계명대, 전기차 무선충전 안정성 높이는 전자파 제어 기술 선보여

신유준·우성호 교수 공동연구로 고조파 억제 회로 설계법 제시...기존 차폐 방식 한계 극복, 효율 저하 최소화한 실용 기술로 주목받아

[프라임경제] 계명대학교 연구진이 전기차 무선충전 과정에서 발생하는 전자파 간섭을 줄이는 새로운 회로 설계 기술을 제시하며 차세대 무선충전 시스템의 안전성과 실용성을 높일 수 있는 연구 성과를 국제 학술지에 발표했다.

계명대 신유준·우성호 교수가 전기차 무선충전 방사 전자파 저감 기술을 개발했다(왼쪽부터 신유준 교수, 우성호 교수). ⓒ 계명대학교

계명대학교는 자동차공학과 신유준 교수와 전자공학과 우성호 교수가 학과 간 협업을 통해 전기차 무선전력전송(WPT) 시스템에서 발생하는 다중 고조파 방사 전자파를 효과적으로 억제하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 자동차공학 분야와 전자회로·전자파 기술을 융합해 수행한 공동 연구로, 성과는 국제전기전자공학회(IEEE)가 발간하는 IEEE Transactions on Industrial Electronics에 게재됐다. 

해당 저널은 JCR 기준 상위 1.85%에 속하는 Q1 등급 국제학술지로 평가받고 있다.

전기차 무선충전은 케이블 없이 전력을 전달하는 편의성이 장점이지만, 전력 변환 과정에서 생성되는 3차·5차·7차 고조파 전류가 송·수신 코일을 통해 방사되면서 주변 전자장비의 정상적인 작동을 방해하는 전자파 간섭 문제가 꾸준히 제기돼 왔다. 

지금까지는 금속 차폐 구조를 적용하거나 일부 특정 고조파만 선택적으로 줄이는 방식이 사용됐으나, 장치의 크기와 중량 증가, 적용 범위 제한 등의 문제가 남아 있었다.

연구진은 이러한 한계를 개선하기 위해 송신부와 수신부의 보상회로에 고조파별 수동 LC 공진회로를 적용하는 새로운 설계 기법을 도입했다. 이 방식은 불필요한 고조파 전류를 별도의 공진 경로로 우회시켜 주 전력전송 코일에는 기본 주파수 성분만 흐르도록 설계한 것이 특징이다.

또한 필요한 고조파 성분에 맞춰 공진 필터를 추가하거나 조정할 수 있는 모듈형 구조를 채택해 다양한 무선충전 환경에 적용할 수 있도록 했다.

성능 검증에서도 의미 있는 결과가 확인됐다. 연구팀이 3차, 5차, 7차 고조파를 동시에 제어하는 조건에서 시험한 결과 방사 전자파는 각각 22.2dB, 14.9dB, 16.1dB 감소했다. 

반면 전력전송 효율 저하는 최대 1.6%포인트에 그쳐 충전 성능은 대부분 유지됐으며, 송·수신 코일 사이의 간격이 달라지는 상황에서도 안정적인 전자파 저감 효과가 이어지는 것으로 나타났다.

신유준 교수는 "자동차공학과와 전자공학과가 축적한 기술을 융합해 전기차 무선충전에서 발생하는 방사 전자파 문제를 회로 설계 단계에서 개선할 수 있는 방법을 마련했다"며 "향후 고출력 무선충전 시스템의 전자파 적합성 확보와 상용 기술 개발에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

우성호 교수는 "기본 주파수의 전력 전달 성능을 유지하면서 여러 고조파를 동시에 제어할 수 있는 새로운 설계 방식을 제안한 데 의미가 있다"며 "앞으로 실제 차량 환경과 대용량 무선충전 시스템을 대상으로 실증 연구를 확대해 기술 완성도를 높여 나가겠다"고 밝혔다.

이번 연구는 자동차공학과 신유준 교수가 제1저자, 전자공학과 우성호 교수가 교신저자로 참여했으며, 계명대학교 비사연구 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구진은 이번 기술이 전기차 무선충전의 전자파 안전성을 높이는 것은 물론 국제 전자파 적합성 기준 충족과 차세대 친환경 모빌리티 기술 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 전망했다.