전기트럭 충전 인프라 charging infrastructure

중형 전기트럭의 충전 관련 자료를 https://nacfe.org/report-library/guidance-reports/에서 찾아봤다.

전기트럭을 구매하기 위해서는 충전인프라 구축이 중요한 선결과제이긴 하나, 플리트 업체들은 이런 어려움에도 불구하고 전기트럭을 과감하게 시도하고 있다고 보고 있다.

전기트럭의 충전 인프라 검토에 필요한 사항들로 충전소, 전기 그리드 가용성, 전력 요금 체계, 준비에 걸리는 시간, 사업 모델, 보조금 등을 들고 있다.

예를 들어보자.

첫번째로, 60kWh 전기트럭 1대를 구매할 경우 완속 7kW로 충전하면 8~9시간이 걸린다. 이 경우 그리드의 문제는 없을 것이다.

두번째로, 60kWh 전기트럭 100대를 구매한다고 해보자. 완속 7kW 충전기 100기를 설치할 경우, 700kW의 전력이 동시에 필요하다.

그리드가 충분하지 않을 가능성이 높다. 완속 충전기라고 해도 말이다.

충전시설 설치를 위해 전력 그리드가 가능한지, 인허가 절차는 어떻게 되는지, 시간과 비용은 얼마나 드는지 확인해야 한다.

세번째로, 50kW 충전기로 충전할 경우 1.2시간이 걸린다고 해보자. 150kW로 0.4시간이 걸린다고 해도 비슷하다.

완속 충전기는 1교대 근무자가 퇴근하면서 충전기를 차에 연결해놓고, 다음날 출근해서 연결해제 하면 되는 반면

고속 충전기는 전담인원 또는 운전자가 시간을 내서 충전을 하게 된다.

1교대의 경우 야간에 전담 충전인원이 있어야 충전기 숫자를 줄일 수 있다.

고속 충전기를 차량 수만큼 설치할 수는 없으니 말이다.

차마다 1.2시간이 걸릴 경우 12시간에 10대를 충전할 수 있으니 50kW 충전기 10기를 설치해야 한다. 전담 충전인원도 고용해야 하고.

50kW 충전기 1기가 7kW 충전기 10기보다 비용이 적으면 고려해 볼 수 있는 옵션이다.

네번째로, 1회 충전시의 주행거리를 초과해서 운행해야 하는 경우에는, 중간 지점에 충전기를 설치하거나, 공용 충전시설을 이용할 수 있어야 한다.

만일, 정기적으로 이런 사례가 있다면, 충전 가능시간을 고려하여 해당 지점에 충전소 설치를 고려해야 한다.

다섯번째로, 전기요금은 peak 요금과, 중간단계 요금, 심야요금이 있고, 계절마다도 요금이 다르다.

peak 요금으로 충전을 할 경우 수익성을 확보하기 어렵다.

여섯번째로, 충전 프로토콜이 달라서, 차량과 충전기의 프로토콜을 결정할 경우, 인근 시설과 호환이 가능한지도 고려해야 할 사안이다.

그래서 충전 방식부터 살펴보자.

아래는 지역별 충전 프로토콜이다.

유럽의 충전 스탠다드 under IEC (the International Electrotechnical Commission)

 IEC 61851 Electric Vehicle Conductive Charging System

 IEC 62196 Plugs, Socket-Outlets, Vehicle Couplers and Vehicle Inlets

미국의 스탠다드 under SAE (the Society of Automotive Engineers standard

 SAE J1772 SAE Electric Vehicle and Plug in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler and various other commercial products from Tesla

 SAE J3068 - for higher rates of AC charging using three-phase power (between 6kW and 130kW)

일본의 스탠다드 CHAdeMO - only DC charging option

CCS Combined Charging System 복합 충전 시스템 : 최대 350kW의 콤보 1 및 콤보 2 커넥터를 사용하여 전기 자동차를 충전

CharIN e.V. Charging Interface Initiative e.V.

HPCCV High Power Charging for Commercial Vehicles : ~1MW 충전. 400마일 이상의 Class 8 트럭까지 가능

지역벌 프로토콜에 따라 다양한 충전기의 형태가 있다.

여기서 레벨 1,2,3는 충전 전압과 전력을 의미한다. 대략 완속 충전인지 급속 충전인지를 확인할 수 있다.

여기서 Level 1은 120V, 16A로 1.9kW의 전력을 공급해서 충전하는 방식이고

Level 2는 208~240V와 35~80A로 7.2kW~19kW의 전력을 공급하는 방식이며,

Level 3(DCFC)는 480V의 고압 전기를 사용해서 72kW이상의 전력을 공급하는 방식인데,

이때 전류량이 최소 150A 이상이 필요하게 된다.

