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배터리·충전기 성능 제고 초고속 충전 확산은 아직
[TECHNOLOGY] 중국 전기차 충전 기술- ① 현황
[142호] 2022년 02월 01일 (화) 안리민 economyinsight@hani.co.kr

안리민 安麗敏 <차이신주간> 기자

   
▲ 2021년 3월 중국 상하이 빌딩 주차장에 설치된 전기차 배터리 충전기. 베이징 같은 대도시에서도 충전기를 설치할 수 있는 가정용 주차공간은 4분의 1에 그치는 것으로 조사됐다. REUTERS

2021년 10월 국경절 연휴에 이동 수요가 급증하면서 전기자동차를 충전하기 위해 고속도로 휴게소에서 몇 시간씩 대기하는 사태가 발생하자 운전자들의 불만이 쏟아졌다. 충전의 불편함과 항속거리에 대한 불안감은 전기차의 치명적인 약점이다. 11월19일 광저우 자동차전시회 첫날 펑싱야 광저우자동차그룹(GAC) 총경리는 “전체 자동차 보유량에서 전기차 비중은 2~3%에 불과하다”며 “앞으로 100대 가운데 전기차가 50대 넘고 심지어 90대 가까이 늘어야 전기를 사용하는 방식이 근본적으로 달라질 것”이라고 말했다. “고속도로 휴게소에서 충전하기 위해 줄 서는 광경은 이제부터 시작이다. 앞으로는 단지 줄 서는 모습이 아니라 신기록을 세우는 대기 시간이 뉴스가 될 것이다.”
지금까지는 전기차의 항속거리를 늘리는 것이 주요 대응책이었다. 이날 광저우자동차의 아이온(埃安)신에너지자동차유한공사는 항속거리 1천㎞가 넘는 신형 전기차를 발표했다. 일상적 용도로 쓴다면 월 1회 충전으로 충분한 전기차의 ‘월 단위 충전 시대’를 열었다.
전기차의 항속거리는 배터리의 에너지 밀도와 수에 따라 결정된다. 같은 배터리를 선택하더라도 차에 실은 배터리가 많아야 항속거리가 늘어난다. 국가공업정보화부에 등록된 정보를 보면 아이온 신차는 배터리 용량이 144㎾h, 차량 무게가 2.7t이다. 벤츠 E클래스나 BMW 5시리즈보다 50% 이상 무겁다.

월 단위 충전
내연기관차와 전기차 모두 차가 무거울수록 에너지 소모가 많다. 차의 무게는 가속 등 성능에도 영향을 끼친다. 자동차업체 기술책임자는 “내연기관차 시대에는 차 무게를 수십㎏, 심지어 몇㎏ 줄이기 위해 가능한 모든 방법을 동원했다”고 말했다. “그런데 전기차를 개발할 때는 조금도 망설이지 않고 배터리 수를 늘렸다.”
또 다른 대응책으로는 충전 시설 확장이다. 전기차는 대략 세 가지 장소·상황에서 충전된다. 거주지 또는 근무지, 이동하는 목적지, 그 밖의 긴급 충전이다. 장거리 주행 때 고속도로 휴게소에서 급하게 전기를 보충하는 것도 포함된다. 상황에 따라 충전 시간에 관한 요구사항이 달라진다. 자가용은 평균 사용 시간이 짧고 주로 집이나 회사에 세워둔다. 충전 여건이 갖춰지면 저속 충전이 적합하다. 하지만 주차장에 충전기를 설치할 만한 여건을 갖춘 집은 많지 않다.
전기차업체 리샹(理想)자동차는 기업공개(IPO) 투자설명서에서 2020년 말 기준으로 베이징 등 1선 도시의 가정용 주차공간에서 4분의 1만 충전기를 설치할 수 있는 것으로 조사됐다고 밝혔다. 따라서 장기적으로 공공 충전기에 의존해야 한다. 현재 신에너지자동차와 공공 충전기의 비율은 15.9 대 1이다.
신에너지차는 빠르게 성장하고 있다. 주관 부처는 2025년 신에너지차가 신차 판매량의 20%를 차지할 것으로 예상한다. 공공 충전소를 늘리는 동시에 충전 시간도 줄여야 한다는 것은 업계의 공통된 생각이다. 전기차 충전을 내연기관차의 주유와 비슷하게 하는 것이 궁극적인 목표여서 초고속 충전 기술이 큰 기대를 모았다.
10월24일 샤오펑(小鵬)자동차(XPENG)는 차세대 제품이 5분 충전으로 200㎞를 달릴 수 있다고 주장했다. 광저우 자동차전시회 기간에 창청(長城)자동차는 전기차 신제품 브랜드 ‘살롱’(沙龍)을 발표했다. 창청에 따르면 이 차종은 10분 충전으로 401㎞를 달릴 수 있고, 다시 5분 충전하면 주행거리가 545㎞로 늘어난다. 광저우, 샤오펑, 창청이 발표한 초고속 충전 기술의 성능 지표는 비슷하다. 자동차업체 기술책임자는 “항속거리를 늘리기 위해 비용을 내겠다는 소비자의 의사는 분명하다”면서도 “초고속 충전으로 추가되는 비용을 받아들일지는 두고 봐야 알 수 있다”고 말했다.

