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충전소

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목차

1. 개요

충전소는 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위한 시설을 의미하며, 완속 및 급속 충전 방식으로 나뉜다. 완속 충전은 주로 가정이나 직장에서 사용되며, 급속 충전은 공공 장소에서 빠른 충전을 제공한다. 충전 방식은 국가별, 제조사별로 규격이 다르며, 한국은 CCS 방식으로 통합되는 추세이다. 전기차 보급 확대에 따라 충전소 설치가 증가하고 있으며, 정부 및 민간의 투자가 이루어지고 있다. 미국, 유럽, 중국 등에서도 충전소 설치가 활발하게 진행 중이다. 충전소 부족, 규격 혼재, 충전 속도, 아이싱 문제, 채산성 등의 문제점이 있으며, 스마트 그리드 연계, 무선 충전, 배터리 교환 등 관련 기술이 개발되고 있다.

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충전소
개요
역사
유형
위치
지불
과제 및 기회
표준

2. 충전 방식 및 규격

전기 자동차 충전 방식은 크게 완속 충전과 급속 충전으로 나뉜다. 충전 규격은 국가별, 제조사별로 다양하며, 대표적인 규격으로는 다음과 같은 것들이 있다.

충전소 및 차량 용어


2011년 유럽 자동차 제조 협회(ACEA)는 다음과 같은 용어를 정의했다:[1]

  • 소켓 아울렛: 차량에 충전 전력을 공급하는 전기차 충전 설비(EVSE)의 포트이다.
  • 플러그: EVSE의 소켓 아울렛과 연결되는 유연한 케이블의 끝부분이다. 북미에서는 케이블이 영구적으로 연결되어 있기 때문에 소켓 아울렛과 플러그를 사용하지 않는다.
  • 케이블: EVSE를 전기차와 연결하는 유연한 도체 묶음이다.
  • 커넥터: 차량 인렛과 연결되는 유연한 케이블의 끝부분이다.
  • 차량 인렛: 충전 전력을 받는 전기차의 포트이다.


테슬라는 여러 충전기가 있는 장소를 '충전소'라고 부르고, 개별 EVSE를 '커넥터'라고 부른다.[19]

자동차 기술자 협회(SAE International)는 SAE J1772의 일부로 북미에서 사용되는 전기차 충전 시스템에 대한 일반적인 물리적, 전기적, 통신 및 성능 요구 사항을 정의한다.[6] SAE J1772는 AC 및 DC 공급 각각에 대해 두 개씩, 총 네 가지 레벨의 충전을 정의한다. 레벨 간의 차이는 전력 분배 유형, 표준 및 최대 전력을 기반으로 한다.

국제전기기술위원회(IEC)는 충전을 ''모드''로 정의한다(IEC 61851-1):[8][9][10]

  • ''모드 1'': 일반적인 전기 소켓에서의 완속 충전 (단상 또는 삼상 AC)
  • ''모드 2'': 일반적인 AC 소켓에서 완속 충전이지만, 일부 EV 특정 보호 장치 포함 (예: Park & Charge 또는 PARVE 시스템)
  • ''모드 3'': 제어 및 보호 기능이 있는 특정 EV 다중 핀 소켓을 사용하는 완속 또는 급속 AC 충전 (예: SAE J1772 및 IEC 62196-2)
  • ''모드 4'': 특정 충전 인터페이스를 사용하는 DC 급속 충전 (예: IEC 62196-3, 예: CHAdeMO)


전력망과 "충전기"(전기 자동차 공급 장치) 사이의 연결은 세 가지 경우로 정의된다 (IEC 61851-1):

  • ''경우 A'': 주 전원에 연결된 모든 충전기 (주 전원 공급 케이블은 일반적으로 충전기에 부착됨), 일반적으로 모드 1 또는 2와 관련됨.
  • ''경우 B'': 공급 장치와 차량 모두에서 분리할 수 있는 주 전원 공급 케이블이 있는 차량 내 충전기 – 일반적으로 모드 3.
  • ''경우 C'': DC 전용 충전 스테이션. 주 전원 공급 케이블은 모드 4에서와 같이 충전 스테이션에 영구적으로 부착될 수 있다.


일반적인 커넥터로는 Type 1 (Yazaki), Type 2 (Mennekes), CCS Combo 1 및 2, CHAdeMO, 테슬라가 있다.[28][29][30]

CHAdeMO 표준은 닛산, 미쓰비시, 토요타가 선호하는 반면, SAE J1772 Combo 표준은 GM, 포드, 폭스바겐, BMW, 현대가 지지한다. 두 시스템 모두 약 20분 만에 80%까지 충전되지만 두 시스템은 호환되지 않는다.[33]

IEC 62196-2 및 -3에 나열된 커넥터 디자인
전원
공급		미국유럽 연합일본중국
1상 AC
(62196.2)

Type 1 (SAE J1772)

Type 2		--
Type 1 (SAE J1772)

Type 2(GB/T 20234.2)
3상 AC
(62196.2)		--
Type 2(SAE J3068)		colspan=2 #redirect
DC
(62196.3)

EE(CCS Combo 1)

FF(CCS Combo 2)

AA (CHAdeMO)

BB(GB/T 20234.3)

차오지(ChaoJi) (계획)



CCS DC 충전에는 전력선 통신 (PLC)이 필요하다. DC 전류를 공급하기 위해 Type 1 또는 Type 2 차량 인렛 및 충전 플러그 하단에 두 개의 커넥터가 추가된다. 이들은 일반적으로 Combo 1 또는 Combo 2 커넥터로 알려져 있다. 인렛 스타일의 선택은 일반적으로 국가별로 표준화되어 공공 충전기가 두 가지 변형이 있는 케이블을 장착할 필요가 없도록 한다. 일반적으로 북미에서는 Combo 1 스타일 차량 인렛을 사용하고, 나머지 대부분의 세계에서는 Combo 2를 사용한다.

