SMART CHARGING AND EV ERA WITH CCS  

CCS: 다가온 스마트 충전과 전기차 시대
제주서 열린 ISO/IEC 15118 국제표준 회의

11월 초, 제주에서 2025년의 미래, 좁히면 세계 전기차 시장을 엿볼 수 있었다. 

전 세계적인 지구온난화 및 환경, 탈석유화 대응, 배출가스 규제 강화, 그리고 폭스바겐 디젤 사태 이후 전기차 시장의 확대 징후가 뚜렷한 가운데 전기차 시장의 확대와 미래가 걸렸다고 할 수 있는 ‘ISO/IEC 15118 JWG 국제표준 회의’ 및 ‘기술검증 테스팅 심포지엄(ISO/IEC 15118 Testing Symposium)’이 제주에서 열렸다. 이곳에서 글로벌 OEM, 충전기, 그리드 업계 관계자들은 ‘단일 표준으로 쉽고 편리하게 충전하고 에너지를 관리하며, 그 이상의 서비스를 제공하고 받게 될’ 미래의 충전 환경과 전기차 시장을 그려가고 있었다. 

글｜한 상 민 기자_han@autoelectronics.co.kr

NXP의 연락 

11월 둘째 주, NXP 반도체의 전화 한통을 받고 제주도를 찾았다.  

전기차 충전 인터페이스 이니셔티브 찰인(Charging Interface Initiative e. V., CharIN)이 일부 행사를 후원한, 제주 오션스위츠 호텔 및 스마트그리드 상호운용성 시험센터에서 닷새간 열린 ‘ISO/IEC 15118 JWG 국제표준 회의 및 기술검증 테스팅 심포지엄’ 취재를 위해서였다.
이번 국제표준 회의 및 테스팅 심포지엄은 ISO, IEC, 우리나라의 그리드위즈(GridWiz)가 총괄 주관했다. 국제표준 회의는 국가기술표준원이 유치, 한국자동차공학회와 한국스마트그리드협회가 주최했다. 부속 행사인 테스팅 심포지엄은 ISO/IEC JWG1, TU 도르트문트 대학과 그리드위즈가 주관하고, 찰인과 국제전기차엑스포가 후원했다.  

좀 낯선 이름인 ‘찰인’은 지난해 1월에 창립한 단체다. 통상 ‘콤보’라 불리는 CCS(Combined Charging System, CCS) 충전방식의 글로벌 프로모션과 기술 진보를 꾀하는 산업 컨소시엄이다. 아우디, BMW, 다임러, 포드, GM, 포르쉐, 폭스바겐 등 CCS를 유럽과 북미 전기차 충전 표준으로 이끈 OEM들이 창립했다.  

찰인이 테스팅 심포지엄을 후원하는 것은 이 행사에서 시험하는 규격인 ISO/IEC 15118이 CCS에서 사용되는 충전통신 방식이기 때문이다. 국내 유일의 찰인 멤버인 그리드위즈의 김현웅 이사에 따르면, AC와 DC 충전부가 통합된 CCS 방식이 글로벌 시장 표준으로 자리잡아가고 있고, 콤보 방식이라고 불리는 CCS에서 사용되는 DIN 70121 통신 규격은 ISO/IEC 15118의 초기 버전의 일부를 채택해 제정된 표준이다. ISO/IEC 15118 통신규격은 2015년까지 일부가 국제표준으로 공표됐으며, 이번 제주 회의에서는 무선충전(비접촉 충전과 WiFi 무선통신), V2X, 유스케이스 등 미래 확장성에 대비한 개정판에 대한 논의를 한창 진행하고 있다.

NXP가 관계된 것은 찰인의 운영위원회(steering committee)에 포함돼 있기 때문이다. NXP는 찰인의 창립 멤버가 아니면서도 유일하게 운영위원회에 속해 있는 회사다.

 
NXP 코리아의 신박제 회장은 “NXP는 세계 자동차 반도체 부문 리더로서 CCS의 글로벌 충전 표준화를 위한 찰인 이니셔티브를 적극 지지한다”며 “찰인이 충전 표준화 관련 미래 기술, 규격 로드맵을 정하고 관리하는데 적극적인 기술 지원을 하고 있다”고 전했다. 

