PMA와 합병되었다.[17]

4. 4. 국내 표준

한국정보통신기술협회(TTA) 산하 세 개 프로젝트 그룹에서 근거리 무선 전력 전송 기술 표준화를 진행하고 있다.[16][17][18][32]

4. 5. 국외 표준

미국에서는 CEA에서 다섯 개의 활동 그룹을 운영하고 있다. 중국 CCSA(China Communications Standards Association) TC9에서도 자기 유도 방식에 대한 인터페이스의 안정성, 충전 효율, 충전 방식, 충전을 위한 통신 및 주파수 규제에 대한 연구를 수행하고 있다.

일본은 2009년에 광대역 무선 포럼(BWF)을 설립했고, 2013년에는 실용적인 응용을 위한 무선 전력 컨소시엄(WiPoT)을 설립했다. 에너지 수확 컨소시엄(EHC)도 2010년에 일본에서 설립되었다.

국외 표준
국가기관
미국CEA
중국CCSA TC9
일본광대역 무선 포럼(BWF), 무선 전력 컨소시엄(WiPoT), 에너지 수확 컨소시엄(EHC)


5. 응용 분야

무선 전력 전송 기술은 1894년 전기 자동차에 전력을 공급하는 방법으로 처음 제안되었으나, 내연 기관의 인기로 한동안 잊혀졌다. 1970년대 이후 유도 방식을 이용한 차량, 배터리 충전기 등이 개발되면서 다시 주목받기 시작했다. 2000년대에는 공진 유도 결합을 이용한 기술 발전으로 상업적 요구에 더 적합해졌다.

2008년 무선 전력 컨소시엄(WPC)이 설립되어 2010년 Qi 표준을 수립했고, 이후 여러 단체들이 유도 충전 표준을 만들기 위해 노력하고 있다. 2018년에는 Qi 무선 표준이 군사 장비에도 채택되었다.

유도 충전은 크게 저전력과 고전력 응용 분야로 나눌 수 있다.


  • 저전력 응용: 주로 휴대전화와 같은 소형 가전제품에 사용되며, 100W 미만의 전력을 사용한다.
  • 고전력 응용: 전기 자동차 충전과 같이 1kW 이상의 전력을 사용하며, 최대 130kHz의 장파 범위에서 작동한다.


무선 충전은 의료 기기, 산업 현장 등 다양한 분야에서도 활용되고 있다.

5. 1. 저전력 응용

휴대전화, 휴대용 기기, 일부 컴퓨터와 같이 일반적으로 100W 미만의 전력 수준으로 충전되는 소형 소비자용 전자 기기에 사용된다.[2] 50 또는 60 헤르츠의 AC 상용 주파수가 자주 사용되거나,[2] Qi 규격 기기의 경우 87~205kHz 범위의 주파수가 일반적이다.[3]

삼성 갤럭시 Z 폴더블 스마트폰은 "무선 전력 공유" 기술을 갖추고 있다.


Qi 표준을 사용하여 기기를 충전하는 데 사용되는 무선 충전 패드


많은 스마트폰 제조업체들이 이 기술을 자사 기기에 추가하기 시작했으며, 대부분 Qi 무선 충전 표준을 채택하고 있다. 애플과 삼성전자와 같은 주요 제조업체들은 Qi 기능을 갖춘 많은 모델의 휴대폰을 대량 생산하고 있다. Qi 표준의 인기는 다른 제조업체들로 하여금 이것을 자체 표준으로 채택하도록 이끌었다.[19] 스마트폰은 이 기술이 소비자의 가정으로 진입하는 원동력이 되었으며, 많은 가정용 기술들이 이 기술을 활용하도록 개발되었다.