대한민국에서는 다양한 충전 규격이 혼재되어 사용되어 왔으나, 최근에는 CCS 방식으로 통합되는 추세이다.

국가별 주요 충전 규격은 다음과 같다.

국가충전 규격
일본테슬라 슈퍼차저, CHAdeMO
중국테슬라 슈퍼차저, GB/T
유럽테슬라 슈퍼차저, CCS2 (완속 충전에 Mennekes 규격)
북미테슬라 슈퍼차저, CCS1 (완속 충전에 SAE J1772)



차오지(ChaoJi)를 통해 CHAdeMO와 GB/T, CCS1/2의 통합을 모색하고 있지만, 실용화되지 못하고 있으며, 북미에서는 테슬라 슈퍼차저를 NACS로 표준화하는 방향으로 조정하고 있다. 또한, 유럽과 미국에서는 CHAdeMO 규격이 도태되는 방향으로 가고 있어, 규격 통일은 난항을 겪고 있다.

2. 1. 완속 충전

배터리는 직류(DC) 전원으로 충전된다. 그러나 전력망에서는 교류(AC) 전원이 공급되므로, 전기 자동차(EV)에는 AC-DC 컨버터가 내장되어 있다. 충전 케이블은 전력망에서 AC 전원을 공급하고, 차량은 이를 DC로 변환하여 배터리를 충전한다. 대부분의 전기차에 내장된 컨버터는 일반적으로 최대 6–7kW의 충전 속도를 지원하며, 이는 하룻밤 충전에 충분하다.[50] 이를 "AC 충전"이라고 한다.

완속 충전은 주로 가정이나 직장 등에서 장시간 주차 시 사용되는 충전 방식이다.

  • AC 단상 (교류): 일반적인 가정용 콘센트(220V)를 사용하며, 완전 충전까지 8-12시간 정도 소요된다.
  • AC 3상 (교류): 보다 높은 전력(예: 7kW, 11kW, 22kW)으로 충전 가능하며, 충전 시간을 단축할 수 있다.


전기 자동차 충전의 80% 이상이 차고와 같은 가정에서 이루어진다.[94]

더 빠른 충전의 필요성을 해결하기 위해, 레벨 2 충전소가 더 널리 사용되고 있다. 이 충전소는 240볼트에서 작동하며, 시간당 최대 약 48.28km 이상의 주행 거리를 제공하여 충전 속도를 상당히 증가시킬 수 있다. 레벨 2 충전기는 특히 일일 주행 거리가 많은 전기차 소유자에게 더 실용적인 솔루션을 제공한다.

충전소는 두 가지 주요 방법으로 설치할 수 있다. 주 배전반에 직접 연결하거나 240볼트 콘센트에 연결된 코드와 플러그를 통해 설치하는 것이다. 후자의 경우, NEMA 14-50 콘센트가 인기 있는 선택이다. 이 유형의 콘센트는 240볼트를 제공하며, 50암페어 회로에 연결될 때 북미 전기 규정에 따라 40암페어에서 충전을 지원할 수 있다. 이는 최대 9.6킬로와트의 전력 공급으로 이어지며,[95] 더 빠르고 효율적인 충전 경험을 제공한다.

다음은 2020년형 테슬라 모델 S 롱 레인지에 대한 EPA 기준 (111MPGe / 188Wh/km)으로 주행 거리 충전 시간을 나타낸 표이다.[51]

2020년형 테슬라 모델 S 롱 레인지 충전 시간[51]
구성전압전류전력충전 시간비고
단상 교류120V12A1.44kW13시간미국/캐나다 표준 120V 15A 회로에서 사용 가능한 최대 연속 전력
단상 교류230V16A3.68kW5.1시간16A 정격 회로의 CEE 7/3 ("슈코") 콘센트에서 사용 가능한 최대 연속 전력
단상 교류240V30A7.20kW2.6시간ChargePoint CT4000과 같이 북미에서 사용되는 공공 AC 충전소의 일반적인 최대 제한
삼상 교류400V16A11.0kW1.7시간유럽 16A 삼상 AC 충전소의 최대 제한
삼상 교류400V32A22.1kW51분유럽 32A 삼상 AC 충전소의 최대 제한



NEMA 14-50 240볼트 50암페어


자택 등의 단상 200 V나 100 V 급전(전력)을 이용한 완속 충전은 충전을 위해 배려된 가정용 콘센트로 할 수 있다. 설비 비용이 저렴한 대신 충전에는 10~20시간 정도(PHV의 경우 1시간 반 ~ 3시간 정도)가 걸린다.