찰인의 자크 보레만스 아시아 지사장(좌측)과 ISO/IEC 15118 JWG의 리더인 BMW의 마이클 슈바이거.

왜 찰인인가

이미 국제표준화된 ISO/IEC 15118, CCS에 대해 왜 찰인과 같은 글로벌 컨소시엄의 적극적인 프로모션이 필요할까.

찰인의 자크 보레만스(Jacques Borremans) 아시아 지사장은 “CCS가 독일 자동차 업계에서 출발했고 첫 표준 디자인이 완성된 이후 프로모션했기 때문에 차데모(CHAdeMO) 규격보다 늦었다”며 “우리의 바람은 숨김없이 정보를 공유하고 모두가 이용하는, 한 가지 기술에 포커스하면서 전기차를 팔고 싶어하는 카 메이커, 충전 사업을 펼칠 수 있길 바라는 충전사업자, 전기를 팔고 서비스하고 싶은 그리드 사업자들의 ‘비즈니스 및 고객 삶의 간소화 요구’에 대응해 전기이동성을 크게 확산시키는 것”이라고 말했다.  

전기차 충전은 크게 50 kW 이상 급속 DC 충전, 주로 가정에서 이용하는 7 kW 이상 완속 AC 충전이 있는데, 급속충전의 경우 CCS, 차데모, AC3상, 중국의 GB/T, 테슬라의 수퍼차저(Supercharger) 등 서로 다른 규격이 난립하고 있다. 차량 메이커, 모델 별 충전 규격이 이처럼 제각각이고 자원이 분산되다 보니 충전 호환성, 충전 인프라 보급 한계 등 다양한 문제가 야기됐고 전기차 시장 확대에 큰 걸림돌이 되고 있다. 이른바 ‘두팔이’, ‘세팔이’라 불리는 CCS, 차데모, AC3상 등 모든 규격을 포함하는 비싼 충전기가 보급된 이유다.  그만큼 차량 제작, 인프라 확대 측면에서 비용 문제가 발생하는 것이다.     

국제표준은 CCS에서 채택하고 있는 ISO/IEC 15118로 결정됐지만 그동안 전 세계적으로 가장 많이 보급된 급속충전기는 차데모다. 일본의 닛산과 미쓰비시가 전기차 시장의 초기부터 일본, 미국, 유럽시장에 적극 진출했기 때문이다. 차데모는 최근까지 세계적으로 1만 3,295기가 설치됐다. 일본에 약 7,000기, 유럽에 4,000기, 미국에 2,000, 그 밖의 국가에 500기가 보급됐다. 반면 CCS 급속충전기는 대략 유럽에 2,500기, 아시아 250기, 북미 1,000기 등 4,000기 정도다. 그러나 증가 속도가 갈수록 빨라지고 있다. 예를 들어 유럽에서는 1년 동안 1,000기가 추가됐고, 2년 동안 북미에서는 50기이던 이던 것이 1,000기로 늘었다. 어쨌든 앞으로가 중요한 상황이다.
게다가 유럽, 미국의 강력한 배출규제와 전기 파워트레인의 요구, 폭스바겐의 디젤 사태는 e모빌리티의 조속한 추진, 전기차 시장 확대를 위해 단일화된 충전 규격, 비용 저감, 충전의 편리를 심각히 요구하고 있다.  

ISO/IEC 15118 JWG의 리더인 BMW의 마이클 슈바이거(Michael Schwaiger)는 “BMW i의 글로벌 판매량은 3년 만에 10만 대를 돌파했다. 2025년이 되면 BMW는 전체 판매량의 30%가 플러그인 하이브리드와 배터리 전기차가 될 것으로 보고 있다”며 “이는 다임러와 같은 메이커도 마찬가지로 2025년에 대해 우리와 같은 전망과 목표를 갖고 전기차 사업을 적극적으로 추진하고 있다”고 말했다.   

