아우디, 양방향 전기차 충전 기술을 일상화하다

네트워크 안정성을 높이고 전기 충전 비용을 낮추고 기후 보호에 기여하는 것, 이것이 아우디와 헤이거 그룹(독일 홈 에너지관리 네트워크 기업)이 추구하는 것이다. 전기차를 국가의 전력 네트워크에 편입시키는 것은 양방향 충전에 관한 혁신적인 연구 프로젝트의 핵심이 된다. 특히 태양광 발전과 결합할 경우 다양한 이점이 있다. 초과 생산되는 PV 전기는 저장이 가능하고 필요에 따라 꺼내 사용할 수 있기 때문이다.

아우디는 파리 기후협정이 목표를 달성했으며 2050년까지 라인업을 이산화탄소를 배출하지 않는 모델로 구성하는 목표를 가지고 있다. 이를 위해 아우디는 2050년까지 20여개의 전기차를 출시하는 것을 포함해 다양한 전동화 전략을 펼치고 있다. 또한 전기차는 점점 더 광범위한 모빌리티로 진화해 지속가능한 에너지로 전환하게 되는 중요한 요소가 될 것으로 예측하고 있다.

2020년 상반기 기준 재생에너지는 처음으로 독일 전체 전기 에너지의 50% 이상을 차지했다. 그러나 그 비율이 풍력과 태양열에 편중되어 있다. 전기 생산은 항상 일정하지 않다. 강한 바람이 불거나 날씨에 따라 생산량이 변하기 때문이다.

전기차의 판매가 증가하면서 에너지 저장에 필요한 시설도 같이 늘어난다. 저장 용량을 지능적으로 사용할 수 있게 된다면 많은 이점이 생기게 된다. 아우디와 헤이거 그룹이 공동으로 금융 인센티브를 만들고 공급의 보안성을 강화하는 연구등이 포함된 양방향 충전방식을 개발하게 된 이유가 여기에 있다.

이에 대해 아우디 양방향 충전 기술 프로젝트 매니저인 마틴 뎀은, 전기 모빌리티는 자동차와 에너지를 더욱 밀접하게 만들고 있다. 아우디의 e-트론의 배터리는 단독주택(독일)의 경우 약 1주일간의 에너지를 공급할 수 있다. 미래를 예측해 우리는 이런 잠재력에 접근해 전기차를 네바퀴가 달린 에너지 저장장치로서 에너지를 공급하는 기능도 가질 수 있도록 만들기 위해 노력하고 있다'며 프로젝트를 설명하고 있다.

전기차는 유연한 이동식 에너지 저장장치

이 아이디어는 천재적이며 단순하다. 전기차의 고전압 배터리는 가정에서 월박스를 통해 충전되기도 하지만 이동형 저장 장치로서 주택에 다시 에너지인 전기를 공급할 수 있다. 만약 태양광 시스템을 갖추고 있는 고객이 전기차를 소유하고 있다면 전기차는 친환경 전기 에너지의 저장장치로서 역할을 하게 된다.

일몰 후 자동차는 저장된 전기를 집으로 다시 공급할 수 있다. 자동차에서 집으로 전기를 보내는 것과 집에서 자동차로 전기를 보내는 양방향 충전은 주택 소유자의 전기 사용 비용을 절감하고 네트워크 안정성을 높일 수 있는 잠재력까지 가진다. 가정용 저장장치와 결합한 추가 확장 단계의 예를 들면 정전이 발생해 전기 공급이 안될 경우 전기차의 전기를 사용해 독립적이며 안정적으로 전기를 사용할 수 있게 되는 것이다.

헤이거 그룹의 프로젝트 담당인 율리히 레이너는, '전기차의 배터리를 이용하는 동시에 전기요금을 낮추며 기후보호에 기여하는것은 우리가 처음부터 목표로 했던 것이다. 그리고 우리는 아우디라는 이상적인 파트너를 만났다'며 프로젝트의 미래를 전망했다.

실차 테스트

단순하게 이론적으로 보면 고차원의 기술적 이해력과 인프라스트럭처의 측면에서의 다른 기술적 요소와 실제 자동차 사이의 상호작용이 반드시 필요한것이다. 연구 프로젝트에는 실제 사용 가능한 아우디 e-트론이 동원되었다. 테스트 그리드에서 e-트론은 최대 12kW로 충전이 가능한 DC 월박스와 9kW로 충전할 수 있는 가정용 저장장치를 통해 충전을 진행했다. 그러나 이 방식들은 양방향 충전에 대한 필요한 요구사항들은 아니었다.

전체적으로 DC 전압 레벨 덕분에 PV 시스템과 차량 사이의 연결은 인버터를 필요로 하지 않았고 이 측면에서 볼때는 효율적인 방법이 될 수 있었다.

PV 전기 충전으로 충전 비용 절약

양방향 충전은 주로 주택 소유자가 태양광 시스템을 사용해 생산한 전력으로 충전  비용을 최적화하는 것에 초점을 맞추고 있다. 전기차는 PV 시스템의 잉여 전력을 저장하는 구조가 되며 변동형 전기요금 체계(독일의 경우)를 가진 주택은 전기요금을 고려해 전기차에 저장된 에너지를 집으로 공급하는 방식을  선택할 수 있게 되는 것이다. 

야간 또는 전기요금이 저렴한 시간에 전기차가 원하는 수준까지 충전을 위해 전기를 사용하는 것이 기본이다. 양방향 충전은 순수 비용 최적화를 넘어서 비상시 공급이 가능한 구조다. 정전이 발생할 경우 시스템은 고성능 HV 배터리를 통해 가정으로 에너지를 공급할 수 있고 특별한 장치 없이도 건물 전원을 제어할 수 있다.

개발자들이 보는 일상적인 사용편의성

개발자들은 일상적인 사용 편의성을 가장 중요하게 생각했다. 그래서 '이동성을 유지시키는 것이 중요했다. 고객들이 양방향 충전을 일상 생활에서 쉽게 사용할 수 있도록 모든 젓을 보아야 했다. 지능형 충전 관리는 배터리의 최적 사용을 통한 전체 시스템의 비용 효율을 극대화 해야 한다. 이 양방향 충전 시스템은 사용하기 매우 쉬운데, 고객이 할 일은 플러그를 꽂는 것 뿐이다' 라고 개발자들은 강조한다.

아우디와 헤이거 그룹의 공동 프로젝트는 2가지를 증명할 수 있었다. 자체 PV 시스템을 보유한 고객은 비용과 이산화탄소 소비 측면에서 모빌리티를 최적화 하고 동시에 부담을 덜 수 있다는 것이다. 긍정적인 부가적인 효과는 아우디 전기차를 소유한 고객들은 에너지 전환의 성공에 큰 기여를 할 수 있다는 것이다. 자동차에서 HV 배터리를 지능적으로 사용한다면 이동 목적으로만 사용하던 전기 에너지를 지속가능한 방식으로 사용할 수도 있는 가능성이 생기기 때문이다.

사진:아우디