“자기 공진을 이용하는 전기차 무선전력전송 기술에서 EMC를 달성하기 위해서는 EMI를 완전히 차폐하는 것이 불가능 하기 때문에 전자파를 응용할 수 있는 상쇄 기술이 중요하다”

안승영 KAIST 조천식모빌리티대학원 교수는 지난 10일 ‘2024 e4ds Analog Day’ 행사에서 ‘무선전력전송 시스템에서의 EMI/EMC 대응 케이스 스터디 Q&A’이라는 주제로 발표하며, 전기차 실제 시스템에서 전자파를 실제 응용해 EMI를 줄일 수 있는 방법에 대해 밝혔다.

안승영 교수는 무선전력전송 기술은 센서, 의료기기, 모바일, 전기차, 우주 태양광 에너지 전송 등 다양한 분야에서 사용하고 있는데 과거의 자기유도 방식은 거의 없어지고, 최근에는 자기공진 현상을 이용한 방식을 사용하고 있다며, 전기차 등 근거리 전력 송수신을 위한 방식으로 자기공진 기술이 주로 개발되고 있다고 소개했다.

이어 전기차 시장이 늘어나면서 자율주행과 함께 무선 충전이 각광받을 것으로 예상되는데 무선 충전의 경우 의도적으로 자기장을 만들어야 하기 때문에 스마트폰 충전의 1,000배에 달하는 자기장의 영향으로 전자파 문제를 해결해야 한다고 언급했다.

이물질, 동물 등으로 인한 영향과 인체, 기기 간섭 문제는 풀어야 할 숙제로 전자기파 이슈가 많다고 밝혔다.

특히 국내외 전자파 규제가 엄격하고, 우리나라도 2024년 10월 마련된 전파진흥기본계획을 통해 대출력 무선전력전송 기술에 대해 중점 전파기술로 다루고 있다고 말했다.

전기차 기술의 발달로 전기차 배터리 용량도 지속적으로 증가하고 있고, 충전속도도 빨라지고 있다며 대출력 무선전력전송 기술을 이용해 출력을 높이다 보면 전자파 인체 영향, 와전류로 인한 발열, 차량 오정렬에 따른 과열 및 화재 등의 위험이 있기 때문에 전자파를 어떻게 저감할 것인지가 중요하다고 언급했다.

특히 자기장을 쓰다보면 자기장을 차폐하는 것이 어려운데 반대 전류를 이용해 자기장을 감소 시킬 수 있다고 밝혔다.

반면에 이 방법은 부가적인 전원을 이용해야 하기 때문에 의도적인 전류 소스를 만들어 줘야 하고, 전류나 위상 센싱이 필요한 단점이 있다.

이에 누설되는 자기장을 이용해 자기장을 상쇄시키는 방법을 사용하는데 이 경우 상쇄 자기장을 만들어낼 전류를 흐르게 하고, 다양한 위치에 만들 수 있고, 외부 소스를 설치하는 않아 비용이 저렴한 장점이 있다고 밝혔다.

반면 설계가 복잡한 단점이 있는데 전기차는 구조적으로 간단해야 하기 때문에 실제 시스템에서 외부 차폐 장치를 추가하는 것보다 우선적으로 고려된다고 언급했다.

이에 부가적으로 장치를 달지 않고, 송신부와 수신부의 위상차가 90도일 때 가장 효율이 나는데, 두 개의 위상을 조절해서 효율이 급격하게 떨어지기 직전에 전자파가 가장 적을 때로 설계하는 것이 가장 좋다고 말했다.

이 경우 효율이 3∼4% 줄더라고 EMI를 50% 정도 줄일 수 있기에 실제적으로 가장 많이 고려되는 방법이라고 밝혔다.

특히 지면하고 차량사이에 공간이 무조건 존재하기 때문에 완전히 EMI를 차폐하는 것은 불가능 하기 때문에 이렇게 상쇄하는 기술이 현실적으로 가장 가능한 기술이라고 언급했다.

안승영 교수는 “낮은 비용, 안정적 동작, 효과적 저감 등 상용 제품에 적용 가능한 전자파 저감 기술이 필요하다”며 “△송·수신 코일 전자파 상쇄 △리액티브 차폐 코일 △다중공진 리액티브 차폐 코일 △고조파 리액티브 차폐코일 등 무선전력전송 시스템에 적합한 무선전력전송 EMC 대책 기술의 개발이 진행되고 있다”고 말했다.