CCS 진영은 물론 전기차 업계 다수는 “차데모의 데이터는 과거일 뿐”이라고 말하며 미래는 이미 정해진 것으로 간주하고 있다.
피앤이시스템즈의 정도양 대표는 “차데모의 보급이 월등히 많긴 하지만 CCS는 국제표준이면서 전기차 주요 시장인 미국과 유럽의 표준인데다 주요 카 메이커의 채택과 모델이 늘면서 당연한 미래”라고 말했다.  

차데모는 하나의 충전구에서 완속 충전까지 같이 하는 것이 불가능하고 그 만큼 플러그를 더 필요로 한다. 따라서 비용과 통합 측면에서 약점을 갖고 있다. 반면 CCS는 하나의 커넥터와 인렛으로 모든 것을 해결한다. 또 차데모는 CCS나 수퍼차저에 비해 부피가 크고 충전이 느려 불편하다. CCS가 볼 때 차데모의 강점은 단지 수년 간의 경험을 통해 문제점을 잡아온 안전성뿐이다. 차데모의 충전 파워는 최대 62.5 kW로 120 kW의 수퍼차저, 100 kW에서 최대 350 kW가 가능한 CCS에 비해 낮다. 충전 파워가 낮다는 것은 그만큼 충전시간이 오래 걸린다는 것이다. CCS는 버스, 트럭을 시작으로 승용차의 충전을 2018년까지 350 kW를 실현해 300 km 주행에 대한 충전시간을 20분으로 단축할 예정이다. 

그러나 이보다 중요한 경쟁력, 즉 전기차 시장 개발을 위한 핵심은 ‘충전 설비의 지속가능성과 같은 기능 확장성과 미래의 가능성이다. 찰인의 보레만스 지사장은 “전기차 시장에는 몇 가지 문제가 있는데 이는 충전시간, 충전 설비의 지속가능성, 호환성 문제”라며 “이 세 가지 문제를 CCS가 해결할 수 있다”고 말했다. 

찰인의 핵심 멤버들. 북미, 유럽의 주요 OEM들이 모두 참여해 있다.

미래의 스마트 충전

BMW의 마이클 슈바이거는 “예를 들어 BMW는 전기차의 성능과 가치를 더욱 향상시켜 많이 팔길 원하기 때문에 ISO/IEC 15118와 찰인 모두에 적극적으로 임하고 있다”며 “CCS로 충전 파워를 더 높이고 충전시간을 더 줄일 수 있길 바랄 뿐만 아니라 자동 결제, V2G와 같은 스마트 충전을 기대하고 있다”고 말했다.  

2018년 초 완료를 목표로 작업 중인 ISO/IEC 15118 표준은 스마트한 전기차 충전을 가능케 하는 표준이다. 현재 보급 중인 전기차 충전기들(CCS 포함)은 단순히 충전 시작과 완료까지만 지원하지만, ISO/IEC 15118 표준은 한 차원 높은 서비스를 제공할 수 있다. ISO/IEC 15118 표준에는 지능형 충전(intelligent charging), 스마트 충전(smart charging) 방식을 위한 충전 통신 관련 모든 사항이 규정된다. 연결 및 인증, 요금 비율 협상, 자동 결제, 충전 관리, 스마트그리드에 대한 요구사항을 모두 다루고 있다. 전력망에서 공급하는 전력량이 충분치 않다면 충전 관리 시스템은 전기차에서 전력망으로 에너지를 다시 공급할 수 있다.  

또 ISO/IEC 15118-6, -7, -8은 무선 전력전송에 대한 것이다. 쉽게 말해 누가 얼마만큼의 에너지를 언제, 어디서, 어떤 조건으로 원하거나 취득했는지, 그에 대한 법적으로 타당한 청구서가 생성됐는지 등에 대한 것이 단번에 해결되는 것이다.   