2. 2. 급속 충전

IEC /CHAdeMO(왼쪽); CCS (중간); IEC 아울렛(오른쪽)


급속 충전소의 예(지하)


급속 충전은 주로 고속도로 휴게소, 공공기관, 상업시설 등 공공 충전소에서 사용되는 충전 방식이다.

  • DC (직류): 차량 내부의 AC-DC 컨버터를 거치지 않고, 직류 전원을 직접 배터리에 공급하여 빠른 충전이 가능하다.
  • CHAdeMO(차데모): 일본의 닛산, 미쓰비시 등이 주도하는 급속 충전 규격으로, 최대 62.5kW까지 지원한다.
  • CCS (Combined Charging System, 콤보): 미국과 유럽 자동차 제조사들이 주도하는 규격으로, 완속 충전과 급속 충전을 하나의 커넥터로 통합한 방식이다. CCS1 (미국)과 CCS2 (유럽) 두 가지 타입이 있다.
  • NACS (North American Charging Standard, 북미 충전 표준): 테슬라가 개발한 독자 규격이었으나, 2022년 사양 공개 이후 북미 표준으로 채택되는 추세이다.
  • GB/T: 중국의 급속 충전 규격이다.


배터리는 DC 전원으로 충전된다. 전력망에서 공급되는 AC 전원으로 충전하기 위해, 전기차(EV)에는 차량 내부에 작은 AC-DC 컨버터가 내장되어 있다. 충전 케이블은 전력망에서 직접 AC 전원을 공급하며, 차량은 이 전원을 내부적으로 DC로 변환하여 배터리를 충전한다. 대부분 전기차에 내장된 컨버터는 일반적으로 최대 6–7kW의 충전 속도를 지원하며, 이는 하룻밤 충전에 충분하다.[50] 이것을 "AC 충전"이라고 한다. 전기차의 빠른 재충전을 위해서는 훨씬 더 높은 전력(50–100+kW)이 필요하다. 이것은 차량에 통합하기에는 실용적이지 않은 훨씬 더 큰 AC-DC 컨버터를 필요로 한다. 대신, AC-DC 변환은 충전소에서 수행되며 DC 전원이 차량에 직접 공급되어 내장된 컨버터를 우회한다. 이것을 DC 급속 충전이라고 한다.

CHAdeMO 표준은 닛산, 미쓰비시, 토요타가 선호하는 반면, SAE J1772 Combo 표준은 GM, 포드, 폭스바겐, BMW, 현대가 지지한다. 두 시스템 모두 약 20분 만에 80%까지 충전되지만 두 시스템은 호환되지 않는다.[33]

국가별로 충전 규격이 난립하고 있다.

  • 일본: 테슬라 슈퍼차저, CHAdeMO
  • 중국: 테슬라 슈퍼차저, GB/T
  • 유럽: 테슬라 슈퍼차저, CCS2 (완속 충전에 Mennekes 규격)
  • 북미: 테슬라 슈퍼차저, CCS1 (완속 충전에 SAE J1772)


CHAdeMO의 차세대 규격인 차오지(ChaoJi)를 통해 CHAdeMO와 GB/T, CCS1/2의 통합을 모색하고 있지만, 실용화되지 못하고 있으며, 북미에서는 테슬라 슈퍼차저를 NACS로 표준화하는 방향으로 조정하고 있다. 또한, 유럽과 미국에서는 CHAdeMO 규격이 도태되는 방향으로 가고 있어, 규격 통일은 난항을 겪고 있다.

2. 3. 규격 혼재와 통합 노력

대한민국에서는 CHAdeMO, CCS, AC 3상 등 다양한 규격이 혼재되어 사용되어 왔으나, 최근에는 CCS 방식으로 통합되는 추세이다. 일본에서는 CHAdeMO가 주류를 이루고 있으나, 국제적인 흐름에 따라 CCS와의 호환성 확보 노력이 이루어지고 있다. 차세대 충전 규격으로 CHAdeMO와 중국의 GB/T가 통합된 ChaoJi 규격이 개발 중이다.[102]

국가별 충전 규격은 다음과 같다.

국가충전 규격
일본테슬라 슈퍼차저, CHAdeMO
중국테슬라 슈퍼차저, GB/T
유럽테슬라 슈퍼차저, CCS2 (완속 충전에 Mennekes 규격)
북미테슬라 슈퍼차저, CCS1 (완속 충전에 SAE J1772)



CHAdeMO의 차세대 규격인 ChaoJi를 통해 CHAdeMO와 GB/T, CCS1/2의 통합을 모색하고 있지만, 실용화되지 못하고 있으며, 북미에서는 테슬라 슈퍼차저를 NACS로 표준화하는 방향으로 조정하고 있다. 또한, 유럽과 미국에서는 CHAdeMO 규격이 도태되는 방향으로 가고 있어, 규격 통일은 난항을 겪고 있다.

