무선충전

무선충전이란

무선충전은 케이블 없이 배터리를 채우는 기술이다.

스마트폰, 웨어러블, 전기차, IoT 기기에 넓게 쓰인다.

정식으로는 비접촉 전력전송 방식이라고 정의한다.

전선과 커넥터가 없어 기기의 이동성과 밀폐 설계가 쉬워진다.

구성과 원리

송신부는 전원을 고주파 교류로 바꿔 송신 코일에 흘린다.

수신부는 수신 코일에 유도된 전력을 정류해 배터리에 공급한다.

두 코일의 결합 정도와 공진 조건이 전송 효율을 좌우한다.

세 가지 방식 비교

무선충전은 전력을 옮기는 물리 원리에 따라 세 가지로 나뉜다.

전자기유도는 전송 거리가 수 mm에서 수 cm로 짧고, 근접하면 효율이 90% 이상이다.

자기공진은 거리를 넓히는 대신 효율이 떨어지고 간섭을 관리해야 한다.

전자파 방식은 거리가 길지만 전력이 작아 IoT 센서 같은 기기에 쓰인다.

공식으로 본 원리

패러데이의 법칙에 따라 자기장 변화가 수신 코일에 유도 기전력을 만든다.

자기공진은 두 공진기의 공진 주파수를 같게 맞춰 결합을 강하게 한다.

공진 주파수는 인덕턴스와 커패시턴스로 정해진다.

공진이 맞으면 거리가 멀어져도 결합이 유지되어 전송 거리가 늘어난다.

계산 예제

전송 효율은 송신 전력 대비 수신 전력의 비로 정의한다.

출력 7.7kW에서 효율을 94%로 가정하면 입력은 7.7을 0.94로 나눈 값이다.

입력에서 출력을 뺀 약 0.49kW가 손실로 남는다.

표준과 보안

무선충전 표준은 스마트폰용 Qi와 전기차용 SAE J2954가 대표적이다.

SAE J2954는 자기공진 방식을 쓰는 전기차 무선충전 표준이다.

외부 장소 충전에서는 인증이 위조되어 충전 비용이 악용될 수 있다.

그래서 충전기 식별자 외에 상호 인증과 세션 관리가 필요하다.

정리

무선충전은 전선 없이 전자기장이나 전자파로 전력을 보내는 기술이다.

유도 방식은 효율이 높고 거리가 짧다. 공진 방식은 거리가 길지만 효율이 낮다.

표준과 보안 문제까지 함께 묶어 답안을 구성하면 된다.

무선충전의 핵심은 결합과 공진 조건임을 기억한다.