와이파이? 이제는 와이파워(Wi-Power) 시대!

사물인터넷(Internet of Things)이 보편화되며 시간과 공간의 제약 없이 인터넷을 사용할 수 있게 되었다. 이처럼 스마트 기기의 사용 자체는 시공간의 제약이 거의 없어졌지만, 아직 기기를 충전하는 데 있어서는 공간적 제약이 존재한다. 전기가 공급되는 곳에서 선을 통해 충전해야 하기 때문이다. 기존 배터리 충전의 불편함을 보완하고자 나온 보조 배터리조차 따로 충전해야 한다는 점에서 근본 해결책이 되지는 못한다. 이렇듯 전기선이 연결되어야 충전이 가능한 점을 해결하고자 나온 것이 바로 무선전력전송(Wireless Power Transmission) 시스템이다. 이러한 시스템이 발전한다면, 인터넷 케이블의 직접적 연결 없이 인터넷을 쓸 수 있는 Wi-Fi 존처럼 전기선의 직접적 연결 없이 기기를 충전할 수 있는 Wi-Power 존이 생길 것이다.

미래의 무선전력전송 시대

출처 : 데이터넷, <ETRI, 자기공명형 무선전력전송 시스템 기술 개발>

무선전력전송시스템이란?

무선전력전송 시스템은 말 그대로 전선 없이 전력을 전송할 수 있는 기술을 가리킨다.(한경 경제용어사전, 2015.) 이를 구현하는 무선충전방식에는 크게 두 가지가 있다. (아래 표 참고)

먼저 자기유도형 충전방식이 있다. 이는 전력 송신부 코일에서 자기장을 발생시켜 수신부 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 기술을 말한다.(한국정보통신기술협회, 이하 TTA)

다음으로 자기공진형 충전방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달되는 방식을 이용하여 충전하는 것을 뜻한다.(TTA)

무선전력전송시스템의 현주소

자기유도형 무선충전방식은 현재 스마트 기기뿐 아니라 전동칫솔, 무선 다리미 등 여러 가전제품에 활용되고 있다. 심지어 가구회사 이케아에서는 무선전력협회(WPC)의 표준에 따라 무선충전장치가 내장된 가구를 판매하고 있으며, 직접 가구에 설계할 수 있도록 무선충전 DIY 세트 또한 판매중이다. 하지만 자기유도 무선충전방식은 전송 거리가 짧아 무선이라는 장점이 부각되지 않는다. 스마트폰 충전도 패드에 대고 있어야 충전이 가능하다는 단점이 있다.

이러한 거리적 한계점을 보완하기 위해 자기공진형 무선 충전방식이 활발하게 연구되고 있으며, 지난 12월 한국전자통신연구원(ETRI)에서는 1미터 거리에서도 전기자전거를 충전할 수 있는 기술을 개발한 바 있다.

전기자전거의 자기공명식 무선 충전

사진 출처 : ETRI, <ETRI, 무선으로 충전하는 원천기술 개발>

특히 이번 연구성과가 주목되는 이유는 자기공명형 충전방식의 어려움을 극복했다는 데 있다. 이는 같은 주파수에 반응하는 자기공명형 무선충전방식의 특성상 균일한 밀도를 유지해야 한다는 점인데, ETRI는 1미터 이내의 균일장을 형성하는 데 성공했다. 비록 유선 충전 대비 완충 시간이 오래 걸리고 1미터 이내에서 평형을 유지해야 한다는 단점이 있지만, 다소 먼 거리에서의 충전을 가능케 했다는 점에서 자기공명식 무선 충전 기술 개발의 발판을 마련했다.

하지만 거리적 한계를 보완할 수 있는 자기공명형 충전 방식에도 단점이 존재하는데, 바로 인체에 유해하다는 점과 충전 방향에 영향을 받는다는 점이다. 이런 단점을 극복했다는 측면에서 카이스트의 원자력 및 양자공학과 임춘택 교수 연구팀이 성과를 거두었다. 본 연구팀은 50cm 이내 방향에 상관없이 충전이 가능한 장치를 개발하였다. 더불어 자체적으로 개발한 기술을 적용해 기존 자기공명 방식 충전기의 골칫거리였던 유해성을 낮춰 국제 자기장 안전기준(ICNIRP)에도 부합하다.

카이스트 연구팀이 개발한 자기공명 무선전력장치

사진 출처 : 아시아경제, <50cm 이내... 방향 상관없이 무선충전 가능하다>

무선전력전송기술 개발의 전망

앞서 이야기한 무선전력전송 시스템은 자기공명 무선충전방식이 아직 상용화되지는 않았다는 단점이 있다. 하지만 무선충전방시스템에 있어 한국은 앞서나가고 있는 상황이다. 2016년 5월 23일, 미래창조과학부와 TTA가 세계 최초 무선전력전송 표준 ‘공진기 인증시험소로 지정되었다. 이에 따라 국내의 무선충전 인증 서비스를 원스톱으로 보다 빠르게 처리할 수 있게 되었으며, 세계의 무선충전 시험과 인증 시장의 선점 또한 기대된다.

참고자료

TTA, <무선전력전송시스템 국제 표준화 동향>

ETRI, <ETRI, 무선으로 충전하는 원천기술 개발>, 2015.

아시아경제, <50cm 이내... 방향 상관없이 무선충전 가능하다>

아이티데일리, <TTA, 무선전력전송 표준 관련 ‘공진기 인증시험소’ 자격 획득>, 2016.

이데일리, <미래부-TTA, 세계 최초 무선전력전송 표준 ‘공진기 인증시험소’ 지정>, 2016.

전자신문, <ETRI, 자기공명형 무선전력전송 시스템 개발>, 2011.

http://navercast.naver.com/magazine_contents.nhn?rid=1103&contents_id=90457, 2016, 05, 31.

http://m.cafe.naver.com/chomdan11/859, 2016. 05. 31.