무선 충전

충전 스트레스에서 해방··· 표준규격 Qi는 '氣' 에서 유래했대요

지난 9일 국내 연구진이 스마트폰과 전기자동차 등을 무선으로 충전할 때

충전 효율이 떨어지는 문제를 개선하고 고효율 무선 충전 시스템을 개발했습니다.

충전 대상 기기가 놓인 위치나 방향 등에 따라 전송 효율이 감소해 전기가 낭비되는 것을 방지하는 거죠.

최근 스마트폰 등 배터리를 전원으로 작동하는 무선 기기가 널리 사용되고 있습니다.

콘센트와 케이블을 사용하지 않고 어디서나 전자 기기를 사용할 수 있게 된 거죠.

무선 기기가 보편화하면서 우리는 매일 전자 기기의 배터리를 충전하고 있습니다.

스마트폰, 노트북에서 이제 자동차까지 충전하는 것이 일상이 되고 있어요.

매일 기기를 충전기에 연결하지 않아도 충전이 된다면 어떨까요?

이를 가능하게 하는 기술이 바로 무선 충전 기술이에요.

기본 원리는 코일 간 전자기 유도

수십 cm 떨어져 있어도 충전 가능한

공진유도방식 차세대 기술로 주목

미래에는 어디서나 충전될 거래요

◇ 전자기 유도로 접촉 단자 없이 충전

최근 출시되는 많은 스마트폰에는 무선 충전 기술이 적용돼 있습니다.

스마트폰 무선 충전 기술은 세계무선충전협회(WPC)가 주도하는 'Qi(치)' 방식입니다.

이 단어는 한자 '기(氣)' 의 중국어 발음에서 따온 말인데요.

무협 영화를 보면 주인공들이 손대지 않고 상대를 제압하고 기를 폭발시켜 장풍을 쏘곤 하죠.

보이지 않는 기를 제어해 에너지를 보내는 것처럼 무선으로 전기에너지를 보내 배터리를 충전하는 방식이라는 거죠.

무선 충전의 기본 원리는 전자기 유도입니다.

둥그런 코일에 전기를 흘려보내면 전기가 코일을 따라 돌면서 자력이 생겨요.

전자기가 만들어진 거죠.

전자기 에너지는 직접 닿지 않아도 다시 코일을 가까이 대면 가까운 거리에 전해질 수 있어요.

전기가 전자기기 속 코일에 말 그대로 '유도' 되면서 전해지고,

이를 기존 충전 케이블의 전기가 통하는 길에 이어주면 전선을 통해 흘러들어온 것과 똑같은 전력이 배터리로 들어가게 돼요.

전자기 유도 방식에는 'PMA' 기술도 있습니다.

건전지를 만드는 회사로 잘 알려진 듀라셀 파워매트가 주도했던 기술이에요.

PMA는 충전 효율을 높이고, 스타벅스 등 공간과 서비스를 중요하게 여기는 기업들과 함께하는 전략을 펼쳤어요.

하지만 스마트폰을 만드는 기업들은 Qi 방식을 적극적으로 활용했고 PMA 방식은 찾아보기 어렵게 됐죠.

그래픽=김영석

◇ 공진 유도해 떨어진 물체도 충전

차세대 무선 충전 기술은 '공진 유도' 방식입니다.

전자기 유도 방식은 쉽게 만들 수 있어 빠르게 보급될 수 있었지만, 치명적인 한계가 있어요.

충전 거리입니다.

전자기가 유도되려면 두 개의 코일이 몇 mm 이내로 맞닿아야 합니다. 코일의 위치도 정확해야 합니다.

한마디로 어딘가에 딱 붙어야 충전이 되죠.

조금 떨어진 물체에도 자유롭게 전기에너지를 보낼 수는 없을까요?

그게 공진 유도 방식의 목표였습니다.

세상의 모든 물체는 충격이나 에너지를 받으면 특정 주파수의 진동에 예민하게 반응하게 됩니다.

이를 고유 진동수라고 해요.

기타 줄이 저마다 다른 소리를 내는 것도 줄마다 고유 진동수가 다르기 때문입니다.

줄을 튕겼을 때 각각의 현이 반응하는 진동만 남아 특정 음을 내는거예요.

이 고유 진동으로 만들어진 진동 에너지는 다시 똑같은 고유 진동수를 가진 물질과 만나면 그 물체를 흔들어요.

공진이라는 말처럼 함께 진동하는 겁니다.

소리굽쇠 두 개를 가까이에 두고 한쪽을 세게 치면 옆에 있던 소리굽쇠도 따라서 울리는 것과 같죠.

공진 유도 방식 무선 충전은 공진 주파수로 진동하는 자기장을 만들어 전력을 실어 보내요.

이 진동 자기장은 소리처럼 사방으로 번져나가다가 똑같은 공진 주파수에 반응하는 수신 코일을 만나면 에너지를 전달하지요.

전자기 유도 방식과 비슷하지만, 전기에너지를 실어 나르는 매개체가 다릅니다.

이 방식은 전자 기기와 무선 충전 패드가 딱 맞붙지 않아도 충전이 가능합니다.

신호 세기에 따라 다르지만, 현재 기술로는 수십 cm 정도는 전력을 실어 나를 수 있다고 해요.

공진 유도 방식 충전기 주변에 있는 소파에 앉으면 따로 손대지 않아도 스마트폰이 저절로 충전이 되는 거죠.

이 충전기가 곳곳에 놓여서 수시로 충전이 이뤄진다면 우리는 충전이라는 스트레스에서 완전히 벗어날 수 있습니다.

충전이 자유로워지니 스마트폰이나 노트북의 배터리 크기를 줄일 수 있고, 그만큼 기기가 작고 가벼워질 수 있죠.

많은 기업이 공진 유도 방식으로 무선 충전 기술을 고도화하려고 했지만,

공진 주파수가 우리 몸에 영향을 끼칠 것이라는 우려가 있어요.

비용 등 아직 해결해야 할 부분이 많죠.

◇ 전기차 인프라 구축 방식으로 주목

전기차가 빠른 속도로 보급되면서 무선 충전이 전기자동차 충전 인프라 구축에서 중요한 역할을 맡을 것이라는 전망이 나오고 있습니다.

현대자동차는 이달 전기차 전용 플랫폼을 공개하면서 "차량 쪽에서 전기를 받아줘야 하는 부분과 인프라로 바닥에서 전기를 만들어서 전달해주는 통신부 등 양쪽 기술을 다 개발하고 있다"며

"시장 환경 변화에 따라 적용 시점이 다를 수 있지만, 차량에 (무선 충전 기술을) 장착한다" 고 밝혔어요.

주차장에 무선 충전기를 두면 주변의 전기자동차들이 따로 충전 케이블에 연결하지 않아도 배터리를 채울 수 있다는 장점이 있어요.

땅속에 묻어 두거나 바닥에 깔아 두면 설치 공간의 부담이 줄어들죠.

곳곳에서 수시로 충전되기 때문에 충전에 대한 시각적 부담이 많이 줄어들 수 있습니다.

주차장뿐 아니라 도로 곳곳에 무선 충전기가 있다면 신호 대기 중에도 충전이 가능할 수 있어요.

-조선일보

-최호섭·IT칼럼니스트