찰인의 보레만스 지사장은 “차데모와 CCS 두 가지 방식을 비교하면 현재는 자동차, 그리드 측면에서 이들 시스템이 같은 기능을 하고 있지만, ISO/IEC 15118과 함께 미래의 CCS는 차데모가 갖고 있지 않은 다양한 추가적 기능과 가능성을 갖고 있다”며 “예를 들어 그리드 오퍼레이터라면 매 2~3년마다 교체할 필요가 없는 10~20년 이상을 보장할 수 있는 지속가능한 기술이 가능할 것이고, 차는 V2G, V2H와 같은 서비스가 가능할 것”이라고 말했다. 전기연구원 전기추진연구센터의 임근희 박사는 “차데모의 경우 교류를 직류로 변환하는 과정에서 데이터 통신을 할 수 없어 아직까지는 그리드 등 정보를 차량이 아닌 충전기까지만 보낼 수 있는 상황”이라고 설명했다.

CCS 급속충전은 통신 채널과 전력라인을 구분하여, 통신은 PLC(Power Line Communicatin), 충방전은 DC로 한다. 반면 차데모의 경우 통신은 CAN, 충전은 DC로 한다.
김현웅 이사는 “ISO/IEC 15118이 기존 충전과 다른 가장 큰 차이는 IPv6 방식의 인터넷과 같은 통신으로, 케이블을 꽂으면 자동으로 차와 충전기가 서로를 알고, 전기를 얼마나 줄 수 있고 얼마나 남았는지를 파악해, 어느 정도의 파워, 가격으로 어느 시간대에 충전을 할지 등 실시간 정보를 지속적으로 교환하는 것과 PLC의 10 Mbps 및 WiFi의 600 Mbps의 높은 대역을 활용해 충전 중 내비게이션 업데이트, 비디오나 음악 스트리밍, 다운로드 등 다양한 서비스를 가능케 한다는 것”이라고 말했다. 

 ISO/IEC 15118의 현재 유즈케이스.

국제표준 회의: V2G와 무선충전  

제주 오션스위츠호텔에서는 3일 간 전기차 충전 인터페이스 표준에 대한 JWG 분야별 회의가 진행됐다. 이후 이틀은 스마트그리드 상호운용성 시험센터에서 제조사별 EV 제어장치(ECU) 테스트, EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment) 상호운용성, 적합성 테스트가 진행됐다.

첫 이틀은 ISO/IEC 15118 프로젝트 그룹별 회의가 진행됐다. 셋째 날엔 전체 그룹 회의가 열렸다. 프로젝트 그룹은 ▶유즈케이스에 대한 PT1 ▶메시지, 시퀀스와 타이밍, 프로토콜, 보안에 대한 PT2 ▶무선충전, WLAN(WiFi) 물리 레이어에 대한 PT7 ▶모든 적합성 테스트에 대한 PT6 그룹 등이다. 관계자들은 도큐먼트 상의 다양한 문제를 해결하고 개선하려 했으며 각국별 의사를 조율했다.  

국제표준 회의의 최대 이슈는 차량에서 그리드로 전력을 역송하는 V2G 기술이었다. 각 국가별 그리드 환경이 다른 점, 역송에서 차, 전력회사, 충전기 중 누가 제어권을 갖을지 등이 집중적으로 논의됐다. 최근에는 BPT(Bidirectional Power Transport)란 소규모 테스크포스도 구성돼 이에 대한 사안이 집중적으로 논의되고 있고, 우리나라를 비롯한 독일, 프랑스, 일본 등 4개 국가가 그들의 역송 기술을 제안하고 토론하고 있다. 

김현웅 이사는 “이제 차가 단순히 이동수단이 아니라 ESS처럼 에너지 분산 자원”이라며 “실제 일본에서는 차의 전원을 비상전원으로 활용하는 경우가 많고, 전력수급 위기상황, 피크 부하 저감에 활용하고 있다”고 말했다.  

이 외에도 무선충전이 중요 이슈로 부각됐다. 기본적으로 2.4 GHz와 5 GHz 대역을 사용하는 무선충전은 국가별 채널이 다른 애로가 있어 이에 대한 정리가 진행됐다. 