삼성전자와 다른 회사들은 책상이나 테이블과 같은 전체 표면에 유도 충전 스테이션을 내장하는 "표면 충전"이라는 아이디어를 탐구하기 시작했다.[19] 반대로, 애플과 Anker는 독 기반 충전 플랫폼을 추진하고 있다. 여기에는 훨씬 더 작은 공간을 차지하는 충전 패드와 디스크가 포함된다. 이것은 공용 공간에 배치되어 기존 가정 인테리어와 조화를 이루는 소형 충전기를 원하는 소비자를 위해 고안되었다.[19] Qi 무선 충전 표준 채택으로 인해, Qi 기능이 있는 모든 휴대폰은 이러한 충전기와 호환된다.[19]

또 다른 개발은 ''역무선 충전''으로, 휴대폰이 자체 배터리를 다른 기기로 무선으로 방전할 수 있도록 하는 기술이다.[20]

'''Qi 무선 충전 기능이 탑재된 주요 스마트폰'''

제조사제품명출시일
노키아루미아 820, 루미아 9202012년 9월 5일[27]
구글과 LG넥서스 42012년 10월
모토로라 모빌리티드로이드 3, 드로이드 4(선택적 지원)
HTC드로이드 DNA2012년 11월 21일
구글과 LG넥서스 52013년 10월 31일
삼성전자갤럭시 S52014년 4월 14일 (무선 충전 백 또는 수신기 필요)
마이크로소프트루미아 950 XL, 루미아 9502015년 11월 20일
삼성전자갤럭시 S6, 갤럭시 S6 엣지2015년 3월 3일 (Qi 및 PMA 호환)
블랙베리블랙베리 프라이브2015년 11월 6일 (Qi 및 PMA 호환)
삼성전자갤럭시 S7, S7 엣지2016년 2월 22일
삼성전자삼성 갤럭시 S8, 삼성 갤럭시 노트 82017년
애플아이폰 8, 아이폰 X2017년 9월 12일
애플MagSafe 탑재 모델2020년



이케아는 Qi 표준을 지원하는 무선 충전 가구 시리즈를 보유하고 있다.

5. 2. 고전력 응용



전기 자동차의 고전력 유도 충전은 1킬로와트 이상의 전력 수준으로 배터리를 충전하는 것을 말하며, 플러그인 충전 방식 대신 자동화된 무선 충전 방식을 제공한다.[2] 이러한 기기의 전력 수준은 약 1킬로와트에서 300킬로와트 이상까지 다양하다. 모든 고전력 유도 충전 시스템은 공진형 1차 및 2차 코일을 사용하며, 최대 130kHz의 장파 범위에서 작동한다. 단파 주파수를 사용하면 시스템의 효율성과 크기를 높일 수 있지만,[4] 전 세계적으로 신호가 전송될 수 있어 전자파 적합성 및 무선 주파수 간섭에 대한 우려가 제기된다.

전기 자동차 무선 충전은 크게 세 가지로 나뉜다. 장시간 주차된 차량의 정지 충전, 도로를 주행하는 차량의 동적 충전, 택시 승강장에서처럼 정지 사이에서 저속으로 움직이는 차량의 준동적 또는 반동적 충전이다.[34] 유도 충전은 세 가지 전기 도로 기술 중 가장 적은 전력을 전달하기 때문에 성숙한 동적 충전 기술로 간주되지 않는다. 프랑스 정부는 트럭에 수신기를 설치했을 때 공급 전력의 20~25%가 손실되며, 건강 영향은 아직 연구되지 않았다고 밝혔다.[31] SAE 인터내셔널(SAE International)은 무선 충전 시스템에 대한 이물질 감지 기술과 안전성 테스트를 제안했다. 금속이나 유기체가 접지 패드와 수신기 사이에 있으면 화재나 화상 위험이 있다.[32]

1980년대와 1990년대 캘리포니아 대학교 버클리에서 "동적 무선 충전" 기술이 개발되었고, 2009년 한국과학기술원(KAIST) 연구원들이 최초의 상용 동적 무선 충전 시스템인 온라인 전기 자동차(OLEV)를 개발했다.[34] 이 시스템은 도로 표면 아래의 유도 레일이나 코일에서 전력을 공급받는다.[35][36] 그러나 높은 비용[37]과 낮은 효율[41] 때문에 상용화에 어려움을 겪었다. 2021년 현재 Vedecom,[38] Magment, Electreon, IPT 등에서 동적 유도 코일 충전 기술을 개발하고 있다.[39] IPT는 코일 대신 유도 레일을 사용하는 시스템도 개발 중인데, IPT CEO는 코일을 사용하는 현재 표준이 동적 충전에 "극히 비싸다"고 언급했다.[40] 국제자동차기술자협회(SAE International)는 2023년에 동적 무선 전력 전송 표준 개발을 시작했다.[32]