   
▲ 한 번 충전으로 1천㎞를 달릴 수 있다며 내놓은 신형 전기차 아이온 LX플러스. 이 차를 일상적인 용도로만 쓴다면 월 1회 충전으로 충분하다. 아이온 누리집

전방위 경쟁
전기차는 전방위로 ‘군비경쟁’을 벌이고 있다. 라이다(LIDAR·레이저파로 물체의 위치와 형태를 파악하는 장치) 수와 반도체 연산능력, 배터리 항속거리 등이 모두 경쟁 지표다. 최근 초고속 충전 기술이 추가됐다. 얼마 전 끝난 광저우 자동차전시회에서 발표한 신차는 성능 지표에 충전 시간을 표시했다. 선전시 융롄(永聯)과학기술주식유한공사의 주젠궈 총경리는 말했다. “배터리 기술이 발달해 초고속 충전이 보급될 것이다. 사용자 수요가 있고 배터리와 충전 기술이 지원할 수 있다.” 융롄과학기술은 전기차 충전과 에너지저장 분야의 기술을 개발한다.
제조사는 전기차를 개인에게 판매할 때 보통 충전기를 제공하고 설치를 도와준다. 이런 충전기는 대부분 가정에서 쓸 수 있도록 교류전력을 사용하며 출력은 7㎾다. 이론적으로 계산하면 용량 70㎾h 배터리를 장착한 자동차가 완전 충전하는 데 10시간이 걸린다.
예전에 설치된 공공 충전기도 대부분 교류전력 저속 충전기였다. 수요가 늘면서 직류 고속 충전기가 보급됐다. 주젠궈 총경리는 “이런 충전기의 출력이 수십~100㎾여서 충전 시간을 1시간 안팎으로 줄일 수 있다”고 말했다. 충전기 출력이 320㎾h를 넘으면 ‘초고속’으로 분류된다. 70㎾h 배터리 차를 15분 안에 충전할 수 있다.
초고속 충전은 긴급한 상황에 적합하다. 실제로는 배터리 전력량이 80%를 넘기면 초고속에서 저속 충전으로 전환되고, 완전 충전까지 걸리는 시간은 이론적으로 계산한 수치를 넘는다. 주변 온도도 충전 시간에 영향을 준다. 겨울철에는 충전 시간이 더 걸린다.
초고속 충전은 매력적이지만 이 기술을 도입하기까지 충전기, 배터리, 차량 등 각 영역에서 극복해야 할 도전이 있다. 주젠궈 총경리에 따르면 충전기의 핵심은 충전모듈이다. 변환 효율과 지능화, 출력 밀도 수준이 충전기의 전체 효율을 결정한다. 융롄과학기술이 개발한 충전모듈의 출력은 40㎾다. 충전모듈 여러 개를 합체하고 액체냉각 충전기를 사용하면 초고속 충전을 할 수 있다.
다른 업계 관계자는 “고출력 초고속 충전에는 높은 전압과 고전류의 지원이 필요하다”며 “전류가 너무 세면 충전 케이블이 무거워 고객이 들 수 있는지, 열이 얼마나 날지도 고려해야 한다”고 말했다. 기술개발은 쉽지만 비용이 늘어난다. 일반 교류 저속 충전기의 가격이 수백~1천위안인 데 비해 초고속 충전기는 1만위안(약 188만원) 수준이다.
초고속 충전을 위해선 배터리와 차량 플랫폼 전압이 충전기와 맞아야 한다. 신에너지차 제조사 기술책임자는 “배터리 과열로 발생하는 화재는 주로 배터리의 품질과 고속 충전을 지원하지 않는 규격 탓”이라고 지적했다. 초고속 충전은 배터리를 최대한도로 사용한다. 배터리에 하자가 있으면 평소 발생하지 않던 문제가 생길 확률이 커진다.

제조사의 몫
세계 최대 전기차 배터리 생산업체 CATL(寧德時代)에 따르면 리튬이온을 최대한 빨리 배터리 양극에서 음극으로 이동시키는 것이 초고속 충전의 원리다. 리튬이온의 이동 속도가 빠를수록 열이 많이 나고 가스 발생 같은 부반응(Side Reaction)도 잦다. 이 때문에 양극과 음극, 전해액 등 재료의 품질과 신뢰성이 높아야 한다. 초고속 충전기와 마찬가지로 초고속 충전 배터리의 값은 비싸다. 앞의 기술책임자에 따르면 초고속 충전 배터리 가격이 20% 정도 비싸고, 차량 플랫폼 전압을 높이면 배터리관리시스템 비용이 늘어난다.
시장 상황을 보면 충전 시설과 전기차는 ‘닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐’ 하는 고민에 빠져 있다. 초고속 충전은 원가가 비싸고 기술 면에서도 더 어렵다. 충전기 운영회사는 초고속 충전에 흥미를 잃었다. 업계 관계자는 “현실적으로 공공 충전기 운영회사가 이익을 얻기는 힘들다”고 말했다. 운영회사가 원하는 것은 충전 시간 단축이 아니라 충전기의 평균 사용률을 높이는 것이다. 그는 직류 고속 충전기가 공공 충전기의 주류가 될 것으로 예상했다.
초고속 충전을 적극적으로 추진하는 주체는 자동차 제조사다. 자체 충전망을 구축한 일부 전기차 브랜드는 일정 비율의 초고속 충전 시설을 함께 설치했다. 테슬라, 샤오펑, 아이온 등이다. 주젠궈 총경리는 “자동차업체의 목표는 충전으로 돈을 버는 것이 아니라 차별화된 강점으로 차량 판매를 늘리는 것”이라고 말했다.
원카이 광저우 쥐완(巨灣)과학연구유한공사 전략기획담당 수석책임자는 “충전이 사용자 특성에 부합할수록 시장의 수요가 생긴다”고 강조했다. 고급 전기차 브랜드는 소비자 경험을 중요하게 평가하고 초고속 충전을 보급할 비용을 감당할 수 있다.

ⓒ 財新週刊 2021년 제46호
車企角逐超快充
번역 유인영 위원

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