3. 충전소 설치 현황 및 정책

프레드 마이어 주차장


장거리 운전에는 공공 충전소 네트워크가 필요하며, 다세대 주택 등 가정용 충전소 이용이 어려운 경우에도 필수적이다. 충전 비용은 국가, 전력 공급업체, 전력원에 따라 다르다. 분당 요금을 부과하거나, 받은 에너지 양(kWh)에 따라 요금을 부과하는 방식이 있다. 미국 일부 주에서는 kWh 단위 충전을 금지하기도 했다.[52]

충전소는 기존 전력망을 활용할 수 있어, 새로운 연료 공급 인프라 구축보다 부담이 적을 수 있다.[53][54] 공공 기관, 상업 기업, 주요 고용주 등이 다양한 충전소 옵션을 제공한다. 도로변 충전 기둥, 덮개가 있는 주차 공간용 충전 캐비닛, 전력 분배 장비와 통합된 완전 자동 충전소 등이 있다.[55]

2012년 12월 기준, 미국, 유럽, 일본 및 중국에 약 50,000개의 비주거용 충전 지점이 설치되었다.[56] 일본은 같은 시기 1,381개의 공공 급속 충전소를 보유하여 세계 최대 규모였으나, 완속 충전기는 약 300개에 불과했다.[56] 중국은 약 800개의 공공 완속 충전소를 보유했지만, 급속 충전소는 없었다.[56] 2013년 12월, 에스토니아는 전국 고속도로에 최대 40km에서 60km 간격으로 165개의 급속 충전기를 설치하여 전국적인 전기차 충전 네트워크를 구축했다.[67][68][69]

2020년대 들어 세계적으로 전기 자동차 전환이 가속화되면서 충전 인프라 확충이 진행되고 있다. 유럽은 350kW급 급속 충전에 대응하며 대규모 확장을 진행 중이다. 그러나 일본은 이러한 움직임이 더뎌, 20~50kW급 급속 충전 인프라가 주류를 이루고 있으며, 스테이션당 충전기 수도 1~2대에 불과하다. 일본에서 급속 충전 인프라 확대가 어려운 이유 중 하나는 전기 사업법 규제 때문이다. 50kW 이상 수전 설비는 고압 설비로 분류되어 전기 주임 기술자 선임이 필요하다. 이 때문에 대형 상업 시설도 변압기 용량에 여유가 없으면 설치가 어려운 경우가 있다.

3. 1. 대한민국

대한민국 정부는 전기차 보급 확대를 위해 공공 충전 인프라 구축에 적극적으로 투자하고 있다. 환경부, 산업통상자원부 등 정부 부처 주도로 고속도로 휴게소, 공영 주차장 등에 공공 급속 충전기를 설치하고 있다. 한국전력공사, 현대자동차, GS칼텍스 등 민간 사업자의 충전소 설치 및 운영 참여도 확대되고 있다. 공동주택(아파트) 내 충전 시설 설치 의무화, 충전 방해 행위 금지 등 관련 법규 및 제도가 정비되고 있다. 더불어민주당은 전기차 충전 인프라 확충을 주요 정책 과제로 삼고, 관련 예산 확보 및 제도 개선에 적극적으로 나서고 있다.

3. 2. 해외

, 미국, 유럽, 일본 및 중국에 약 50,000개의 비주거용 충전 지점이 배치되었다.[56] 2014년 8월 기준, 약 3,869개의 CHAdeMO 급속 충전기가 배치되었으며, 일본에 1,978개, 유럽에 1,181개, 미국에 686개, 기타 국가에 24개가 배치되었다.[57]

2023년 5월 현재 전 세계적으로 390만 개 이상의 공공 EV 충전 지점이 있으며, 유럽이 60만 개 이상, 중국이 270만 개 이상으로 선두를 달리고 있다.[59]

; 미국

: 2021년 12월 현재 미국과 캐나다의 공공 및 개인 EV 충전소는 총 57,000개 이상이었다.[58] 2023년 1월 S&P Global Mobility는 미국에 약 126,500개의 레벨 2 및 20,431개의 레벨 3 충전소와 16,822개의 테슬라 슈퍼차저 및 테슬라 목적지 충전기가 있다고 추정했다.[60]

: 2023년 10월 기준으로 미국과 캐나다에는 레벨 1, 레벨 2 및 DC 급속 충전소를 포함하여 69,222개의 충전소가 있다.[76] 이 중 CHAdeMO 커넥터가 있는 곳은 6,502개, SAE CCS1 커넥터가 있는 곳은 7,480개, 테슬라 NACS 커넥터가 있는 곳은 7,171개이다.[76]

: 2018년 8월 기준 미국에는 80만 대의 전기 자동차와 18,000개의 충전소가 운영되었으며,[77] 이는 2013년의 5,678개의 공공 충전소와 16,256개의 공공 충전 지점에서 증가한 수치이다.[78][79] 2020년 7월까지 테슬라는 1,971개의 충전소(17,467개의 플러그)를 설치했다.[80]

