자동차는 자율주행, 충전기는 무인충전!

자동차는 자율주행, 충전기는 무인충전! 편의·안전 높이고 충전 분쟁 해소하는 무인 충전 모던텍·시그넷 등 로봇팔 충전...충전효율↑·사고↓ 폭스바겐·에바 등 이동 충전기...‘보조배터리’ 역할 이동 충전에 자율주행 결합하려면 법·제도 보완 필요

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테슬라가 개발한 무인 충전기 스네이크봇(Snakebot)이 테슬라 모델S를 충전하기 위해 충전구를 찾고 있다.

자율주행이라는 단어가 익숙한 시대가 됐다. 부산에서 서울까지 자율주행차에 몸을 싣고 휴식과 수면을 취하면서 올라오는 모습은 자율주행을 아는 누구나 상상해봤을 장면이다. 아직 실현되지는 않았지만 우리는 교통 상황과 주변을 인지하며 알맞은 주행 속도로 안전하게 이동하는 자율주행 전기동력차를 기대하고 있다.

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그럼 미래의 전기차 충전기는 어떨까. 운전을 자율주행차에 맡긴 운전자가 차에서 내려 충전기를 꼽는 것이 오히려 부자연스러울 수 있다. 무인 충전 기술은 이런 생각에서 시작됐다. 그리고 현재 글로벌 업체, 국내 주요 충전업체들이 로봇 충전과 이동형 로봇 충전 등 무인 충전 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

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◆지상 로봇팔부터 천장형까지...모던텍·시그넷·펌프킨 등 개발

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2015년 8월 테슬라 유튜브에 한 영상을 올라왔다. 여러 개의 관절로 이어진 길쭉한 로봇(충전케이블)은 뱀처럼 몸을 구부려 테슬라 충전구를 찾아 연결해 충전을 시작했다. 이 로봇의 이름은 스네이크봇(Snakebot)이다. 당시 이 영상은 업계뿐만 아니라 세상을 놀라게 했다. 전기차 운전자가 차에서 내릴 필요 없이 전기차를 충전할 수 있고 로봇이 다수의 차량에 충전 케이블을 연결할 수 있는 환경이 된다면 완충된 차가 비키지 않아 충전 불편을 겪는 상황을 해소해 줄 수 있다는 기대감 때문이다. 더 나아가 자율주행 기술과 결합되면 완전 무인으로 자율 충전이 가능해질 것으로 보았다. 현재 6년이 지난 지금도 테슬라는 프로토타입이었던 스네이크봇을 상용화하지 않고 있다. 하지만 국내 업체들은 곧 상용화를 눈앞에 두고 있다.

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모던텍의 천장형 무인로봇충전시스템(RACS).

모던텍은 국내에서 ‘로봇팔(머니플레이터)’ 무인 충전으로 이미 유명세를 떨친 전기차 충전기 제조업체다. 예전부터 전기차 관련 행사를 가면 자동으로 전기차 충전구를 찾아 충전기를 꼽고 옆으로 이동해 다른 차에 꽂혀 있던 충전기 커넥터를 회수하는 모던텍의 충전시스템을 전시해 왔다.

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모던텍의 무인 로봇 충전 솔루션은 이동형 레일과 로봇을 결합한 형태로 충전 구역에 전기차를 주차하면 로봇이 레일을 타고 이동하면서 충전기의 케이블을 직접 들고 전기차에 연결해 충전을 진행한다. 로봇의 이동성이 양옆으로 제한되는 형태지만 충전기 설치에 따라 로봇 1대로 20대의 전기차를 담당할 수 있다.

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최근에는 2세대 무인 로봇 충전기 솔루션을 개발에 상용화를 진행하고 있다. 1세대 무인 로봇 충전기의 경우 산업 환경에서 쓰이는 로봇 형태와 비슷했으나 2세대에서는 AI기반 루프 타입(천장형)을 적용해 자유도를 높였다. 천장형은 전기차마다 다른 충전구 위치와 충전 설치 제약을 최소화하는 장점을 가져 로봇충전 시스템에서 대세가 됐다. 현재 한국기계전기전자시험연구원(KTC)에서 실증 테스트를 진행했으며 상용화를 앞두고 막바지 연구에 매진하고 있다.

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김성두 모던텍 대표는 “로봇 충전기 솔루션은 충전기 감전사고, 폭발사고 등을 방지할 수 있고 사회적 약자를 위해서도 사용될 수 있다”고 말하면서 “자율주행차 시대가 오면 주차와 충전도 자율주행 기반으로 진행되기 때문에 무인 충전 기술도 함께 발전할 것”이라고 말했다.

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시그넷이브이 로봇기반 급속자동충전시스템 개념도.

시그넷이브이도 로봇 기반 급속 자동 충전시스템을 개발하고 있다. 2020년 6월부터 한국에너지기술평가원 연구과제인 ‘로봇 기반 전기자동차 자동충전시스템 연구개발(총 204억원)’의 주관사업자로 선정돼 현재 2차 실증을 진행 중이다.

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1:N 전기차 급속 자동 충전 시스템은 사용자가 직간접적 사용에 대한 설비 안전성을 갖추고 추가확장성도 확보하기 위해 협동로봇 방식을 채택했다. 천장에 있는 레일로 로봇팔(충전 커플러) 이동해 충전기 1대로 최대 8대까지 수용가능하다. 충전구 위치가 달라도 코나, 니로, 소울, 아이오닉5 등 전기차 충전구를 알아서 찾아 충전해 준다.