무선 충전 시스템은 코일 하나가 차량 하부에 부착되고 다른 하나는 차고 바닥에 고정되는 방식이다.[44] 무선 충전은 노출된 도체가 없어 감전 가능성이 없다는 장점이 있지만, 인터록, 특수 커넥터, RCD(접지 결함 차단기)를 사용하면 도전성 결합 방식도 거의 동일한 수준의 안전성을 확보할 수 있다. 1998년 도요타는 무선 충전의 전체적인 비용 차이가 미미하다고 주장했지만, 포드는 도전성 충전이 더 비용 효율적이라고 주장했다.[45]

2010년부터 자동차 제조업체들은 무선 충전에 관심을 보였고, 소비자 기술 협회는 충전기 상호 운용성을 위한 표준을 설정하기 위한 그룹을 출범시켰다. 제너럴 모터스 임원은 표준화 노력을 주도하고 있으며, 도요타와 포드 관리자들도 이 기술에 관심을 표명했다.[46] 그러나 다임러의 허버트 콜러 교수는 전기 자동차 무선 충전이 최소 15년은 더 걸릴 것이며, 안전성에 대한 추가 조사가 필요하다고 언급했다. 예를 들어, 심장 박동기를 착용한 사람이 차량 안에 있을 때 어떤 일이 발생하는지, 그리고 무선 충전 수신부와 충전 시설 간의 정확한 정렬이 필요하다는 점을 지적했다.[47]

2011년 런던 시장 보리스 존슨(Boris Johnson)과 퀄컴(Qualcomm)은 2012년 쇼어디치(Shoreditch)에 무선 충전 지점 13개와 전기 자동차 50대를 시험 운영한다고 발표했다.[48][49] 2014년 유타 대학교(University of Utah)는 유도 충전판을 사용하는 전기 버스를 추가했고,[50] UTA는 2018년에 유사한 버스를 도입할 계획이었다.[51] 2012년 네덜란드 유트레흐트(Utrecht)에서 3대의 버스에 무선 충전이 도입되었고,[52] 2015년 영국 밀턴케인즈에 8대의 전기 버스가 도입되어 도로에서 유도 충전을 통해 야간 충전 시간을 연장했다. 이후 브리스톨, 런던, 마드리드에서도 유사한 버스 노선이 운영되었다.

현재 무선 충전 차선과 같은 미리 정의된 경로를 통해 차량의 배터리 주행거리를 연장하는 기술이 연구되고 있다.[53] 그러나 현재 도로를 운행하는 차량 중 극소수만이 이 혜택을 누릴 수 있어 인프라 구축 비용이 높고, 각 차량이 소비하는 전력을 추적하는 문제도 있어 상용화가 어렵다.[53] 하지만 충전 매트에 주차하는 동안 무선으로 충전하는 상업적 단계가 이미 진행 중이다.[53] 다만, 두 충전 표면 사이에 발생하는 열 문제로 인해 테슬라, 도요타, BMW 등 주요 전기 자동차 제조업체들이 새로운 열 분산 방법을 설계하고 있다.[54]

5. 3. 기타 응용

무선 충전은 의료 기기, 산업 현장 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

  • 의료 분야:
  • 인공 심장 및 기타 수술적으로 이식된 장치에 피부를 통한 에너지 전달(TET) 시스템을 통해 전력을 공급한다.[28][29]
  • 피부 아래에 위치한 이식물과 센서를 장기간 충전할 수 있어, 환자의 안전성을 높이고 장기간 관찰 및 모니터링을 가능하게 한다.[72]
  • 유연한 재료에 무선 전력 전송 안테나를 인쇄하여 환자 상태를 모니터링하는 피부 아래 기기의 수명을 연장할 수 있다.[72]