: 2022년 6월, 미국 조 바이든 대통령은 2030년까지 미국 내에서 EV 브랜드, 충전 회사 또는 위치에 관계없이 50만 개의 전기 자동차 충전소로 구성된 표준화된 전국 네트워크를 구축하는 계획을 발표했다.[84] 미국은 주요 고속도로와 회랑을 따라 충전소를 건설하기 위해 국립 전기 자동차 인프라(NEVI) 공식 프로그램을 통해 2022년에서 2026년 사이에 50억 달러를 주 정부에 제공할 것이다.[85] Greenlane이라는 제안된 회랑 중 하나는 캘리포니아주 로스앤젤레스와 네바다주 라스베이거스 사이에 충전 인프라를 구축할 계획이다.[86] 그러나 2023년 12월까지 충전소는 건설되지 않았다.[87]

; 유럽

: 2012년 11월 기준, 유럽에는 약 15,000개의 충전소가 설치되었다.[70]

: 2013년 3월 기준, 노르웨이에는 4,029개의 충전 지점과 127개의 DC 급속 충전소가 있었다.[71]

: 네덜란드 정부는 환경 지속 가능성에 대한 약속의 일환으로 2015년까지 전국에 200개 이상의 급속 (DC) 충전소를 설치하는 계획을 시작했다. 이 계획은 ABB와 네덜란드 스타트업 Fastned가 진행하며, 네덜란드 1,600만 명의 거주자를 위해 최소 50km마다 한 개의 충전소를 제공하는 것을 목표로 한다.[72] 이 외에도, E-laad 재단은 2009년 이후 약 3,000개의 공공 (느린) 충전 지점을 설치했다.[73]

: 영국 정부는 전기 충전 차량으로의 완전한 전환을 위해 2035년까지 새로운 휘발유 및 디젤 차량 판매를 금지할 것이라고 선언했다.[75]

; 아시아

: 2013년 9월 기준, 호주에서 가장 큰 공공 충전 네트워크는 퍼스와 멜버른의 수도에 위치해 있으며, 두 도시 모두 약 30개의 스테이션(7kW AC)이 설치되어 있었다. 다른 수도에도 더 작은 규모의 네트워크가 존재한다.[61]

: 인도에서는 여러 인도 기업이 전국적으로 EV 충전 인프라를 적극적으로 개발하고 관리하고 있다.

기업설명
타타 파워 EZ 차지[62]전국적으로 5,500개 이상의 EV 충전소를 보유한 공급업체로, 공공 및 개인 충전 요구 사항을 모두 지원한다.
애더 에너지[63]전기 스쿠터로 유명한 애더는 다양한 도시에 급속 충전 지점 네트워크인 애더 그리드를 구축하여 공공 충전 요구 사항을 충족시킨다.
스타티크[64]2024년 말까지 25,000개 이상의 EV 충전소 설치를 목표로 공공 및 민간 부문에 집중하는 신흥 기업이다.
볼트.어스[65]1,500개 이상의 도시에 35,000개 이상의 충전 지점을 갖춘 인도 최대의 EV 충전 네트워크를 운영하며, 다수의 활성 EV 사용자를 지원한다.
chargeMOD[66]스테이션 찾기, 세션 예약 및 결제 관리를 위한 앱과 함께 다양한 AC 및 DC 급속 충전기를 제공하여 공공 및 개인 충전을 용이하게 한다.



; 아프리카

:

BMW 전기 무선 자동차 충전기, 요하네스버그, 남아프리카 공화국


: 남아프리카 공화국에 본사를 둔 ElectroSA와 BMW, 닛산, 재규어를 포함한 자동차 제조업체들은 현재까지 전국에 80개의 전기 자동차 충전기를 설치했다.[88]

; 남아메리카

: 2017년 4월, 아르헨티나 국영 석유 회사인 YPF는 자국 내 110개 주유소에 전기차 급속 충전소 220기를 설치할 것이라고 발표했다.[89]

4. 충전소의 문제점 및 개선 과제

전기차 충전소는 여러 문제점을 안고 있으며, 이를 해결하기 위한 노력이 필요하다.
주요 문제점


  • 부족 및 지역 불균형: 전기차 보급 속도에 비해 충전소 설치가 더디고, 지역별 편차가 심해 사용자 불편을 초래한다.
  • 충전 규격 혼재: 다양한 충전 규격이 혼재되어 사용자 혼란과 충전소 운영 효율성 저하를 야기한다.
  • 충전 속도: 급속 충전 기술 발전에도 불구, 내연기관차 주유 시간보다 긴 충전 시간은 여전히 단점으로 지적된다. 충전 시간은 배터리 용량, 전력 밀도, 충전 전력에 따라 달라지며,[43] 빠른 충전은 전력망에 부담을 줄 수 있다.[44]
  • 아이싱(ICE-ing): 충전 구역에 일반 내연기관차(ICE)가 주차하거나, 충전 완료된 전기차가 장시간 점거하는 현상이다. 원인은 다음과 같다.
  • 주차장 및 충전 공간 설계 문제 (위치, 공간 부족 등)
  • 의도적인 방해 (EV에 대한 반감)
  • 사용자 의식 부족 (충전 완료 후 장시간 점거)


이에 대한 대책으로 테슬라 슈퍼차저는 완충 후 일정 시간 이상 점거 시 초과 요금을 징수한다.

