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“드론∙로봇에게 무선의 자유를” 중전력 무선충전 뜬다
“드론∙로봇에게 무선의 자유를” 중전력 무선충전 뜬다
  • 차종환 기자
  • 승인 2021.05.23 19:05
  • 댓글 0
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30~65W급 사용…향후 수kW 확장
전극 마모∙배터리 탈부착 불편 해방

물류로봇 유망…수직식 충전 대세
이물체 탐지∙금속발열 등 ‘숙제’
물류로봇은 중전력 무선충전이 도입될 가장 유망한 분야로 꼽힌다.
물류로봇은 중전력 무선충전이 도입될 가장 유망한 분야로 꼽힌다.

[정보통신신문=차종환기자]

중전력 무선충전 시장이 급성장하고 있다.

무선충전기술 관련 표준화단체 WPC는 스마트폰 무선충전으로 대표되는 소전력 표준(QI)과 주방가전 표준(Ki) 사이의 전력인 30~65W를 중전력으로 정의하고 있다. 향후 중전력은 수kW까지 확장될 것으로 예상되는데, 그 이상은 전기차 무선충전이 가능한 대전력으로 분류된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 최근 ‘중전력 무선충전 기술 동향(문정익 저)’ 보고서를 통해 중전력 무선충전 기술의 적용사례와 산업계가 해결해야 할 과제를 제시해 눈길을 끌었다.

무선충전 시스템은 대부분 3단계로 구성된다.

△단상 220V 또는 3상 380V의 교류전원을 직류로 변환해 전력전송에 필요한 교류전원으로 재변환하는 단계 △전극이나 코일 또는 안테나를 이용해 무선으로 에너지를 전송하는 단계 △수신된 교류를 직류전원으로 변환해 부하에 직접 전달하거나 배터리를 충전하는 단계다.

중전력 무선충전 시스템도 기본적인 구성은 동일하며 기존보다 우수한 시스템 효율과 충전환경 변화에도 성능을 유지할 수 있는 기술을 확보하기 위해 연구가 진행되고 있다는 설명이다.

중전력 무선충전이 적용되는 분야는 전동공구, 진공청소기, 드론, 전기자전거, 로봇 등이 거론된다. 이들은 현재 접촉식 충전을 하거나 배터리를 본체에서 분리해 별도로 충전하는 방식이 사용된다.

접촉식 충전에서 발생할 수 있는 전극 마모 또는 아크 발생 문제와 배터리 탈부착의 불편함을 무선충전 기술이 해결한다면 중전력 무선충전 시장 전망은 매우 밝을 것이라는 평가다.

중전력 무선충전의 시너지 효과가 가장 클 것으로 보이는 분야는 물류로봇이 꼽힌다.

물류로봇은 이미 아마존, 알리바바 등이 수년전부터 물류센터와 창고에 도입해 운영하는 등 시급성과 실현 가능성에 있어 가장 유망한 서비스로 분류된다.

특히 모델에 따라 수십W에서 수kW 전력의 배터리를 사용해 전력 스펙트럼이 아주 넓은 분야일 뿐 아니라 로봇 기술의 발달로 과거에 비해 고도로 정밀하고 지능화된 동작제어가 가능해 무선충전을 위한 송수신 코일의 정렬을 양호하게 만들 수 있고 전력제어 알고리즘을 시스템에 탑재하는 데 상당히 매력적이라는 설명이다.

수직식 양방향 무선충전 개념도. [사진=ETRI]
수직식 양방향 무선충전 개념도. [사진=ETRI]

물류로봇을 위한 무선충전은 일반적인 스마트폰이나 전기차 충전과는 다르게 송신과 수신 코일이 지면에 각각 수직방향으로 배치된 수직식 무선충전 형태를 이룬다.

수직식은 하나의 송신코일 앞뒤면을 모두 이용하거나 복수의 송신 코일을 설치해 동시에 양방향으로 전력을 전송하는 기술을 적용, 시스템 개수와 설치공간을 줄이고 시스템 활용도를 높일 수 있는 장점이 있다.

수평식의 경우 송신부 표면에 이물질이 부착되는 경우가 많아 사람의 관리가 필요하지만 수직식의 경우 이물질이 부착돼도 중력에 의해 쉽게 떨어져 유리하기도 하다.

한편, 중전력 무선충전은 △이물체∙생명체 탐지 △발열 △전자파 등이 해결해야 할 숙제로 남아있다.

물류로봇과 같은 분야는 다양한 설치환경과 더불어 충전 중 사람이 접근하는 등의 경우가 많이 발생하기 때문에 이러한 외부환경 변화에 대응가능한 지능형 무선충전 플랫폼이 필요하다는 설명이다.

특히 금속성 이물체는 자기장에 의해 표면에 전류가 흐르고 저항성분 때문에 쉽게 발열되는 특성이 있어 자기장을 이용하는 무선충전 시스템으로선 치명적인 약점으로 작용할 수 있다.

소전력인 스마트폰 무선충전의 경우 전력손실, 코일의 전기적 특성 변화 등을 실시간 확인하는 기술이 적용되고 있지만 중전력급에서는 금속 이물체로 인한 전기적 성능 변화가 작아 탐지가 어렵고 오탐율이 높은 실정이다.

ETRI는 영상정보와 기계학습을 이용한 탐지기술을 물류로봇에 도입해 우수한 탐지율을 얻었으며 이를 국제표준화 하기 위해 노력 중이라고 밝혔다.


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