  • 산업 현장 및 기타 응용:
  • 2012년 러시아 사설 박물관인 그랜드 마켓 로시야는 전시된 모형 자동차에 유도 충전 기능을 선보였다.
  • 에프콧(EPCOT) 유니버스 오브 에너지에는 전시물을 통해 승객/관람객을 이동시키는 움직이는 극장식 "좌석"이 설치되어 있으며, 정지 상태일 때 유도 방식으로 충전된다.[55]
  • 1997년 컨덕티크스 왐플러(Conductix Wampler)는 독일에서 무선 충전을 시작했고, 2002년에는 토리노에서 60kW 충전으로 20대의 버스가 운행을 시작했다.
  • 볼보 그룹(Volvo Group)은 2022년부터 3년간의 시범 사업을 통해 택시 정류장에서 전기 택시의 무선 충전을 진행할 예정이다.[67]
  • 노르웨이 오슬로에는 무선 충전 택시 차량이 출시될 예정이며, 공진 유도 결합(resonant inductive coupling)을 사용한다.[69]
  • 2022년 2월 3일, 현대자동차그룹(Hyundai Motor Group)은 자기 유도 원리를 이용한 전기 자동차용 무선 충전 시스템을 개발했으며, 제네시스(Genesis Motor) EV 충전소에서 시험적으로 적용되었다.[70][71]

6. 장점 및 단점

유도 충전(왼쪽 이미지)은 케이블을 사용하는 것보다 더 많은 폐열을 발생시킨다.


무선 충전은 편리함, 내구성, 안전성 등의 장점과 효율성, 비용, 호환성 등의 단점을 가진다.

'''장점'''

  • '''보호된 연결''': 전자 장치가 밀폐되어 대기 중의 물이나 산소로부터 격리되므로 부식이 발생하지 않는다. 연결이 자주 끊어지거나 연결되는 경우 절연 고장으로 인한 단락과 같은 전기적 결함의 위험이 줄어든다.
  • '''감염 위험 감소''': 이식형 의료 기기의 경우 피부를 통과하는 자기장을 통해 전력을 전송하므로 피부를 관통하는 전선과 관련된 감염 위험을 피할 수 있다.[5]
  • '''내구성''': 기기를 계속해서 꽂고 뽑을 필요가 없으므로 기기 소켓과 연결 케이블의 마모가 상당히 줄어든다.
  • '''편의성 및 미적 품질 향상'''.
  • 전기 자동차의 자동 고출력 유도 충전을 통해 더 자주 충전할 수 있으며, 결과적으로 주행 거리가 연장된다.
  • 유도 충전 시스템은 사람이 꽂고 뽑는 작업 없이 자동으로 작동될 수 있어 신뢰성이 향상된다.
  • 도로에서의 유도 충전 자동 작동은 이론적으로 차량이 무기한으로 주행할 수 있게 한다.[6]


'''단점'''

  • '''느린 충전''': 낮은 효율로 인해 공급 전력량이 동일한 경우 충전 시간이 15% 더 오래 걸린다.[7]
  • '''높은 비용''': 유도 충전에는 장치와 충전기 모두에 구동 전자 장치와 코일이 필요하여 제조 복잡성과 비용이 증가한다.[8][9]
  • '''불편함''': 휴대 기기를 케이블에 연결하면 제한된 범위 내에서 이동시키고 충전 중에 작동할 수 있다. 대부분의 유도 충전 방식에서는 휴대 기기를 충전을 위해 패드에 놓아 두어야 하므로 충전 중에 이동하거나 쉽게 작동할 수 없다. 일부 표준에서는 거리에서 충전을 유지할 수 있지만, 송신기와 수신기 사이에 아무것도 없을 때만 가능하다.
  • '''호환성 문제''': 모든 기기가 서로 다른 유도 충전기와 호환되는 것은 아니다. 그러나 일부 기기는 여러 표준을 지원하기 시작했다.


'''기타'''

  • 비효율성은 더 긴 충전 시간 외에도 다른 비용을 발생시킨다. 유도 충전기는 유선 충전기보다 더 많은 폐열을 발생시켜 배터리 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[10] 2020년에 실시된 에너지 사용 분석(Pixel 4)에 따르면, 0에서 100%까지 유선 충전하는 데 14.26Wh가 소모된 반면, 무선 충전 스탠드는 19.8Wh를 사용하여 39% 증가했다. 무명 브랜드 무선 충전 패드를 사용하고 휴대전화를 잘못 정렬하면 소비량이 최대 25.62Wh로 증가하여 80% 증가했다. 이 분석에서는 이것이 개인에게는 눈에 띄지 않을 가능성이 높지만 스마트폰 무선 충전의 더 큰 채택에 부정적인 영향을 미칠 것이라고 언급했다.[11]

  • 최신 방식은 초박형 코일, 고주파 및 최적화된 구동 전자 장치를 사용하여 전송 손실을 줄인다. 이를 통해 더 효율적이고 소형의 충전기와 수신기를 제작하여 최소한의 변경으로 휴대 기기 또는 배터리에 통합할 수 있다.[12][13] 이러한 기술은 유선 방식과 비슷한 충전 시간을 제공하며, 빠르게 휴대 기기에 도입되고 있다.