  • 채산성 문제: 낮은 수익성으로 민간 사업자의 적극적인 투자가 어렵다. 충전 사업은 전기사업법상 사업 및 요금 규제 대상이 아니며,[147] 사업자가 자유롭게 과금 체계 및 가격을 설정할 수 있다. 그러나 에너지 보충 시간, 초기 투자 비용, 충전지 수명 단축 등으로 수익성 확보가 쉽지 않다.
  • 스마트 그리드 연계 문제: 대규모 전기차 보급 시 충전 및 방전에 따른 배전망 과부하가 우려된다.
  • 안전 문제: 축전기 사용 충전소는 대전류로 인한 감전 사고 위험이 높다.
  • 인식 차이: 전기차는 주로 야간 자택 등에서 완속 충전하고, 급속 충전은 장거리 운전 시 사용한다. 그러나 이러한 운용 방식에 대한 이해 부족으로 충전소 설치 및 이용에 혼선이 발생한다.

5. 관련 기술

충전 기술의 상호 운용성을 위해 여러 표준이 제정되었다. 명명법, 전력, 커넥터에 대한 표준이 있으며, 테슬라는 이 분야에서 독점 기술을 개발하여 2012년에 자체 충전 네트워크 구축을 시작했다.[102]

2011년 유럽 자동차 제조 협회(ACEA)는 다음과 같은 용어를 정의했다.[1]


  • 소켓 아울렛: 차량에 충전 전력을 공급하는 전기차 충전 설비(EVSE)의 포트
  • 플러그: EVSE의 소켓 아울렛과 연결되는 유연한 케이블의 끝부분 (북미에서는 케이블이 영구 연결되어 소켓 아울렛과 플러그를 사용하지 않음)
  • 케이블: EVSE를 전기차와 연결하는 유연한 도체 묶음
  • 커넥터: 차량 인렛과 연결되는 유연한 케이블의 끝부분
  • 차량 인렛: 충전 전력을 받는 전기차의 포트


테슬라는 여러 충전기가 있는 장소를 '충전소'라고 부르고, 개별 EVSE를 '커넥터'라고 부른다.[19]

자동차 기술자 협회(SAE International)는 SAE J1772 표준을 통해 북미에서 사용되는 전기차 충전 시스템에 대한 일반적인 물리적, 전기적, 통신 및 성능 요구 사항을 정의한다.[6] SAE J1772는 AC 및 DC 공급 각각에 대해 두 개의 레벨로, 총 충전의 네 가지 레벨을 정의한다. 레벨 간의 차이는 전력 분배 유형, 표준 및 최대 전력을 기반으로 한다. 2003년, 국제전기기술위원회(IEC)는 국제적 구현을 위해 SAE J1772 표준의 다수를 IEC 62196-1로 채택했다.

IEC 61851-1 모드[8][9][10]
모드유형최대 공급
전류(A)전압(V)전력(kW)
11Φ AC162504
3Φ AC1648011
21Φ AC322507.4
3Φ AC3248022
31Φ AC6325014.5
3Φ AC6348043.5
4DC20040080



IEC는 충전을 ''모드''로 정의한다(IEC 61851-1):


  • ''모드 1'': 일반적인 전기 소켓에서의 완속 충전 (단상 또는 삼상 AC)
  • ''모드 2'': 일반적인 AC 소켓에서 완속 충전, EV 특정 보호 장치 포함 (예: Park & Charge)
  • ''모드 3'': 제어 및 보호 기능이 있는 특정 EV 다중 핀 소켓을 사용하는 완속 또는 급속 AC 충전 (예: SAE J1772 및 IEC 62196-2)
  • ''모드 4'': 특정 충전 인터페이스를 사용하는 DC 급속 충전 (예: IEC 62196-3, 예: CHAdeMO)


전력망과 "충전기"(전기 자동차 공급 장치) 사이의 연결은 세 가지 경우로 정의된다 (IEC 61851-1):

  • ''경우 A:'': 주 전원에 연결된 모든 충전기 (주 전원 공급 케이블은 일반적으로 충전기에 부착됨), 모드 1 또는 2와 관련됨.
  • ''경우 B:'': 공급 장치와 차량 모두에서 분리할 수 있는 주 전원 공급 케이블이 있는 차량 내 충전기 – 모드 3.
  • ''경우 C:'': DC 전용 충전 스테이션. 주 전원 공급 케이블은 모드 4에서와 같이 충전 스테이션에 영구적으로 부착될 수 있다.


일반적인 커넥터로는 Type 1 (Yazaki), Type 2 (Mennekes), CCS Combo 1 및 2, CHAdeMO, 테슬라가 있다.[28][29][30] 많은 표준 플러그 유형은 IEC 62196-2(AC 전원 공급용) 및 62196-3(DC 전원 공급용)에 정의되어 있다.

