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전기자동차의 잠재력은 어디까지일까?
성능과 효율을 겸비한 전기자동차를 꿈꾸다2016/09/27by 현대자동차

미래의 친환경차 시대를 이끌
전기자동차의 발전은 현재진행형입니다

아이오닉 일렉트릭을 충전하는 모습
l 전기자동차의 성능은 무엇으로 결정될까요?



‘시동 대신 부팅, 운전이 아닌 플레이, 머신이 아닌 드라이빙 디바이스.’ 현대자동차 아이오닉 EV를 잘 표현하는 문구입니다. 의미를 더 좁히면 전기자동차는 결국 ‘엔진 대신 모터, 기름 아닌 전기, 연료탱크 아닌 배터리’라는 문구로 표현할 수 있습니다. 이처럼 전기자동차는 내연기관 자동차와는 달리 모터와 배터리가 성능을 좌우하게 됩니다.



효율과 거리, 무엇이 유리한가

아이오닉 일렉트릭의 주행 모습
l 현대자동차는 28kWh 배터리를 사용해 EV의 효율성을 우선시했습니다

내연기관 자동차와 전기차의 가장 큰 차이는 구동에 필요한 에너지가 다르다는 점입니다. 휘발유나 경유, LPG 등은 탄소를 주성분으로 하는 화학에너지이지만, 전기는 전류의 흐름을 활용하는 물리에너지입니다. 같은 에너지라도 ‘화학’과 ‘물리’는 얻는 방법부터 사용, 저장에 이르는 모든 것에서 차이가 있을 수밖에 없습니다.

하지만 에너지의 특성이 다를 뿐 자동차를 구동시키려면 비슷한 개념의 기계 및 전자 장치가 필요합니다. 먼저 에너지를 저장하는 그릇으로 내연기관은 액체연료를 담는 연료탱크를 쓰지만, 전기차는 배터리를 활용합니다. 저장하는 에너지가 기름이냐 전기냐의 차이일 뿐 무언가를 담는 것은 같습니다. 그래서 탱크(배터리) 용량을 키우면 가득 담을 수 있는 에너지(기름, 전력)도 많아져 1회 주유 또는 충전 후 주행 가능 거리를 늘릴 수 있습니다. 그러나 기름 또는 전력을 많이 담으면 그만큼 탱크의 무게가 늘어나 흔히 말하는 연비가 저하되는 게 일반적입니다.

그렇다면 현대자동차 아이오닉이 사용하는 28kWh 배터리와 65kWh 배터리를 사용하는 타 브랜드의 전기차를 비교해볼까요? 아이오닉이 28ℓ의 연료탱크를 장착한 반면 타 브랜드는 65ℓ짜리를 탑재한 셈입니다. 그러다 보니 기름(전기)을 가득 채웠을 때 주행 가능 거리는 타 브랜드가 유리합니다. 그러나 ℓ(kWh)당 주행 가능한 거리, 즉 효율 면에서는 아이오닉이 절대적으로 앞섭니다. 28kWh의 배터리와 65kWh를 비교할 때 후자가 몇 배는 더 무겁기 때문입니다. 중량 부담은 구동 저항성을 높여 차량을 움직일 경우 더 많은 에너지를 요구하게 된다는 점을 감안할 때 현대자동차는 EV의 효율성을 우선시했고, 타 브랜드는 효율보다 주행거리에 초점을 맞췄다는 의미입니다.

아이오닉 일렉트릭의 내부
l 전기차의 효율은 배터리의 에너지 밀도를 얼마나 높이느냐가 좌우합니다

그런가 하면 전기차의 효율은 배터리 기술력에서 결정 나기도 합니다. 작은 배터리에 얼마나 많은 전기를 담아내느냐, 다시 말해 에너지 밀도를 얼마나 높이느냐가 주행 가능 거리와 효율을 좌우하는 것입니다. 현재 기술로 만드는 배터리 팩의 무게는 24kWh 용량 기준 약 300kg입니다. 이 정도로 주행 가능한 거리는 대략 200km 내외이며, 60kWh인 경우 500kg의 무게로 350km 정도를 주행할 수 있습니다. 하지만 전문가들은 향후 5년 이내에 60kWh 배터리 무게가 300kg 내외로 떨어지고, 주행 가능 거리는 500km에 이를 것으로 내다보고 있습니다. 게다가 60kWh 기준으로 1,348만 원 정도인 배터리팩 가격도 1,000만 원 이하로 내려가는 것은 시간문제일 뿐 기술적 장애는 없다고 말합니다.

따라서 1회 충전 가능 용량뿐 아니라 kWh당 주행 가능 거리도 점차 늘어나 잦은 충전의 불편함을 덜 전망입니다. 나아가 주행 가능 거리가 증가하면 충전망 부족문제도 해결할 수 있게 됩니다. EV 확산을 위해 현재 20km마다 충전기를 하나씩 설치한다고 가정할 때 주행 가능 거리가 두 배로 늘면 충전기 또한 40km에 하나씩 설치할 수 있어서입니다. 그만큼 충전 인프라 구축이 빨라지고, 비용도 절감됩니다.



전기차 성능은 전기모터 기술력이 관건

아이오닉 일렉트릭의 충전 모습
l EV 배터리와 모터의 개발이 계속해서 진행되고 있습니다

배터리가 내연기관의 연료탱크라면 전기모터(Electric Motor)는 엔진에 해당합니다. 화학물질 덩어리인 액상 연료가 엔진 내에서 연소돼 구동력을 얻는다면 전기모터는 배터리에 저장된 전기를 통해 힘을 발휘하는 차이가 있습니다. 그런데 아직 전기차 업계에서 전기모터를 통해 효율을 줄이려는 노력은 배터리보다 덜합니다. 그러나 최근 ‘이중 고정자 구조’가 개발돼 전기모터 또한 지금보다 효율을 두 배로 높일 수 있는 기술이 등장했습니다. 순수 직류전원만으로도 빠르게 회전 가능한 모터를 만든 것인데요. 이 경우 직류를 다시 교류로 변환시켜야 하는 기존 절차가 사라져 에너지 손실을 줄일 수 있습니다.

사실 엔진이든 전기모터든 오랜 기간 자동차 기술의 화두는 에너지 손실의 최소화 그리고 에너지 회수의 최대화였습니다. 화학이든 물리든 기본적으로 에너지는 늘 변환되는 속성이 있기 때문입니다. 엔진의 경우 연료를 태울 때 발생하는 열에너지가 많습니다. 전기 또한 마찬가지입니다. 바퀴가 회전할 때 손실되는 열에너지를 다시 회수하려는 노력에 따라 에너지를 묶어두기 위한 다양한 냉각장치가 고안되고 있습니다. 이런 이유로 미래 EV 시장은 지금보다 커질 수밖에 없습니다. 물론 전기에너지를 만들어 내는 과정에서 장애물이 남아 있지만 모두 극복된다는 전제 하에 EV 배터리와 모터의 개발은 빠르게 진행 중입니다.







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