무선 충전기로 충전 중인 아이폰 X


유도 충전 패드에서 도이체 텔레콤 T Phone Pro 5G로의 무선 전력 전송

6. 1. 장점


  • 보호된 연결: 전자 장치가 밀폐되어 대기 중의 물이나 산소로부터 격리되므로 부식이 발생하지 않는다. 특히 연결이 자주 끊어지거나 연결되는 경우 절연 고장으로 인한 단락과 같은 전기적 결함의 위험이 줄어든다.
  • 감염 위험 감소: 이식형 의료 기기의 경우 피부를 통과하는 자기장을 통해 전력을 전송하므로 피부를 관통하는 전선과 관련된 감염 위험을 피할 수 있다.[5]
  • 내구성: 기기를 계속해서 꽂고 뽑을 필요가 없으므로 기기 소켓과 연결 케이블의 마모가 상당히 줄어든다.
  • 편의성 및 미적 품질 향상.
  • 전기 자동차의 자동 고출력 유도 충전을 통해 더 자주 충전할 수 있으며, 결과적으로 주행 거리가 연장된다.
  • 유도 충전 시스템은 사람이 꽂고 뽑는 작업 없이 자동으로 작동될 수 있다. 이로 인해 신뢰성이 향상된다.
  • 도로에서의 유도 충전 자동 작동은 이론적으로 차량이 무기한으로 주행할 수 있게 한다.[6]


6. 2. 단점


  • 느린 충전: 낮은 효율로 인해 공급 전력량이 동일한 경우 충전 시간이 15% 더 오래 걸린다.[7]
  • 높은 비용: 유도 충전에는 장치와 충전기 모두에 구동 전자 장치와 코일이 필요하여 제조의 복잡성과 비용이 증가한다.[8][9]
  • 불편함: 휴대 기기를 케이블에 연결하면 제한된 범위 내에서 이동시키고 충전 중에 작동할 수 있다. 대부분의 유도 충전 방식에서는 휴대 기기를 충전을 위해 패드에 놓아 두어야 하므로 충전 중에 이동하거나 쉽게 작동할 수 없다. 일부 표준에서는 거리에서 충전을 유지할 수 있지만, 송신기와 수신기 사이에 아무것도 없을 때만 가능하다.
  • 호환성 문제: 모든 기기가 서로 다른 유도 충전기와 호환되는 것은 아니다. 그러나 일부 기기는 여러 표준을 지원하기 시작했다.


비효율성은 더 긴 충전 시간 외에도 다른 비용을 발생시킨다. 유도 충전기는 유선 충전기보다 더 많은 폐열을 발생시켜 배터리 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[10] 아마추어가 2020년에 실시한 에너지 사용 분석(Pixel 4)에 따르면, 0에서 100%까지 유선 충전하는 데 14.26Wh가 소모된 반면, 무선 충전 스탠드는 19.8Wh를 사용하여 39% 증가했다. 무명 브랜드 무선 충전 패드를 사용하고 휴대전화를 잘못 정렬하면 소비량이 최대 25.62Wh로 증가하여 80% 증가했다. 이 분석에서는 이것이 개인에게는 눈에 띄지 않을 가능성이 높지만 스마트폰 무선 충전의 더 큰 채택에 부정적인 영향을 미칠 것이라고 언급했다.[11]

최신 방식은 초박형 코일, 고주파 및 최적화된 구동 전자 장치를 사용하여 전송 손실을 줄인다. 이를 통해 더 효율적이고 소형의 충전기와 수신기를 제작하여 최소한의 변경으로 휴대 기기 또는 배터리에 통합할 수 있다.[12][13] 이러한 기술은 유선 방식과 비슷한 충전 시간을 제공하며, 빠르게 휴대 기기에 도입되고 있다.