IEC 62196-2 및 -3에 나열된 커넥터 디자인
전원
공급		미국유럽 연합일본중국
1상 AC
(62196.2)
Type 1 (SAE J1772)
Type 2		--
Type 1 (SAE J1772)
Type 2(GB/T 20234.2)
3상 AC
(62196.2)		--
Type 2(SAE J3068)		colspan=2 style="background:#f2f2f2;" |
DC
(62196.3)
EE(CCS Combo 1)
FF(CCS Combo 2)
AA (CHAdeMO)
BB(GB/T 20234.3)

차오지(ChaoJi) (계획)



CCS DC 충전에는 전력선 통신 (PLC)이 필요하다. DC 전류를 공급하기 위해 Type 1 또는 Type 2 차량 인렛 및 충전 플러그 하단에 두 개의 커넥터가 추가된다. 이들은 일반적으로 Combo 1 또는 Combo 2 커넥터로 알려져 있다. 인렛 스타일의 선택은 일반적으로 국가별로 표준화되어 공공 충전기가 두 가지 변형이 있는 케이블을 장착할 필요가 없도록 한다. 북미에서는 Combo 1 스타일 차량 인렛을 사용하고, 나머지 대부분의 세계에서는 Combo 2를 사용한다.

CHAdeMO 표준은 닛산, 미쓰비시, 토요타가 선호하는 반면, SAE J1772 Combo 표준은 GM, 포드, 폭스바겐, BMW, 현대가 지지한다. 두 시스템 모두 약 20분 만에 80%까지 충전되지만 호환되지 않는다.

2020년대는 세계적으로 급속한 전기 자동차 전환이 진행되면서 충전 인프라 확충이 진행되고 있으며, 특히 눈에 띄는 것은 급속 충전이다. 유럽에서는 350kW 충전, 중국 등에서도 비슷한 속도의 급속 충전에 대한 대응을 빠르게 진행하여 대규모로 스테이션 확장을 진행하고 있는 반면, 일본은 이 점에 대해 거의 움직임이 없어 급속 충전 인프라는 현재(2024년 6월) 시점에서도 20~50kW가 주류이며, 스테이션에 대해 기기가 1~2대인 경우가 대부분이다.

급속 충전 인프라가 확대되기 어려운 이유로, 전기 사업법에 의해 수전 전력 50kW 이상인 경우 고압 수전 설비가 필요하고 전기 주임 기술자도 선임이 필요하다는 등의 법적 규제의 엄격함이 꼽힌다.

5. 1. 스마트 그리드 연계

스마트 그리드는 서비스 제한이나 가격 조정을 통해 변화하는 상황에 적응할 수 있는 전력망이다. 일부 충전소는 그리드와 통신하여 가격이 상대적으로 낮을 때와 같이 조건이 최적일 때 충전을 활성화할 수 있다.[128] V2G (Vehicle-to-Grid)는 차량 배터리가 피크 수요 기간 동안 그리드에 전력을 공급할 수 있게 한다. 이를 위해서는 그리드, 충전소 및 차량 간의 통신이 필요하며, SAE 인터내셔널은 관련 표준(SAE J2847/1 포함)을 개발하고 있다.[129][130] ISO 및 IEC는 자동 결제를 위한 프로토콜도 제공하는 ISO/IEC 15118 표준을 개발하고 있다.

스마트 그리드에서는 가정 내 EV(전기차)의 충전 시간을 제어하는 스마트 미터 기능과 더불어 V2H와 V2G라는 두 가지 기능이 상정되고 있다.

; HEMS

: Home Energy Management System(가정 에너지 관리 시스템)의 약자. 가전의 전력 관리를 위한 시스템이지만, 관리 대상을 태양광 발전이나 전기 자동차 등으로 확대하려는 구상이 있다.

; V2H

: "Vehicle to Home"(차량에서 집으로)의 약자. 태양 전지나 연료 전지와 같은 자가 발전 장치와 EV를 전기적으로 연결하여, EV가 가정 내에 주차되어 있는 동안에는 탑재 배터리를 개별 발전 시스템의 일부로 충전/방전하는 양방향 전력 교환을 하는 것이다. 가정 내 직류 전원 공급과도 관련된 기술이지만, 보급이 진행 중인 디지털 가전은 교류 전력을 사용하므로 실현에는 장애가 크다. 전력 낭비를 줄이면서 지역 전체의 소비와 공급 평준화 및 그에 따른 비용 절감을 목표로 한다.

; V2G

: "Vehicle to Grid(차량에서 배전망으로)의 약자. 야간이나 휴일에 정차 중인 EV를 스마트 그리드에 연결하여, 탑재 배터리를 스마트 그리드 전체의 축전 설비로 전력 회사가 이용하는 것이다. V2H와 마찬가지로 전력 낭비를 줄이면서 광역에서의 소비와 공급의 평준화 및 그에 따른 전력 회사 측의 발전 및 축전 설비 설치 부담 경감을 목표로 한다. V2G는 전력 회사의 새로운 수익원으로 기대되는 보조 서비스(ancillary survice, 우선적 품질 확보 공급 보증 서비스)[145]를 실현하기 위한 시스템으로 기능한다.

; 문제점

: HEMS, V2H, V2G 모두 배터리에서 다른 용도로 전력을 공급하는 상황이 불규칙적으로 발생하므로, EV 사용자가 이용하고 싶을 때 충분한 배터리 잔량이 없다면 주행 가능 거리가 부족해져 EV 본래의 편리성이 크게 훼손된다.[140]

: 가정용 태양광 발전에는 잉여 전력의 고정 가격 매입 제도가 존재하므로, V2H의 자가 발전 전력의 배터리 충전 부분은 자가 소비가 되어 판매할 수 없고, 경제적 손실로 이어진다. 손실 보상을 누가 부담할 것인가가 문제가 된다.

