전기차 충전 걱정을 배터리 교체로 해결할 수는 없을까?
최근 내연기관차에서 배터리 전기차(BEV)로 차를 바꾸려는 사람들이 많지만, 아직까지도 주저하는 사람들이 많다. 대부분의 이유는 배터리 충전에 대한 걱정이다. 예전에 비해서는 1회 충전 후 주행거리가 늘어나서 충전 빈도는 줄어들고 있지만, 운전자가 계획한대로 충전할 수 없는 상황이 여전히 자주 생긴다. 예를 들어, 고속도로 이동 중에 휴게소에 들려서 충전하려고 계획하였으나, 모든 충전기가 사용중이거나 일부 충전기가 고장나 있으면 계획이 틀어지는 경우를 종종 경험한다. 내연기관 차량에 빠르게 주유를 하는 것이 익숙한 운전자들에게는 불편함일 수 밖에 없다.
우리는 전기차는 배터리가 차량 내에 탑재되어 있고 충전기에 연결해서 충전해야하는 것으로만 생각하고 있다. 전기차를 자동차로만 생각하니 주유구와 같은 충전단자에 충전기를 꽂아서 충전하여야 하는 것으로 사고하였다. 그러나 전기차를 자동차가 아닌 전자디바이스라는 관점으로 본다면 배터리를 교체하는 것도 너무나도 일반적인 접근일 수 있다.
<현대자동차 전기차 코나 일렉트릭 충전구 모습>
우리는 고정형 전자제품이 아닌 이상 대부분 배터리를 교체하는 방식으로 사용해왔다. 스마트폰도 배터리 용량이 충분하지 않아서 하루에도 배터리가 방전되는 경우들이 생기다보니 완충된 여분 배터리를 들고다니다가 교체를 하였고, 스마트폰이 충분한 용량의 배터리를 포함하기 시작(예전에 스마트폰 신제품이 나오면 증가된 배터리용량을 강조하였던 것을 기억할 것이다)하고 아주 큰 용량의 외장배터리를 사용자들이 소지함에 따라 배터리 교체의 필요성이 사라지면서 일체형이 자리잡게 되었다. 물론 교체형 배터리 하우징과 스마트폰 구조를 만드는 비용 절감도 일체형으로 바뀌게 된 이유일 수 있다.
<과거의 배터리 교체형 스마트폰>
‘중국의 테슬라’로 불리는 전기자동차 업체 니오(NIO)는 전체 직원 중 60%가 자동차 산업 경력이 없는 엔지니어다. 자동차 제조 공장도 없어 위탁생산으로 차를 만든다. 이들은 기존 자동차 회사의 관점이 아니라 전자제품 회사의 관점에서 전기차를 개발하고 있다고 생각한다.
니오의 사업 방식 중 가장 눈길을 끄는 것은 ‘배터리 없는 전기차’를 판다는 점이다. 주유소에서 주유하듯이 배터리가 방전되면 교환소에 가서 교체하는 것이다. 구체적으로, 배터리 교환형 전기차는 전기차 원가에서 상당한 비중을 차지하는 배터리를 제외한 가격으로 차량을 구매하고, 배터리 교환 서비스 기업으로부터 배터리를 구독(subscribe)하는 방식으로 운영된다. 소비자는 배터리 가격이 줄어드는 만큼 저렴한 가격에 차량을 구매할 수 있고, 배터리 수명 및 성능 저하에 따른 리스크도 줄일 수 있다.
최근 니오는 더 편리하게 배터리 교체를 할 수 있는 '2세대 배터리 스와프 스테이션'을 중국 최대 석유 회사 시노펙의 주유소에 설치하여 운영하는 것으로 발표하였다. 이전 배터리 교체 방식 대비 가장 큰 차이점은, 차량 리프팅 장치를 없애고 운전자가 차량을 몰고 교체소 안으로 들어오기만 하면 바로 배터리 교체가 진행된다. 배터리 교체가 필요한 전기차가 정확한 위치에 정차하면 차량이 진입한 공간 아래의 슬라이딩 덮개가 열리면서 배터리 교체가 진행되며 차주가 하차할 필요가 없다.
참고: 니오의 2세대 배터리 스와프 스테이션
또한, 니오는 중국 배터리기업 CATL와 배터리 서비스 합작사인 우한웨이넝전지를 설립해 발빠른 움직임을 보이고 있다. 그리고, 중국의 대형 완성차 업체인 상하이자동차도 배터리 교체형 전기차를 지난 3월에 출시하여, 중국 업체들이 배터리 교체형 방식 개발에 집중하고 있다. 그리고, 세계 전기차 배터리 시장 5위 회사인 SK이노베이션도 올해 1월에 중국의 배터리 대여·교체 기업인 ‘블루파크스마트에너지’(BPSE)의 지분 13%를 사들여서 중국 내 교체식 배터리 사업에 도전하는 것으로 발표하였다. 이는 중국 정부가 작년에 전기차에 배터리팩을 탑재해 판매해야 하는 규제를 풀면서 배터리를 빼고 차체만 살 수 있게 되었기 때문이다. 아직 한국에서는 현행법상 전기차와 배터리를 분리하여 판매할 수 없어서 상용화가 불가능한 상태이다.
<Better Place 특허에서, 차량에서 배터리가 분리되는 것을 도시한 도면>
<Better Place 특허에서, 부분적으로 열린 스왑 스테이션 슬라이딩 도어에 차량이 지지된 것을 도시한 도면>
이 특허는 미국 뿐만 아니라, 일본, 유럽, 중국 등에서도 유효하게 등록되어 있다. 니오의 “2세대 배터리 스와프 스테이션”과 관련도가 높으며 배터리 스테이션 방식을 구현하기 위해서는 특허 침해되지 않도록 주의할 필요가 있다.
전기차 시장이 자리잡기 전부터 등록된 특허에 대한 침해 문제를 해소하면서 배터리 교체 방식이 자리 잡기 위해서는, 차량 제조사와 연계된 배터리 스와프 스테이션을 찾는 불편이 없어야 할 것이다. 즉, 배터리 교체형 전기차의 보편화를 위해, 어디서든 편하게 배터리 교체가 가능하도록 배터리팩의 형상 및 인터페이스가 표준화될 필요가 있다.
또한, 전기차는 자율주행 기능 및 자율주행 중에 이용 가능한 다양한 서비스를 위해 필요한 디바이스라는 점을 고려하여, 추후 자율주행차가 로보택시(Robo-Taxi)까지 확장되어 이용될 때 차량 직접 충전방식에 비해 배터리 교체 방식이 효율적일 수 있는 방안이 필요하다.
가까운 시일 내에는 전기차 보편화를 위해 충전소와 배터리 교환 시스템을 혼용하는 방식이 필요하지 않을까 생각된다. 우리가 스마트폰을 직접 충전기에 연결해서 충전하기도 하고, 배터리를 따로 충전하여 교체하여 사용하였던 것처럼.
필자 소개
정태균 파트너 변리사는 연세대학교 전기전자공학과를 졸업하고, 2011년 48기 변리사 시험에 합격했습니다. 핀테크/보안/인공지능 등의 IT 스타트업의 특허업무 뿐만 아니라, 비즈니스에 참여하고 있습니다. 국방부 육군 지식재산관리실에서 근무하면서 방위산업분야 지식재산권 업무 경험을 가지고 있습니다.
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