백주원 박사. /사진제공=한국전기연구원내 연구진이 개발한 ‘반도체 변압기’ 기술이 차세대 E-모빌리티의 급속 충전 인프라 확대에 크게 기여할 것으로 주목받고 있다.
한국전기연구원(KERI) 전기추진연구센터 백주원 박사팀은 효성과 중앙제어와 함께 ‘반도체 변압기를 활용한 전기차 급속 충전기’를 개발했다고 13일 밝혔다.
변압기는 전압을 원하는 값으로 바꾸어 주는 장치다. 흔히 도로에서 많이 발견되는 전봇대의 주상변압기는 22.9kV(국내 배전 전압 기준)의 큰 교류 전압을 220V 또는 380V로 낮춰주는 역할을 한다. 그리고 대부분의 전자기기는 직류를 기반으로 작동하기 때문에 교류를 직류로 바꾸는 컨버터가 반드시 필요하다.
최근 4차 산업혁명 시대를 맞아 우리가 사용하는 많은 제품의 전기화(Electrification)가 이루어지고 있다. 이러한 제품에는 에디슨의 직류를 사용하는 것이 보다 효율적이므로, 반도체 변압기도 큰 주목을 받고 있다. 반도체 변압기는 전력·전자 기술을 이용해 전통적인 변압기를 대체하는 새로운 형태의 전력변환 기기다. 기존 변압기와 비교해 자유롭게 전압과 전류를 조절할 수 있고 무게와 부피, 시스템의 단순화 측면에서도 유리해 국내외에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.
KERI의 성과는 전기 에너지를 고전압 교류에서 저전압 직류로 바꾸는 고성능 반도체 변압기를 개발하는 것을 넘어 이를 에너지 저장장치와 동시에 연결하여 전기차 급속 충전까지 활용할 수 있는 ‘올인원 시스템’을 구축한 것이다.
국내 배전 전압은 해외보다 높기 때문에 안전성 확보 및 각종 스위치 모듈의 직렬 구성 등 반도체 변압기 관련 기술 난이도가 매우 높다. 백주원 박사팀은 약 10년 이상의 연구개발을 거쳐 반도체 변압기에 필요한 제어/회로/설계/해석/절연 기술을 확보해 왔고, 직류 에너지의 활용도를 높이기 위해 다른 에너지원과 부하를 연결할 수 있는 구조도 개발했다.
KERI의 ‘반도체 변압기 활용 전기차 급속 충전기(1,000kW급)’는 50kW에서 1,000kW까지 다양하게 충전 포트 수와 용량을 구성할 수 있다. 연구팀은 또한 그동안 부피와 무게 문제로 충전 설비를 구축하기 어려웠던 도심의 협소 공간에도 충전기 설치가 가능하도록 만드는 핵심 원천기술 개발에도 성공했다.
이번 성과는 전기차 외에도 E-모빌리티 초급속 충전기, 고속철도 및 전기선박의 추진 전원, 에너지저장장치(ESS) 및 신재생 연결 전력변환장치 등 다양한 직류 전원 분야에 응용될 수 있다.
KERI 백주원 박사는 “반도체 변압기는 기존에 활용되던 전력변환장치와 관련한 모든 응용 분야에 적용이 가능하며, 앞으로 우리가 사용하는 직류 기기가 많아질수록 활용 분야는 더욱더 넓어질 것이다”라고 전하며 “반도체 변압기의 절연 능력 향상 및 가격 경쟁력 확보, 활용성 제고를 위해 연구개발에 계속 힘쓰겠다”고 밝혔다.
연구팀은 개발 기술의 높은 수준을 인정받아 지난해 전력전자학회 우수 논문상을 받았고, 최근에는 변압기 제조업체인 동우전기에 기술이전까지 성공했다. 기술료는 2.2억원이다. 이번 성과와 관련한 국내 특허 출원도 다수 완료한 KERI는 기술이전 업체와의 지속적인 협력을 통해 반도체 변압기의 조기 제품화·양산화를 추진한다는 목표다.