: 외부로 전력 공급을 하는 경우가 있는 V2G에서는 외부 이용에 따른 배터리의 무상 이용이 발생하므로, 설비 이용 부담을 어떻게 분담할 것인가가 문제가 된다.

5. 2. 무선 충전

무선 충전은 유선 연결 없이 충전되는 유도 충전 매트를 사용하며, 주차 공간이나 도로에 내장될 수 있다. 이 기술은 케이블 연결 없이 주차만으로 충전이 가능하여 사용자 편의성을 높일 수 있다. 도로 주행 중 충전이 가능한 무선 충전 기술도 개발 중이다.

5. 3. 배터리 교환

배터리 교환소(또는 교체소)는 차량의 방전된 배터리 팩을 충전된 배터리 팩으로 교체하여 충전 시간을 없앨 수 있게 해준다. 배터리 교환은 전기 지게차 분야에서 흔히 사용된다.[96]

교체형 배터리 서비스의 개념은 1896년 초에 제안되었다. 이 서비스는 1910년부터 1924년까지 하트포드 전기 조명 회사에서 전기 트럭을 대상으로 GeVeCo 배터리 서비스를 통해 처음 제공되었다. 차량 소유주는 제너럴 일렉트릭이 일부 소유한 제너럴 비히클 컴퍼니(GeVeCo)에서 배터리 없이 차량을 구매했고,[97] 전력은 교체형 배터리 형태로 하트포드 전기에서 구매했다. 차량과 배터리 모두 빠른 교체를 용이하게 하도록 설계되었다. 소유주는 트럭 유지 보수 및 보관 비용을 충당하기 위해 가변적인 마일당 요금과 월별 서비스 요금을 지불했다. 이러한 차량들은 상당한 거리를 주행했다.

1917년부터 시카고에서는 밀번 전기 자동차 소유주들을 위해 유사한 서비스가 운영되었다.[98] 91년 후, 2008년 하계 올림픽에서 50대의 전기 버스를 운행하기 위해 급속 배터리 교체 시스템이 구현되었다.[99]

베터 플레이스, 테슬라, 미쓰비시 중공업은 배터리 교체 방식을 고려했다.[100][101] 한 가지 복잡한 요인은 이 방식이 차량 설계 변경을 필요로 한다는 것이다.

2012년, 테슬라는 자체적인 급속 충전 테슬라 슈퍼차저 네트워크 구축을 시작했다.[102] 2013년 테슬라는 배터리 팩 교체도 지원할 것이라고 발표했다.[103] 시연용 교체 스테이션이 해리스 랜치에 건설되어 잠시 운영되었다. 그러나 고객들은 슈퍼차저 사용을 훨씬 선호했기 때문에 교체 프로그램은 중단되었다.[104]

배터리 교환에 대해 다음과 같은 이점이 주장되었다.

  • 5분 이내의 "연료 보급".[109][113]
  • 자동화: 운전자는 배터리가 교체되는 동안 차 안에 있을 수 있다.[105]
  • 교환 회사 보조금은 차량 소유주를 관여시키지 않고 가격을 낮출 수 있다.[106]
  • 예비 배터리는 차량-그리드 에너지 서비스에 참여할 수 있다.[107]


베이징의 주차장에 있는 Nio의 배터리 교환 스테이션


Better Place 네트워크는 배터리 교체 모델의 최초의 현대적인 시도였다. 르노 플루언스 Z.E.는 이 방식을 채택할 수 있도록 만들어진 최초의 자동차였으며 이스라엘과 덴마크에서 판매되었다.[108]

Better Place는 2011년 3월 레호보트 인근 키르야트 에크론에 이스라엘에 첫 번째 배터리 교환 스테이션을 열었다. 교환 과정은 5분 걸렸다.[109][110] Better Place는 2013년 5월 이스라엘에서 파산 신청을 했다.[111][112]

2013년 6월, 테슬라는 배터리 교환 서비스를 제공할 계획을 발표했다. 테슬라는 모델 S의 배터리 교환에 90초가 조금 넘게 걸린다는 것을 보여주었다.[113][114] 일론 머스크는 이 서비스의 가격이 2013년 6월 기준으로 에서 사이가 될 것이라고 말했다. 차량 구매에는 배터리 팩 1개가 포함되었다. 교환 후, 소유자는 나중에 반납하고 완전히 충전된 배터리 팩을 받을 수 있었다. 두 번째 옵션은 교환된 배터리를 유지하고 원래 배터리와 교체 배터리 간의 가치 차이를 받고 지불하는 것이었다. 가격은 발표되지 않았다.[113] 2015년에 회사는 고객의 관심 부족으로 이 아이디어를 포기했다.[115]

2022년까지 중국의 고급 자동차 제조업체인 Nio는 2020년 131개에서 증가하여 중국과 유럽 전역에 900개 이상의 배터리 교환 스테이션을 건설했다.[116][117]

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