전압·전류 자유롭게 조절하는 고성능 반도체 변압기 개발.
에너지 저장장치와 연결해 전기차 대용량 급속 충전 활용.
도심 협소 공간에도 충전기 설치 가능.

한국전기연구원(KERI)이 차세대 E-모빌리티의 급속 충전 인프라 확대에 기여할 ‘반도체 변압기’ 기술을 개발해 민간기업에 기술을 이양하고 제품 양산화를 추진한다.

한국전기연구원 전기추진연구센터 백주원 박사팀은 ㈜효성, ㈜중앙제어와 함께 ‘반도체 변압기를 활용한 전기차 급속 충전기’를 개발했다고 13일 밝혔다.변압기는 전압을 원하는 값으로 바꾸어 주는 장치다. 도로변 전봇대에서 많이 볼 수 있는 주상변압기는 22.9kV(국내 배전 전압 기준)의 높은 교류 전압을 220V 또는 380V로 낮춰주는 역할을 한다. 대부분의 전자기기는 직류를 기반으로 작동하기 때문에 교류를 직류로 바꾸는 컨버터도 반드시 필요하다.

반도체 변압기는 전력·전자 기술을 이용해 전통적인 변압기를 대체하는 새로운 형태의 전력변환 기기다. 기존 변압기와 비교해 자유롭게 전압과 전류를 조절할 수 있다. 무게와 부피, 시스템 등의 단순화 측면에서도 유리해 국내외에서 연구가 활발히 진행되고 있다.

KERI는 전기 에너지를 고전압 교류에서 저전압 직류로 바꾸는 고성능 반도체 변압기 개발을 넘어 이를 에너지 저장장치와 동시에 연결해 전기차 급속 충전까지 활용할 수 있는 ‘올인원 시스템’을 구축했다..

KERI는 우리나라 배전 전압은 해외보다 높기 때문에 반도체 변압기 관련 기술은 안전성 확보와 각종 스위치 모듈의 직렬 구성 등 난이도가 매우 높다고 밝혔다. KERI 연구팀은 10년 넘게 연구·개발을 진행해 반도체 변압기에 필요한 제어·회로·설계·해석·절연 기술을 확보했다. 또 직류 에너지 활용도를 높이기 위해 다른 에너지원과 부하를 연결할 수 있는 구조도 개발했다.

KERI가 개발한 ‘반도체 변압기 활용 전기차 급속 충전기(1000kW급)’는 50kW에서 1000kW까지 다양하게 충전 포트 수와 용량을 구성할 수 있다.

연구팀은 또 그동안 부피와 무게 문제로 충전 설비를 구축하기 어려웠던 도심지역 좁은 공간에도 충전기 설치를 할 수 있게 만드는 핵심 원천기술 개발에도 성공했다고 밝혔다.

KERI는 이번에 개발된 반도체 변압기 활용 급속 충전 기술은 전기차 뿐만 아니라 E-모빌리티 초급속 충전기, 고속철도와 전기선박 추진 전원, 에너지저장장치(ESS)와 신재생 연결 전력변환장치 등 다양한 직류 전원 분야에 응용될 수 있다고 설명했다.

이번 연구는 산업통상자원부 에너지수요관리핵심기술개발사업으로 진행됐다.KERI는 최근 변압기 제조업체인 동우전기(주)에 해당 기술을 기술이전료 2억 2000만원에 이전했다. 관련 기술에 대한 국내 특허출원도 다수 완료하고 지난해 전력전자학회 우수 논문상도 받았다.

KERI는 기술이전 업체와 협력해 빠른 시일안에 반도체 변압기 제품화·양산화를 추진할 계획이다.

KERI 백주원 박사는 “반도체 변압기는 기존에 활용되던 전력변환장치 모든 응용 분야에 적용할 수 있고 앞으로 직류 기기가 많아질수록 활용 분야는 더 넓어질 것이다”며 “반도체 변압기의 절연 능력 향상과 가격 경쟁력 확보, 활용성 제고 등을 위해 연구개발에 계속 힘쓰겠다”고 말했다.

KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관으로 경남 창원에 본원이 있다.