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전기버스 대용량 급속 충전인프라 분야 선두기업 펌프킨도 무빙 로봇이 탑재된 하나의 팬터그래프를 통해 4대 이상의 차량을 자동 충전하는 팬터그래프 자동충전시스템 원천 기술을 확보 했다. 최용길 펌프킨 대표는 “펌프킨의 팬터그래프 자동충전시스템은 기존의 무거운 플러그인형 충전방식에 비해 사람이 직접 충전하지 않아 안전성이 뛰어나고 충전효율이 높다”며 “이를 통해 충전 전담 인력이나 충전 수당에 대한 문제를 해소하는 등 고객 만족도를 높일 계획”이라고 말했다.

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이외에도 대영채비는 겐트리크레인(천장형) 방식의 무인 자동 충전 기술을 개발해 실증 중에 있으며 실증 완료후 독일에 수출한다는 계획이다.

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◆전기차 찾아가는 이동형 충전기...자율주행 결합 위해 제도 보완해야

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무인 충전은 자율주행 시대에 걸맞은 편의성 추구라는 목적도 있지만 무엇보다 전기차 충전인프라의 문제 해결이라는 목적이 강하다. 이런 요구를 해소하기 위해 2020년 12월 폭스바겐 계열 폭스바겐그룹 컴포넌트(Volkswagen Group Component)’는 ‘이동형 전기차 충전 로봇’ 시제품을 개발했다. 이 기술은 운전자가 주차장에서 스마트폰 앱이나 V2X 커뮤니케이션을 활용해 호출하면 로봇이 이동형 배터리를 충전이 필요한 전기차까지 이동시켜 충전을 시키는 방식으로 이뤄진다.

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폭스바겐의 ‘모바일 충전 로봇’의 프로토타입.

폭스바겐 관계자는 “한 대의 로봇이 주차장을 이리저리 오가면서 충전용 배터리를 이동시킴에 따라 전기자동차 충전을 위한 별도의 주차공간을 따로 마련하지 않아도 된다”며 “충전이 완료된 이후에도 계속 충전 전용 자리를 차지하고 있는 불합리함을 해결할 제품”이라고 강조했다.

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충전 로봇은 레이저 스캐너, 초음파 센서, 카메라 등을 탑재하고 있어 장애물이나 사람을 피해가면서 전기자동차로 이동할 수 있다. 충전을 필요로 하는 차량에 접근한 후 충전 로봇은 로봇팔을 이용해 전기자동차의 충전 포트 덮개를 열어 이동형 저장장치와 연결한다. 충전이 완료된 후에는 에너지 저장장치를 회수해 원래의 위치로 되돌아간다. 에너지 저장장치는 DC 충전 방식을 이용해 자동차에 최대 50kW의 전원을 공급할 수 있다.

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세계적으로는 중국 상해에 본사를 둔 ‘Aiways’가 대표적이다. 2020년 전기차 충전 자율주행 로봇 ‘CARL’을 개발하고 유럽과 중국 전역에 7개 특허를 냈다. 폭스바겐과 마찬가지로 스마트폰으로 호출해 사용하며 현재는 실증을 거치고 있는 단계다.

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에바(EVAR)의 이동식 전기차 충전기. 자율주행으로 전기차를 찾아 이동하고 있다.

국내에서는 에바(EVAR)가 ‘이동형 전기차 충전기’ 분야에서 가장 앞장서 있다. 에바는 스마트폰 보조배터리에서 모티브를 얻어 이동형 충전기를 개발했다. 에바는 이후 주차장에서 자율주행이 가능한 시스템을 탑재시켰고 전기차마다 충전 포트 위치가 다르기 때문에 자동 충전하는 도킹 시스템을 개발했으며 거기에 탑재되는 배터리까지 구성했다.

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에바의 자율주행 이동형 충전기는 아파트 등 공동주택이나 대형건물 공동주차장에 적합한 솔루션이다. 고정식 충전기처럼 특정 주차 공간을 점유하지 않아도 되는데다 제품 크기 자체도 1개 주차면의 10분의 1정도 밖에 되지 않아 구석구석 자투리 공간에 설치하면 된다는 장점이 있다.

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현재는 자율주행에 대한 접촉사고 및 보험, 법·규제 기준이 없어 ‘수동 이동형 전기차 충전기’를 먼저 개발했다. 이훈 에바 대표는 “자율주행 충전기는 제주도 전기차 충전 서비스 규제자유특구와 인천국제공항에서 실증하고 있으며 곧 만나 볼 수 있을 것”이라고 말했다.

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정부도 자율주행 로봇 충전의 중요성을 인식하고 산업을 육성한다는 방침이다. 지난 9월 과학기술정보통신부는 ‘제20차 신기술‧서비스 심의위원회’를 개최하고 ‘전기 자동차 무선 충전 서비스', ‘실내‧외 자율주행 배달 로봇’ 등을 포함한 총 13건의 과제에 실증 특례를 승인했다. 또 한국로봇산업진흥원은 ‘한국판 뉴딜 종합 계획’과 ‘로봇산업 선제 규제 혁신 로드맵’을 통해 ‘전기 자동차 자동 충전 로봇’을 포함한 ’수요기반 맞춤형 서비스 로봇 개발·보급 사업’ 분야를 육성하기로 했다.

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다만 현재 우리나라는 자율주행에 대한 법·규제 등의 기준이 모호한 실정이다. 이경현 한국인사이트연구소 소장은 “전기 자동차 충전 로봇이 움직이다가 혹시 모를 접촉사고를 내면 책임 소재를 두고 논란이 있을 수 있다”며 “보험과 법 등과 관련해 제도가 미흡한 상태지만 최근 정부 차원의 지원과 규제 샌드박스 허용 등 다방면에서 관심을 보이고 있기 때문에 차츰 해결될 것”으로 전망했다.

 

 

 

 

(출처:http://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=227662)