전기차 충전 - 급속충전 Vs 배터리교체 어느것이 답일까?

전기차가 보급되기 시작하면서 전기차 충전속도에 많은 관심이 쏠리고 있습니다. 현재 전기차 충전에는 차량에 전기를 연결해 충전하는 방식과 배터리를 교체하는 방식 2가지가 있습니다. 과연 어느쪽이 좋을까요?

 

현대자동차 전기차 충전소

 

※ 목차

1. 전기차 충전 방식

2. 전기차 급속 충전방식은 현대기아차와 포르셰 뿐

3. 전기차 배터리 교환방식을 택한 중국

4. 급속 충전 Vs 배터리 교환

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1. 전기차 충전 방식

 

  일반적으로 전기차 배터리를 충전하는 방식은 차량에 탑제된 배터리에 외부에서 전원을 끌어와 전기를 충전하는 방식이 많이 쓰입니다. 일반적으로 우리들이 사용하는 휴대용 가전제품을 충전하듯이 말이지요. 그리고 지금 중국에서 추진중인 충전된 베터리 교환식 충전방법이 있습니다. 

- 차량 전원연결 내부 배터리 충전

  차량에 전원을 열결하는 일반적인 방식으로 배터리 기술 + 전력 변환 및 충전기등 여러가지 복합적인 요소들이 차량 베터리 충전에 많은 영향을 많이 주고있습니다. 현재 일반적 완속 충전은 낮은 전압으로 방전에서 완충까지 약 10시간 가량이 걸립니다. 일반 가정용 전기로 말이지요. 그리고 급속충전방법으로는 400V 전압의 외부전원을 연결하여 10% → 80% 까지 충전하는데 약 30분 가량이 소모되며, 완충까지 1시간 30분가량이 걸립니다.  여기에 초고속 충전으로 800V의 고압의 전압을 이용하여 완충까지 약 18분이면 가능합니다. 

 

- 차량용 배터리 교체 방식

   일반적이진 않은 방법으로 현재 중국에서 추진중인 방법입니다. 배터리를 교체를 하려면 일단 배터리 교체소를 지어야 하며, 차량들의 배터리 규격, 성능이 일정하여 교환되는 모든차량과 배터리가 호환이 되어야 합니다. 그리고 마지막으로 일반적으로 장착되어 움직이지 않은 배터리보다 안전성이 떨어지기에 교체되는 배터리의 안전성과 성능관리가 필요합니다. 인프라 구축이 완료된다면 생각보다 적은 비용으로 운용이 가능하지만 인프라 구축 경비가 클것으로 예상됩니다.

 

 

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2. 전기차 급속 충전방식은 현대기아차와 포르셰 뿐

 

  현재 전기자동차를 판매하는 완성차 업체 중에 초고속 충전방식(800V 고전압사용, 18분 완충)을 사용할수 있는 곳은 전세계 단 두곳 뿐입니다. 바로 현대기아차와 포르셰!  고전압을 이용한 초고속 충전은 열이 많이 발생할 뿐만 아니라, 배터리 셀 내의 안정성까지 위험해질수 있어 고도의 기술력을 이용해 배터리를 제작한 기업들만이 사용가능합니다.

 

  현대기아차는 현재 SK온의 베터리셀을 사용하여 초고속 충전방식을 완성하고 아이오닉5와 EV6에 적용하고 있습니다. 추가로 올해 GM에서 험머 전기차에 초고속 충전시스템을 적용하여 출시할 예정이며, 2024년 폴스타 신규 모델에 적용될 예정입니다. 

 

  이렇게 새롭게 추가 된다고하더라도 아직까지 전세계 3~4개의 제조사만이 초고속 충전이 가능한 전기차 생산이 가능합니다. 

