전기차 배터리, 200초만에 충전할 수 있게 되나

GIST, 초고속 충전기술 개발…고속열차, 원자로 등에도 활용 가능

국내 연구진이 전기차 배터리 충전을 200초 만에 완충하는 혁신적인 기술을 개발했다.

전기차 충전 시스템뿐만 아니라, 초저온 냉각 케이블, 고속열차, 모노레일, 송전선 등 고전류를 전송하는 다양한 분야에 활용할 수 있다. 또 원자로, 석유 및 천연가스 시추시설 등 고온의 중심축이 통과하는 환형관 구조를 가진 장치에도 응용 가능하다.

광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 기계로봇공학부 이승현 교수 연구팀이 고성능 전기차 배터리 충전 시간을 내연기관 차량의 주유 시간인 3분 20초(200초) 이내로 단축할 수 있는 혁신적인 충전 케이블 냉각 기술을 개발하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

200초 고속 충전 기술을 개발한 GIST 기계공학부 노현석 석사과정생, 이승현 교수, 정해인 박사과정생.(왼쪽부터)(사진=GIST)

200초는 100kWh 전기차 배터리(테슬라 모델S, 기아 EV9 급 고성능 전기차 배터리)를 80%까지 충전하는 데 소요되는 시간이다.

연구진은 급속 충전시 통상 30분이상 걸리는 이유부터 분석했다.

이 분석에 따르면 △열전도도가 낮은 충전 케이블과 △발열을 효과적으로 냉각하지 못하는 것이 주 원인으로 봤다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 급속 충전 조건에서의 냉각 루프를 활용했다. 또 수평 환형관 구조에서 절연유체 사용으로 발열 케이블을 효율적으로 냉각하는 방법을 찾았다.

연구팀은 냉각 실험 데이터를 기반으로 7m 상용 충전기 케이블에 대한 예측 결과, 800Vdc 전기차 배터리 기준으로 1천440㎾(1800A)급 충전이 가능하다는 결론을 도출했다. 이는 세계에서 가장 빠른 640㎾(800A)급 급속 충전기보다 2배 이상 빠른 충전 속도다.

이승현 교수는 “이번 연구 성과는 전기차 충전 시간을 크게 단축할 수 있는 기술적 토대를 마련했다는 점에서 전기차 사용의 편의성을 획기적으로 향상시킬 것"으로 기대했다.

전기차 급속 충전 시 절연유체를 활용한 과냉각 비등유동 냉각 컨셉 이미지.(B)그림은 충전기 내부 도체 케이블 냉각을 위한 냉각액 루프 모식도다.

이번 연구는 GIST 기계공학부 이승현 교수의 지도아래 정해인 박사과정생과 노현석 석사과정생이 수행했다.

연구는 한국전력공사 전력연구원과 과학기술정보통신부 중견연구사업의 지원을 받았다.

연구 결과는 열전달 분야의 국제학술지(International Communications in Heat and Mass Transfer)에 9월 19일 온라인으로 게재됐다.