계명대, 전기차 무선충전 전자파 줄이는 회로 기술 개발

전기차를 선 없이 충전할 때 주변 전자기기에 영향을 줄 수 있는 전자파를 회로 설계로 줄이는 기술이 개발됐다.

계명대학교는 자동차공학과 신유준 교수와 전자공학과 우성호 교수 연구팀이 전기차 무선전력전송(WPT) 시스템에서 발생하는 방사 전자파 간섭(EMI)을 효과적으로 낮추는 기술을 개발했다고 밝혔다. 무선전력전송은 충전 케이블을 직접 연결하지 않고 전력을 보내는 방식이며, 방사 전자파 간섭은 충전 장치에서 나온 전자파가 주변 전자기기에 영향을 줄 수 있는 현상을 뜻한다.

전기차 무선충전 시스템은 전력을 변환하는 과정에서 3차·5차·7차 고조파 전류를 만든다. 고조파는 기본 주파수의 정수배로 생기는 불필요한 전류 성분이다. 이 전류가 방사 전자파를 발생시킬 수 있다. 기존에는 차폐 구조를 추가해 전자파를 막는 방식이 많이 쓰였지만, 시스템의 크기와 무게가 늘어나고 특정 주파수만 억제할 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 송신부와 수신부의 보상회로에 고조파별 수동 LC 공진회로를 적용했다. LC 공진회로는 코일과 축전기를 조합해 특정 주파수의 전류를 걸러내는 회로다. 이를 통해 불필요한 고조파 전류가 주 전력전송 코일로 흐르는 것을 차단하면서도 무선충전의 기본 전력전송 성능을 유지하도록 설계했다.

필요한 고조파 성분에 맞춰 필터를 더할 수 있는 모듈형 구조도 적용했다. 서로 다른 전기차 무선충전 환경에 따라 억제할 주파수를 선택할 수 있도록 한 것이다.

실험에서 3차·5차·7차 고조파를 동시에 억제하자 방사 전자파 간섭은 각각 22.2dB, 14.9dB, 16.1dB 감소했다. 필터 적용에 따른 전력전송 효율 저하는 최대 1.6%포인트로 제한됐다. 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리가 달라져도 안정적인 전자파 저감 성능을 유지했다.

이번 연구는 차폐 구조를 덧붙이는 대신 회로 설계로 전자파 문제를 해결했다는 데 의미가 있다. 신유준 교수는 두 학과의 융합 연구를 통해 방사 전자파 문제를 회로 설계 관점에서 해결했으며, 고출력 무선충전 시스템의 전자파 적합성 확보에 활용될 수 있다고 말했다. 전자파 적합성은 기기가 주변에 과도한 전자파 영향을 주지 않으면서 정상적으로 작동하는 성질이다.

우성호 교수는 기본 전력전송 특성을 유지하면서 여러 고조파를 선택적으로 억제하는 설계 방법을 제시했다며, 실제 차량 환경과 고출력 조건에서 적용 가능성을 검증할 계획이라고 밝혔다.

연구 결과는 국제전기전자공학회가 발행하는 국제학술지 ‘IEEE Transactions on Industrial Electronics’에 게재됐다. 이 학술지는 JCR 기준 상위 1.85%에 해당하는 Q1 등급이다. 신 교수가 제1저자, 우 교수가 교신저자로 참여했으며 계명대학교 비사연구 지원을 받아 수행됐다.

자료: 계명대학교