 

 

3. 전기차 배터리 교환방식을 택한 중국

 

  초고속 충전방식보다는 배터리교환식을 택한 중국... 어찌보면 중국다운 발상입니다. 공산주의 사상의 공유개념을 녹인 자동차 배터리 교환식 충전소 운영이라는 발상인데요. 현재 지리 자동차, 니오, CATL등의 중국의 배터리업계와 자동차 업계가 손잡고 인프라 구축에 한창열을 올리고 있습니다.

 

  현재 중국에 수많은 전기차 배터리교환 스테이션이 만들어지고 있으며, 니오그룹은 중국을 넘어 유럽의 독일, 스웨덴, 네덜란드 등에 전기차 배터리 교환소를 오픈하기 위해 준비중입니다. 

 

  완충된 배터리를 교환하는 방식이기에 우리들 휘발유나, 경유차 처럼 5분이면 완충된 배터리를 교환 받을수 있다는 장점이 있어 중국에서 적극 개발 중인 기술 중 하나입니다.

 

 

 

4. 초고속 충전 Vs 배터리 교환

   급속충전과 배터리교환, 과연 어떤 것이 정답일까요? 사실 어느 방식이 인프라 구축과 사용에 편리한가의 차이가 승부를 결정짓는데 가장큰 핵심 과제가 될것 같은데요.

 

  사실상 배터리 교환 방식은 인프라 구축과 전세계 전기차 차량의 배터리 획일화 모든 차량의 배터리성능 동일하게 만들어야 한다는 아주 엄청난 시련의 산을 넘어야 합니다. 사실상 차량에서 배터리 기술이 차량의 성능을 결정지을 핵심 기술 중 하나인데... 어느 자동차 업계가 일정기준의 배터리 기준에 맞추어 차량을 생산할까요? 

 

  그렇게 되면 배터리 성능이 정해져 있으니 차량의 성능이 일정 범위를 넘어갈수 없게 될것입니다. 또한 교환된 배터리의 사용기한과 충전횟수에 따른 안전성 및 성능이 좌우되기 때문에 차량의 컨디션과 성능에 관계없이 차량의 사용에 제한이 걸릴 확률이 높습니다.

 

  무엇보다 충전기만 설치하면 인프라 구축이 되는 상대적으로 쉬운 초고속 충전방식 보다 배터리 충전시설 배터리 관리 모드, 교체 장비 유지보수등... 상대적으로 많은 비용을 요구하는 배터리 교환식은 사실상 일전에 논의 되다 흐지부지된 기술이었습니다. 하지만 이번에 중국이 작정하고 밀어붙이고 있으니 이론만으로 말하고 정리되어버렸던 배터리 교환이 세상에 나타날수 있었습니다. 실질적으로 사용하며 문제를 보완한다면 이 또한 좋은 기술임에는 분명합니다.

 

  그리고 대결상대 초고속 충전은 이제 시작이지만 벌써 양산되며 적용되고 있어 전기차 업계가 가장 주목하고 있는 기술중 하나 입니다. 완충까지 18분이면 가능하여 휴게소에 정차하여 커피한잔 화장실 한번 다녀오면 서울 부산을 오갈수 있는 전기충전이 완료되는 것입니다.

 

  일반 내연기관 차량이 충전시간이 5분입니다. 현재 전기차의 초고속 충전방식이 18분 이지만 충전효율과 충전 속도 등이 계속해서 개선되어 나간다면, 앞으로 전기차의 충전 또한 내연기관 차량의 충전시간과 같아질수는 없지만 충분히 고려할 수준이 될 것입니다. 

 

  그렇게 된다면 사실상 교환소를 만드는것보다 충전소를 만드는 것이 효율적이고, 차량의 성능과 배터리 자체의 안정성까지 확보가 가능할것이니 아마도 초고속 충전과 배터리교환과의 대결은 최종승리는 초고속충전이 될것 같은 생각이 드네요.

 

  실질적인 전세계 차량 생산에서의 배터리 표준화 규격화가 사실상 불가능에 가까우니 이 또한 한몫을 할것 같네요.