지구온난화와 같은 환경 문제와 이산화탄소(CO2) 배출량 규제, 화석연료 고갈 및 고유가 문제에 대처하기 위해 친환경자동차의 개발 및 보급이 화두가 되고 있다. CO2 배출량 규제와 같은 환경 변화는 새로운 시장을 창출하기도 하지만 지금까지와는 전혀 다른 차원의 변화를 요구하기도 한다. 이를 위해 많은 자본과 기술을 투입하여 시장을 선점하는 국가가 경제적인 이득은 물론 시장 지배력을 확보할 것으로 예상된다.
CO2 배출의 많은 부분을 차지하고 있는 수송 부문은 기존의 내연기관 자동차시장으로부터 친환경자동차라는 무·저공해 자동차로의 변화를 요구받고 있으며 전세계 자동차 회사들은 무·저공해 자동차 개발이 회사의 생존 문제와 직결되기 때문에 EV 개발을 서두르고 있다.
EV의 개발과 함께 상용화 및 보급을 위해서는 충전 인프라 구축이 선행돼야 하며 충전 인프라의 구축 여부가 EV 보급 및 활성화에 필수적인 요소로 부각되고 있다. 따라서 우리나라가 EV 강국이 되기 위해서는 충전 인프라를 조속히 구축하고 EV 보급을 위한 각종 촉진 제도와 지원 정책을 병행해 새로운 환경 변화에 신속하게 대처할 필요가 있다. 이를 통해 EV에 대한 신규 시장을 선점하는 것이 중요하다.

충전 설비의 구성 및 기능

EV 충전 인프라는 충전 장소에 따라 구성과 기능이 다르다. 그림 1과 같이 크게 주택용 충전 설비, 주차장용 충전 스탠드, 충전소용 충전 설비의 3가지 정도로 구분할 수 있다.

주택용 충전 설비
주택용은 일반 주택에서 EV에 충전을 할 수 있는 시설로서 다음의 기능이 고려돼야 한다.
① EV 충전을 위한 전력 요금은 주택용과 요금체계가 다르므로 별도의 EV 충전용 디지털 전력량계가 부착된 전원계통의 추가 시설이 필요하다.
② 충전용 전원 콘센트는 외부에 노출돼 있으므로 별도의 인식장치 또는 보안장치를 부착해 타인의 사용을 방지할 수 있어야 한다.
③ 전력 회사에서 발전예비력 부족 또는 첨두부하시의 EV 충전에 의해 전력계통에 심각한 문제의 우려가 있는 경우에는 충전 시간을 제어할 필요가 있으며, 이 경우 충전 시간 제어를 위한 통신 및 제어 기능을 부가할 수 있다.
④ 충전 요금은 충전 시간대별 차등 요금제를 적용하여 충전 부하에 의한 전력 부족 현상이 발생하지 않도록 유도할 필요가 있다.
⑤ 다세대 주택의 경우 세대별로 충전 설비가 설치돼야 한다.
⑥ 전압계급은 가정용 전원과 동일한 단상 220 V로 구성하고 3~5 kW급으로 하며 커넥터, 케이블, 플러그를 갖춰야 한다.

주차장용 충전 설비
주차장용 충전 인프라는 아파트, 공공 기관, 공영 주차장, 업무 시설, 대형 쇼핑몰, 호텔 등의 주차장에 설치되는 충전 설비가 해당된다. 급속 충전 설비가 아닌 일반 충전 설비에 대한 사항으로서 다음 기능이 고려돼야 한다.
① 전압계급은 단상 220 V로 구성하고 10 kW급으로 하며 충전 스탠드의 형태가 일반적이다.
② 불특정한 EV에 충전하기 위해 차량과의 인터페이스용 커넥터와 케이블이 충전 설비에 부착돼 있거나 차량별로 보유하고 있어야 한다.
③ 차량내의 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)과 통신할 수 있는 기능이 있어야 한다.
④ 운전자 또는 충전행위자를 인식할 수 있는 인식 시스템과 소켓을 Lock/Unlock 할 수 있는 기능이 있어야 한다.
⑤ 충전전력을 계측할 수 있는 양방향 전력량계가 부착돼야 하며 충전 상태를 파악할 수 있어야 한다.
⑥ 필요시 충전 시간 제어와 선택할 수 있는 제어 및 통신 기능이 있어야 한다.
⑦ 충전 요금을 정산할 수 있는 시스템이 있어야 하며 카드 결제와 같은 신용 정산의 경우에는 중앙 시스템과의 통신이 가능해야 한다.
⑧ 충전 상태를 운전자가 파악할 수 있도록 표시장치가 부착돼야 한다.
⑨ 주차장은 주로 옥외에 설치되므로 각종 전기안전 규정에 적합한 보호 기능이 있어야 한다.
⑩ 충전중에 전력계통에 이상이 발생한 경우에 EV에 영향을 주지 않도록 보호 장치가 구비돼 있어야 한다.
⑪ 향후 도입 예정인 지능형전력망, AMI 또는 V2X 등을 충분히 고려해 설계돼야 한다.
⑫ 설치 장소에 따라 충전사업자가 다를 수 있으므로 사업주체별 요금체계 및 정산체계를 변경할 수 있도록 설계돼야 한다.