시장 출시 당기는 동시 테스트

한편 테스팅 심포지엄은 4일차부터 이틀간 스마트그리드 상호운용성 시험센터에서 진행됐다.   

찰인의 보레만스 지사장은 “찰인이 후원하는 이 테스티벌(testival)은 카 메이커, 충전 메이커, 테스트 장비 메이커 등 모두가 그들이 구현한 솔루션을 상호 체크해 보는 열린 공간으로, 이를 통해 99%의 문제를 사전에 발견하고 해결한다”며 “미래의 언제가 그들의 솔루션이 시장에 출시됐을 때 발생할 수 있는 에러를 사전에 제거하는 것으로, 예를 들어 현대자동차의 전기차가 한국, 유럽, 미국 등 어느 곳의 어떤 메이커가 제작한 충전기를 사용하던 간에 문제없이 이용할 수 있게 하는 것”이라고 설명했다.   

테스팅 심포지엄은 ISO/IEC 15118 국제표준 회의의 부속 행사로 2014년부터 연 2회 개최되고 있다. 2014년 11월 시카고 아르곤국립연구소(Argonne National Labs)에서 처음 개최된 이후, 도쿄 일본자동차연구센터(Japan Automobile Research Center), TU 도르트문트, 샌디에이고  지속가능 에너지센터(Center for Sustainable Energy Center) 등에서 열렸고, 내년에는 프랑스에서 개최된다. 이번 제주 심포지엄의 의의를 찾는다면, 아시아에서 개최된 최초의 실차 테스트 심포지엄이란 것이다. 도쿄에서는 실차, 실충전기 테스트가 진행되지 못했다.   

김현웅 이사는 “국제표준 작성의 진행과 동시에 이같은 심포지엄을 통해 개발과 호환성, 적합성 테스트가 진행되기 때문에 표준화가 완료되는 시점에 관련 제품들이 나오게 될 것”이라고 말했다.    

심포지엄에는 실차를 제공한 현대자동차를 비롯해 BMW, GM 등 OEM을 포함해 35개 글로벌 전기차 관련 기업, 100여명의 전문가들이 참가했다. 국내 충전기 업체로는 중앙제어, 시그넷시스템즈, 피앤이시스템즈, 그리드위즈 등이 참가했다. 그리드위즈는 전기차와 충전기 간 통신을 가능케 하는 ISO/IEC 15118 모뎀을 선보였다. 

1층 실차 테스트실에서는 아이오닉, 볼트, i3 차량 3대를 두고 7개 충전기 업체가 두 시간마다 돌아가며 테스트를 진행했다. 2층에서는 차량에 들어가는 모듈, 충전기 모뎀이 테스트됐다. 심포지엄에서 테스트된 제품들은 1~2년 후면 국제표준의 완료와 함께 시장에서 즉시 만나볼 수 있게 된다. 또 이전의 CCS 규격 모델들도 간단한 소프트웨어 업그레이드로 ISO/IEC 15118을 적용하게 된다.

전기차 충전 표준은 자동차 회사들이 주도한다. 표준화 작업에는 주요국 모두가 참여하고 있다. 찰인에는 이미 일본을 제외한 아우디, BMW, 다임러, 페러데이 퓨처, FCA, 포드, GM, 르노, 재규어랜드로버, 마힌드라, 포르쉐, PSA, 테슬라, 폭스바겐, 볼보 등 주요 메이커 모두가 가입해 있다. 현대자동차도 곧 가입할 전망이다. 또한 그리드위즈와 같은 ISO/IEC 15118 솔루션 업체에 대한 미국, 유럽, 아시아의 관련 업체들의 문의는 매달 1~3건이던 것이 매일 1~3건으로 급격히 늘었다.  

CCS와 함께 전기이동성, 전기차의 시대가 가속되고 있다.

* 찰인 자크 보레만스 아시아 지사장

*  ISO/IEC 15118 JWG 리더 BMW의 마이클 슈바이거

*  그리드위즈 김현웅 연구소장의 풀 인터뷰는 Automotive Electronics 2017년 1/2월호를 통해 보실 수 있습니다.