7. 안전성

고출력 유도 충전 장치가 증가함에 따라, 연구자들은 더 큰 인덕터 코일에서 발생하는 전자기장(EMF)의 안전성에 대한 연구를 진행하고 있다. 최근 전기 자동차를 이용한 고출력 유도 충전 확대에 대한 관심이 높아짐에 따라 건강 및 안전에 대한 우려가 커지고 있다. 더 넓은 범위를 커버하기 위해서는 더 큰 인덕터 코일이 필요하다. 이 크기의 도체를 사용하는 전기 자동차는 차량을 충전하기 위해 400V 배터리에서 약 300kW의 전력이 필요하다. 이 정도의 전자기파에 사람의 피부가 노출되면 적절한 조건을 충족하지 않을 경우 유해할 수 있다. 송신기 코일이 신체에 매우 가까이 있어도 노출 한계를 만족시킬 수 있다.[14]

저주파 전자기장에 노출되었을 때 장기에 미치는 영향에 대한 테스트가 수행되었다. 다양한 주파수에 노출되면 어지러움, 섬광, 신경 저림을 경험할 수 있다. 더 높은 범위에서는 피부의 열이나 화상을 경험할 수도 있다. 대부분의 사람들은 일상생활에서 낮은 수준의 EMF에 노출된다. 이러한 주파수를 가장 일반적으로 경험하는 곳은 보통 머리맡에 있는 무선 충전기이다.[15]

8. 보안

무선 충전 시스템은 기기 사용자에 대한 위조나 변조를 통해 악용될 여지가 있다. 예를 들어 충전 비용을 부당하게 청구하거나 악성코드를 삽입하여 기기를 공격할 수 있다.[1]

8. 1. 충전 비용 악용

가정 내에서는 사용에 대한 정당한 인증이 이루어지지만, 외부 장소에서 충전할 때에는 인증 위조가 가능하여 충전 비용이 악용될 소지가 있다.

8. 2. 악성코드 감염

무선 충전 시 악성코드를 삽입하여 기기를 공격할 수 있으며, 이를 통해 도청, 가로채기, 프라이버시 침해 등의 위협이 존재한다.

9. 시장 동향 및 전망

무선 충전 기술은 휴대폰에 적용되면서부터 시장에서 주목을 받고 있다. 2012년부터 휴대폰 적용을 위한 제품이 개발되며 시장이 형성되었고, 2014년 이후 급격한 증가가 나타날 것으로 예측된다. 이를 통해 향후 10년간 74.1% 이상의 성장이 예상되고 있다.[19]

무선충전기 시장 증가 예측(신효순, 2014)


휴대폰 출하량 예측 및 무선충전 채택률(신효순, 2014)


많은 스마트폰 제조업체들이 이 기술을 자사 기기에 추가하기 시작했으며, 대부분 Qi 무선 충전 표준을 채택하고 있다. 애플과 삼성전자와 같은 주요 제조업체들은 Qi 기능을 갖춘 많은 모델의 휴대폰을 대량 생산하고 있다. Qi 표준의 인기는 다른 제조업체들로 하여금 이것을 자체 표준으로 채택하도록 이끌었다.[19] 스마트폰은 이 기술이 소비자의 가정으로 진입하는 원동력이 되었으며, 많은 가정용 기술들이 이 기술을 활용하도록 개발되었다.

삼성전자와 다른 회사들은 책상이나 테이블과 같은 전체 표면에 유도 충전 스테이션을 내장하는 "표면 충전"이라는 아이디어를 탐구하기 시작했다.[19] 반대로, 애플과 Anker는 독 기반 충전 플랫폼을 추진하고 있다. 여기에는 훨씬 더 작은 공간을 차지하는 충전 패드와 디스크가 포함된다. 이것은 공용 공간에 배치되어 기존 가정 인테리어와 조화를 이루는 소형 충전기를 원하는 소비자를 위해 고안되었다.[19] Qi 무선 충전 표준 채택으로 인해, Qi 기능이 있는 모든 휴대폰은 이러한 충전기와 호환된다.[19]

또 다른 개발은 ''역무선 충전''으로, 휴대폰이 자체 배터리를 다른 기기로 무선으로 방전할 수 있도록 하는 기술이다.[20]

참조

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