[아롱 테크] 많게는 7개, 전기차 충전 커넥터는 왜 이렇게 많은 구멍이 필요할까?

완성차가 요즘 출시하는 전기차는 충전 커넥터가 하나로 통일돼 있어 큰 어려움이 없지만 초창기 모델은 모델마다 모양이 달라 차량규격에 맞는 충전기를 찾아야 하는 불편이 있었습니다. 전기차는 가정이나 공용충전소에 설치된 급속 및 완속충전기나 가정용 충전기를 차량에 연결해야 합니다.

전기차와 외부 충전기를 연결해 주는 것을 충전 커넥터 또는 EVI(Electric Vehicle Inlet) 라고 합니다. 충전 커넥터와 충전구 종류는 국제전기표준회의(ICE, International Electro-technical Commission)에 의해 DC 콤보(DC Combo)1과 DC 콤보2, 차데모, AC3상, GB/T 등 크게 다섯가지 방식이 사용됩니다.

국내에는 DC 콤보1과 차데모, AC3상 등 세 가지 규격을 혼용하면서 충전방식에 대한 불편함을 호소하는 전기차 운전자와 충전기 제조사 생산비용 증가 등의 이유로 꾸준히 표준화 요구가 제기됐습니다. 이에 따라 국가기술표준원은 지난 2017년 12월 한국산업규격(KS규격)을 개정해 국내 전기차의 급속충전방식을 DC 콤보1로 통일했습니다.

충전 커넥터가 하나의 표준으로 규격화됨에 따라 전기차 운전자들은 차종에 따라 서로 다른 충전기를 사용해야 하는 불편함을 덜 수 있게 됐습니다. 충전기 제조사 역시 제조원가를 절감할 수 있게 됨은 물론 충전기 사용에 대한 안전성을 향상시킬 수 있게 됐죠.

또 전기차 충전사업자는 충전기 유지관리비용을 줄이고 전기차 제조사도 통일화한 충전구 전기차 생산으로 생산효율을 높일수 있게 됐습니다. 정부도 하나의 충전방식 보급에 주력할 수 있게 되면서 충전 인프라 확장에 속도를 낼 수 있게 됐습니다. 

국내 전기차 충전커넥터의 표준으로 자리잡은 DC 콤보1 방식은 직류와 교류전원을 동시에 사용할 수 있어 하나의 전기차 충전구로 완속충전과 급속충전을 모두 이용할 수 있는 것이 장점입니다. 또한 충전시간이 기존 AC 3상 방식보다 빠르고 차데모 방식에 비해 차량 정보통신에도 유리합니다. 

한국자동차공학회 연구결과에 따르면 충전 커넥터가 표준화되기 전 2017년까지 보급된 전기차 가운데 약 67%가 DC 콤보1 방식을 적용한 것으로 조사된 바 있습니다. 참고로 미국과 우리나라는 5핀 방식, 유럽은 7핀짜리 커넥터를 사용하고 있지요.

콤보 방식은 자동차 제조사 입장에서 급속과 완속용 커넥터를 한 개만 장착하면 되므로 디자인이나 생산비용 측면에서 유리한 점이 많습니다. 또 5핀 콤보와 7핀 콤보는 충전구 형상만 다를 뿐 충전 관련 하드웨어와 소프트웨어를 공유할 수 있습니다. 

DC 콤보1 방식은 앞서 설명드린 바와 같이 완속충전과 급속충전을 하나의 충전구로 번갈아가면서 사용할 수 있습니다. 전기차 충전구를 열어보면 5개 핀으로 구성된 동그란 완속 충전구가 보입니다. 그리고 완속충전구 아래쪽에 있는 별도의 보호 캡을 제거하면 2핀짜리 급속충전구가 있습니다.

완속충전을 할 경우 위에 있는 동그란 5핀 커넥터에 완속충전용 커넥터를 연결하고, 급속충전을 할 경우에는 완속충전과 급속충전 커넥터가 일체형으로 된 급속충전 커넥터를 연결하면 됩니다. 충전구 충전 핀은 각각 고유한 역할을 하고 있습니다. 우선 완속충전구를 살펴보면, 역삼각형 모양으로 3개의 충전 핀이 있는데 교류전기를 사용하기 때문에 극성(+/-)이 없는 대신 위쪽 두 개의 핀중 하나는 중성, 또 다른 한 핀은 위상이라고 부릅니다. 아래쪽에 있는 나머지 하나의 핀은 접지를 위한 핀이지요.

우리가 흔히 가정에서 사용하는 전원 콘센트나 멀티탭을 보면 전원선을 꽂은 두 개의 핀과 함께 철심이 노출되어 있는데 이 철심이 바로 접지 커넥터입니다. 가정용 전기차 완속충전기를 연결할 때 이 접지 커넥터가 없는 오래된 가정집의 전원콘센트나 멀티탭에 완속충전기를 연결할 경우 접지신호가 없어 충전을 할 수가 없습니다.

3개의 충전 핀 양쪽에는 조금 작은 두 개의 커넥터가 있는데요. 하나는 충전 커넥터가 충전구와 정확하게 연결돼 있는지를 감지하는 센서가 연결돼 있습니다. 충전기가 제대로 물리지 않으면 커넥터 핀이 이를 감지해 충전이 되지않고, 충전구에 적색 램프를 점등하거나 계기판에 이상유무를 알려줍니다.

또 다른 하나의 핀은 통신선으로 전기차와 충전기간에 통신을 주고받아 충전량이나 충전과금 등을 인식하고 알려주는 역할을 합니다. 급속충전기를 사용할 경우에는 직류 전원을 사용하기 때문에 완속충전구 아래쪽에 있는 두 개의 급속충전용 핀을 사용합니다.

직류는 극성을 가지고 있기 때문에 하나는 양극(+), 다른 하나는 음극(-) 커넥터이지요. 그런데 왜 급속충전커넥터는 완속충전구와 함께 일체형으로 되어있을까요? 그것은 급속충전을 할 때에도 완속충전구에 있는 접지 핀과 통신커넥터, 그리고 충전커넥터가 제대로 물려있는지 감지하는 커넥터 등 3개의 핀을 사용하기 때문입니다. 콘센트의 크고 작은 구멍과 핀들이 각각 다른 역할을 하면서 전기차를 안전하게 충전할 수 있게 하는 거지요.

김아롱 칼럼니스트/[email protected]