100kWh의 배터리를 충전할 경우,

Level 1인 1.9kW의 경우는 약 53시간이 걸리고,

Level 2인 7.2kW의 경우에는 약 14시간, 19.2kW의 경우에는 약 5.2시간

Level 3인 72kW의 경우에는 약 1.4시간이 걸리게 된다.

그리고 80%까지만 충전하게 될 경우에는 60~70%의 시간만 걸린다고 한다.

이는 리튬이온 배터리의 특성인데, 80%까지의 충전은 급속히 이뤄지나, 잔여 20%의 충전은 시간이 더 걸리기 때문이라고 한다.

또한 충전시 차량과 충전기와의 양방 통신 two way communication을 살펴야 한다.

차량의 배터리 잔여 충전량 state of charge을 확인해야 하고,

충전기가 공급할 수 있는 최대 전류, 차량이 받아 들일 수 있는 최대 전류를 확인해야 하며,

충전용 건이 제대로 체결되었는지도 확인되어야 한다.

이런 맥락에서 충전을 제어하는 충전기의 소프트웨어도 중요하다.

특히 여러 대를 동시에 충전할 경우 여러 개의 충전기를 제어해야 하고, 각 플리트의 목적에 맞는 알고리듬도 준비가 되어야 한다. 예를 들어, 3대가 동시에 충전할 경우 선입선출일 수도 있고, 동시에 완료될 수도 있고, 등등.

상기 사진에서는 총 200대의 충전 상황을 보여준다. 27대의 초록색은 충전 완료, 40대의 노란색은 충전중, 30대의 분홍색은 충전 대기.

그림이 흐려서 잘 안나오는데 하루 평균 93MWh의 전력을 사용하는 것 같다. (대당 하루 465kWh)

그리고 주로 충전은 17시에서 21시 사이에 대부분 하고, 심야에 일부를 하며, 10시부터 오후 5시 사이에는 충전을 하지 않는다.

아마도 Peak 요금을 피하기 위해서인 것 같다.

차고지 충전과 별도 충전을 병행하는 경우를 보자.

하루 주행 200km를 가기 위해 110kWh 배터리 차량을 구매하는 대신

60kWh 배터리 차량을 구매하고, 중간에 세곳의 충전기를 추가 설치한 경우다.

차고지에서 22kW 충전기로 2.5시간 충전후 80km를 이동해서

50kW 충전기로 20분 충전후 20km 이동, 다시 50kW 충전기로 20분 충전 후 20km 이동,

다시 50kW 충전기로 20분 충전후 80km를 이동하여 차고지로 복귀하는 경우다.

위의 사례는 차량이 이동하는 경유로에 충전기를 설치한 경우인데,

충전기가 없는 곳을 갈 경우나, 공용 충전기가 있는 경우에는

충전소의 위치 정보, 충전 레벨 (Level 1, 2, 3) 정보, 운영 시간 (24/7), 충전 프로토콜 등의 정보와

더 나아가 충전 대기 시간 등의 정보까지 있어야 할 것이다.

미국 일반 가정은 연간 10,399kWh의 전기를 사용한다고 한다.

매월 867kWh, 매일 28.5kWh에 해당한다.

냉장고 한대는 연간 615kWh의 전기를 사용한다고 한다. 하루 1.7kWh다.

전기 요금은 시간대마다 다르다. 피크 요금을 사용할 경우 디젤 대비 혜택이 없게 된다.

그렇다고 중형 전기트럭 업체가 전기 요금에 따라 충전을 설계할 수는 있어도, 교대 시간이 우선이 되도록 충전 인프라 구축을 고려해야 한다.

전기회사들은 복잡한 전기요금제에 따라 전기를 공급하고 있다.

그래서 각 플리트마다 고유한 기본요금과 충전요금제를 제시하기도 한다.

기본은 전기회사가 전기만 공급하고 인프라와 충전을 사용자가 하는 경우인데

전기회사(또는 자동차회사)가 인프라까지 공급하거나, 충전설비까지 공급하는 경우도 있을 수 있다. Energy as a Service

충전설비의 투자비에 대해서는 전기차와 유사한 지원 프로그램들이 많다.

결국 전기트럭 투자시 고려해야 할 사항은

차량의 운행 패턴에 따른 배터리 크기, 이에 준하는 충전 시설이 되는데

여러 대의 운행을 고려할 때는

우선 그 지역의 전기 인프라부터 충분한 지 조사를 해야 한다.

그리고 충전과 관련한 인센티브나 보조금을 살피고,

충전 설비를 설계해야 할 것이다. 저속/고속, 충전건의 수, 설치비, 설치기간 등.

충전 설비 설치 계획은 인허가로 이어진다. 때로는 1년 넘게 걸리기도 하는 모양이다.

충전과 관련한 안전문제, 충전 시간 계획, 규모 확대 계획, ESS 설치 여부 등도 고려해야 한다.