고효율 무선 충전 시스템을 개발한 인천대 안덕주(왼쪽) 교수와 김도현 박사.국내 연구진이 스마트폰이나 로봇·전기차 등을 무선 충전할 때 효율을 높인 무선 충전 시스템을 개발했다.
인천대 전기공학과의 안덕주 교수와 김도현 박사팀은 무선 충전 장치 내에 여러 대의 무선 전력 전송 장치에 공급하는 전기를 전력 전송 장치와 충전 대상 기기 사이의 자기장 결합 비율에 따라 조절하는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
현재는 무선 전력 전송 장치를 여러 대 사용하더라도 충전할 기기가 놓이는 위치와 방향에 따라 충전 효율이 떨어지는 문제가 크게 개선되지 않고 있다. 3개의 무선 전력 전송 장치를 탑재한 무선 충전 장치의 경우 기기에서 가장 가까운 전력 전송 장치는 충전에 큰 역할을 하지만 나머지 전력 전송 장치 2개에 공급되는 전기는 낭비되는 비율이 높다.
연구팀은 무선 충전 시스템에서 전력 전송 장치 각각의 송신 코일과 충전 대상 기기의 전력 수신 장치 코일 사이의 자기장 결합 비율에 따라 전력 전송 장치 코일에 공급하는 전류를 조절해 무선 전력 전송 효율을 높이는 방법을 개발했다. 무선 전력 전송 장치 3개와 전력 수신 장치의 자기장 결합 비율이 60 대 30 대 10일 경우 전력 전송 장치 3대에 똑같이 전류를 공급하는 기존 방식과 달리 전류도 60 대 30 대 10의 비율로 공급하는 식이다.
연구팀이 이 입력 전원 제어장치와 작동 방식을 무선 충전 장치에 적용한 결과 478W의 전력이 79%의 효율로 전송됐다. 이를 무인운반차(AGV) 충전용 무선 충전 장치에 적용한 결과 3개의 무선 전력 전송 장치에 똑같이 전류를 공급하는 충전 장치와 1개의 전력 전송 장치만 사용하는 충전 장치보다 충전 효율이 각각 8.7%와 6.1% 향상됐다.
안 교수는 “전력 수신 장치가 이동하더라도 자기장 결합 비율을 자동으로 파악해 전류 공급을 최적으로 제어하는 수학적인 이론과 시스템을 처음으로 제안했다”고 설명했다. 이 연구는 국제전기전자학회(IEEE)가 발행하는 ‘IEEE 전력전자 학술지’에 게재됐다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
