현대케피코는 현대자동차그룹의 모빌리티 전자제어 시스템 전문기업이다. 1987년 설립 당시의 취지도 ‘전자제어 부품 국산화’였다. 1989년 국내 최초 연료분사기 양산에 성공한 현대케피코는 기술연구소, 응용기술센터 등 연구·개발 시설을 확충하며 다양한 내연기관 구동계 제어 시스템을 개발·제작했다. 설립 목표인 부품 국산화를 넘어 독자개발을 통한 국산 기술 확보까지 이룬 것이다.
현대케피코는 전기차 차량통합제어 및 전력/충전제어 전문회사로 새로운 도약을 준비하고 있다. 이를 위해 전기 이륜차 구동시스템 및 전력변환제어시스템, 전기차 충전기 등을 개발 중이다. 특히 현대케피코의 전기차 급속/초급속 충전기는 전동화 모빌리티 시대를 위한 것이다. 전자제어 부품의 국산화와 양산이 국산차의 질적, 양적 성장을 이끌었듯, 품질이 뛰어난 국산 충전기는 국내 전기차 충전 인프라의 빠른 확장에 기여할 수 있다.
현대케피코는 2021년에 전기차 급속/초급속 충전기의 개발을 시작했다. 핵심 부품인 파워 모듈, 충전 케이블, PLC 제어기(Programmable Logic Controller, 프로그래밍 가능한 자동 제어 장치)의 선행 개발부터 시작해 충전기 시스템, 양산형 제품 개발의 단계를 밟은 것이다.
현대케피코의 초고속 EV 충전기는 방열 특성을 고려해 충전 포스트와 파워 뱅크를 분리했다. 충전 포스트는 차량과 연결 후 통신을 통해 안정적인 충전을 지원하는 장치로, 사용자 인증 및 결제가 가능한 터치스크린도 갖추고 있다. 우리가 직접 사용하는 전기차 충전기의 모습이라고 생각하면 이해가 쉽다.
충전 케이블을 차량과 연결하면 충전 포스트 내부의 PLC 제어기가 충전 통신을 이용해 ‘배터리 SoC(State of Charge, 전하상태)’ 등의 정보를 받는다. 이후 실제 충전에 앞서 절연측정기로 충전 케이블의 누전 여부를 확인한다. 문제가 없다면 충전 포스트는 차량에 필요한 전력에 맞게 파워 뱅크를 가동해 충전을 진행한다. 파워 뱅크는 여러 파워 모듈을 병렬 구성한 장치로 교류전력을 차량 배터리 시스템에 맞춰 직류전력으로 변환하는 역할을 맡는다.
현대케피코는 초고속 EV 충전기를 개발하며 운영자와 이용자의 안전 확보를 최우선 가치로 두었다. 짧은 시간 내에 수백kW 이상의 전력이 충전되는 기기 특성을 고려해 설치, 사용, 유지보수 등 모든 부분을 안전하게 설계한 것이다. 가령, 시스템 구조를 설계할 때는 고전압/저전압 영역을 분리했다. 고전압이 직접적으로 저전압 영역에 간섭 할 수 없도록 하기 위해서다.
시스템 제어도 마찬가지다. 각 부품과 연계를 통해 절연 상태를 항시 체크하고, 이상 전압/전류, 과온 발생 시 바로 전력을 차단할 수 있도록 로직을 구성했다. 그리고 자체 개발한 파워 모듈을 사용해 안전성을 높였다. 전력을 변환하는 핵심 부품인 전력 반도체로 전용 구동 반도체를 사용한 것이 특징으로, 소프트웨어 제어와 상관없이 하드웨어가 백만 분의 2초(2 마이크로세컨드)내에 전력을 차단할 수 있다.
현대케피코의 초고속 EV 충전기는 핵심부품을 전부 국내에서 직접 개발했다. 덕분에 기존 충전기의 단점을 개선한 새로운 설계가 다양하게 반영되어 있다. 파워 모듈의 설계 또한 기존과 다르다. 현대케피코가 자체 개발한 파워 모듈의 최소 단위는 30kW이며 이를 120kW로 묶어 쓴다. 기존 파워 뱅크도 30kW의 파워 모듈을 사용하지만 240kW 또는 200kW로 설계 시 하나의 누전 차단기를 쓴다. 그래서 파워 모듈 고장으로 누전 차단기가 작동하면 전체를 사용할 수 없다. 하지만 현대케피코가 개발한 파워 뱅크는 2개의 누전 차단기를 사용한다. 120kW 단위마다 누전 차단기 1개를 사용하여 파워 모듈 하나가 고장을 일으켜도 나머지 파워 모듈을 사용해 충전기를 가동할 수 있다. 충전을 유지하면서 고장 수리에 나설 시간을 확보할 수 있다는 점에서 매우 유리하다.