충전소용 충전 설비
충전소용은 짧은 시간에 배터리를 충전할 수 있는 급속 충전 설비를 구비한 시설을 의미하며 전기와 내연기관이 동시에 가능한 플러그인 하이브리드(PHEV) 보다는 순수 전기로만 구동되는 EV의 보급에 앞서서 구축하면 된다. 이 설비는 전기충전소, 고속도로, 쇼핑몰이나 호텔 등에도 적용할 수 있으며 구축 및 운용 시기는 일반 충전용 설비보다 다소 지연될 것으로 예상된다. 충전 설비의 설계에는 다음 기능이 고려돼야 한다.
① 입력 전압은 AC 3상 380 V로 하고 DC로 변환하여 EV의 DC 인렛을 통해 충전한다.
② 충전 시간은 배터리 종류, 급속 충전 기술 등에 따라 차이가 있으나 30분 이내 90% 이상 충전을 목표로 한다.
③ 충전 설비에는 과전압, 과전류 보호 등의 각종 보호 장치가 구비돼 있어야 하며 각종 전기안전을 만족해야 한다.
④ 급속 충전을 위해서는 차량내의 BMS와 유기적인 통신 기능이 있어야 하며 국제 규격을 만족해야 한다.
⑤ 전력량 계측, 요금 산정 및 정산, 충전 상태 표시 등과 같은 주차장용 충전 설비에서 언급한 기본 기능들이 구비돼 있어야 한다.

충전 인프라의 표준화 현황

EV 충전 인프라에 대해 북미 자동차협회(SAE), 보험업자연구소(UL), 국제전기위원회(IEC), 일본 전기자동차협회(JEVA) 및 KS 규격 등을 통해서 표준화 현황을 조사했다. 표 1은 각 규격에서 제정된 표준화 현황을 나타내고 있다.

충전 인프라의 해외 동향

미국은 1991년 IWC(Infrastructure Working Council)를 구성하여 충전 인프라의 레벨을 표 2와 같이 3개의 레벨로 구분하여 NEC Article 625에 반영했다. 충전 인프라 설치 장소로는 주택용 차고, 아파트, 상업 시설로 구분하고 PHEV의 경우 레벨 1과 2까지만 적용하도록 했다. 또한 DoE(Department of Energy)에서는 2007년부터 수행한 “PHEV용 충전 인프라 재검토” 보고서를 2008년 11월 발표하면서 PHEV 운전 패턴 분석, 충전 파라미터 분석, 충전 인프라 비용 분석 등에 대한 결과를 보고했다.
많은 충전 인프라 관련 업체 중에서 미국 캘리포니아에 본사가 있는 베터 플레이스(Better Place) 사는 100마일 이하 거리는 배터리를 충전하고 100마일을 넘는 거리는 배터리를 교체하는 개념을 제시하고 이스라엘을 비롯한 덴마크, 일본, 미국, 유럽 등에 구현중에 있다. 이 개념에서 소비자는 회원으로 가입해 전기 구매 계약을 체결하고 자동차 회사에서 배터리를 제외한 가격으로 EV를 구매한 후 주행거리를 기준으로 요금을 지불하게 된다. 베터 플레이스 사는 배터리 충전소와 교환소의 네트워크를 구축하고 소비자가 구입한 EV의 배터리를 구매 및 운영하고 에너지 회사와 공동으로 요금 시스템을 구축하는 역할을 하고 있다. 또한 콜롬 테크놀로지스(Columb Technologies) 사는 미국 캘리포니아 소재 벤처기업으로 스마트렛 시스템(Smartlet system)을 개발해 설치하고 휴대폰 통신방식으로 통신하는 개념을 제시, 여러 가지 요금 제도를 도입하여 시험 운영중이다.
영국은 CO2 배출량의 22%를 차지하는 도로 수송 시스템의 CO2 감축을 위해 전기 수송 시스템을 추진하고 있다. 2008년 10월 영국의 사업기업규제개혁부(Department for Business Enterprise & Regulatory Reform, BERR)와 교통부(Department for Transport, DfT)가 공동으로 작성한 “수송 부문에서 EV 및 PHEV로의 변경에 대한 전망 조사” 보고서에 따르면, EV의 인프라 구성을 다음과 같이 예상하고 있다.

- Home charging (240 V / 13 A 또는 16 A)
- Public charging points
- Commercial vehicle - Depot charging
- Fast charging stations
- Battery exchange