또한, 파워 모듈을 조합하여 출력이 더 큰 충전기도 구성할 수 있다. 파워 모듈을 병렬 연결하면 한층 높은 출력을 확보할 수 있는 것이다. 현대케피코는 240kW 파워 뱅크를 기본으로 240kW, 360kW 충전기를 운영할 예정이며, 향후 400kW까지 용량을 확대할 계획이다.
충전 케이블의 완성도도 현대케피코의 초고속 EV 충전기에서 주목해야 할 부분이다. 안정적으로 고용량의 전력을 공급하려면 충전 케이블의 냉각이 매우 중요하다. 이에 따라 현대케피코는 LS전선과 함께 냉각 성능을 강화한 충전 케이블을 직접 개발했다. 액랭식 충전 케이블을 LS전선을 통해 공급받고, 냉각기 사양은 직접 개발한 사양이다. 기존 수입 충전 케이블과 동등하거나 그 이상의 성능을 확보하였으며, 절연 냉각유를 사용하는 등 안전에도 만전을 기했다.
아울러 초고속 EV 충전기의 PLC 제어기는 자체 개발을 통해 충전 통신 기술을 적용했다. 현대케피코는 차량의 충전 통신 관리 제어를 담당하는 전기차용 충전제어기(VCMS, Vehicle Charging Management System)의 양산 및 개발도 병행하고 있어 차량과 충전기 간 통신 기술의 최적화에 유리하다. 이는 35년 이상 쌓아온 제어기 기술이 충전 사업에서 빛을 발한 대목이라고 할 수 있다. 또한, 현대케피코는 V2G(Vehicle To Grid) 및 무선통신 기술 발전에 대응하기 위한 선행 연구를 이어가고 있다. V2G 기술은 피크 전력 시간대와 같이 인프라 측의 전력이 필요할 때 차량 배터리에서 전력망으로 송전하는 기술로 양방향 통신이 필요하다.
현대케피코의 초고속 EV 충전기는 고품질, 고효율, 원가 경쟁력, 편의성이란 장점을 두루 갖추고 있다. 특히, 지금까지 국내에 유통된 충전기보다 적은 비용으로 만들고 사용할 수 있는 점이 중요하다. 이는 자체 개발과 부품 국산화로 충전기 시스템을 플랫폼화하고 부품 표준화 및 공용화를 통해 재료비를 낮추는 데 성공한 덕분이다.
현대케피코는 독자 개발한 초고속 EV 충전기의 품질 확보를 위해 국가 인증시험인 KC안전시험 형식승인 외 자체 신뢰성 및 품질 검증 규격을 제정해 타사 충전기보다 더욱 까다로운 검증을 거쳤다. 또한 제조 품질 확보를 위해 제조 실행 시스템(MES, Manufacturing Execution System)과 조립 이력 관리 스마트화를 구축하여 최적의 생산 기반 체계를 운영 중이다.
물론 전기차 충전기에선 효율성도 중요하다. 공급된 전력을 전기차에 보낼 때 손실률이 낮을수록 에너지를 아낄 수 있기 때문이다. 초고속 240kW 충전기로 현대자동차 아이오닉 6를 최대정격(800V/300A)으로 충전할 때 전송 효율은 최대 96%에 달한다. 18분 이내에 전기차 배터리를 10%에서 80%까지 충전할 수 있는 전력을 내보내면서도 손실률이 적기에 운영성 측면에서도 매력적이다.
충전기 운영사 입장에서 또 하나 고려해야 할 사항은 유지 및 관리다. 현대케피코는 유지보수 관제 서비스를 갖춰 충전기 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 했다. 고장 발생 시 빠른 현장 조치가 가능한 비결이다. 그리고 모니터링 항목의 내부 관리 기준을 설정하여 고장 발생 전 사전 예방 조치도 실시하고 있다. 또한 부품별 수명 관리를 통하여 정확한 부품 교체 시기도 판단할 수 있게 지원할 예정이다. 참고로 현대케피코는 현재 연간 750기의 초고속 EV 충전기 생산 능력을 갖추고 있다. 수주 상황에 맞춰 탄력적으로 생산 라인을 운영할 계획이며, 국가별로 다른 전기차 충전 타입 및 인증에도 대응해 나갈 예정이다.
현대자동차그룹이 그리는 미래 모빌리티는 전기와 수소 에너지를 이용한다. 퍼스널 모빌리티부터 스마트 물류를 실현하는 대형 모빌리티까지 다양한 차세대 이동 수단의 출현이 머지않았다. 전기차 중심의 모빌리티는 물론, 로보틱스 기술을 이용한 자유로운 이동의 시대를 맞이하기 위해서는 기반 시설 구축이 필수적이다. 현대케피코가 독자 개발한 초고속 EV 충전기가 안정적인 충전 인프라 확장에 기여할 수 있기를 바란다.
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