미래 모빌리티 (6)
전기자동차 개발하기
전기자동차는 친환경차인가요?
어느덧 우리 곁에 다가온 전기자동차는 엔진, 변속기와 연료탱크 대신에 모터, 감속기 및 배터리로 주행하는 차량을 말한다.
현대차의 전기차 시작은 하이브리드(HEV) 차량이었다.
엔진차량에 별도의 모터를 달아서 언덕길을 오를 때 보조힘을 받아 연료를 절약할 수 있도록 한 차량이 소프트타입 하이브리드이고 불리던 아반떼 LPG HEV가 시작이었다.
이후 모터와 작은 전용배터리로 엔진 없이 일정거리를 갈 수 있는 하드타입 하이브리드가 소나타 HEV를 시작으로 최근 차량은 대부분 이 타입으로 싼타페와 그랜져 HEV는 연비가 엄청나게 좋아져 인기이다.
이 하드타입 HEV 중 엔진에 의한 충전뿐 아니라, 외부 전원에 의한 배터리충전이 가능하면 '플러그인 하이브리드 차량'이라고 부르는데, 개인주택이 많은 유럽은 전용 저속충전이 가능하여 유럽에만 수출하고 있다.
2010년대까지 현대자동차를 비롯하여 대부분의 자동차 회사들도 전기차와 연료전지차(수소차) 두 가지 중 어느 쪽이 대세가 될지 몰랐었기 때문에 모두 다 염두에 두고 개발을 하였었다.
전기차는 배터리 충전시간이 너무 오래 걸리고 한번 충전으로 배터리로 갈 수 있는 주행거리가 얼마 되지 않아서 전기차가 쉽게 대중화되지 못할 것이라고 예상했었고, 연료전지차량(수소차)은 수소의 공급이 어려움 및 엔진에 상당하는 스택(수소와 산소가 반응하여 전기와 물이 생성되는 엔진에 상당하는 장치)이 너무 비싸서 대중화가 어려운 상황이라서 미래를 예측하기 힘들었다.
2010년 초반 이전까지는 시험용으로 전기차를 개발은 하였지만 배터리가격이 7천만 원이 넘어서 홍보용으로만 쓰이고 양산까지는 이르지 못하였지만 기아 레이 EV를 시작으로 전기자동차를 개발하여 판매하기 시작하였다.
처음에는 전기차를 개발한 경험이 없어서 전기모터로 사용하는 고속열차인 KTX에서 배울 것이 없는지 현대로템에 가서 문의도 하였고, 일본에 출장 가서 그 당시 양산되고 있던 닛산 전기차 리프도 조사하고 중고차도 들여와 분석하기도 하였다. 그 당시 중국에서도 우리나라보다 앞서 정부 전폭적인 지원으로 전기차 택시를 생산하여 운용하고 있었는데 100% 중국정부에서 관리하고 개인에게는 판매하지 않아서 조사에 어려움이 있어 출장 가서 택시를 대절하여 조사한 적도 있었다. 지난해 세계 전기차와 배터리 시장에서 중국회사의 시장점유율이 45% 이상이 되었는데 그 성과가 하루아침에 이루어진 것이 아니라는 것을 잘 알고 있다.
2010년 초부터 본격적으로 전기차 개발이 시작되었고, 전기차 시험차를 가지고 국내의 여러 가지 노면을 다니면서 각종 전기전용 부품의 단품시험 표준을 만들기 위한 계측을 진행해야 했었는데
그 당시 국내에 충전소가 거의 없는 상태에서 1회 충전거리 50km 미만인 데다가 계측장치가 전기를 끌어다 쓰는 바람에 40km 정도만 주행하면 방전되어 견인차로 회사로 가져와서 충전하고, 다시 그 장소로 견인차로 가져가 계측을 어렵게 이어가면서 거의 1달 가까이 비용과 시간이 소요되는 어려움을 겪기도 했다.
소량 생산하던 전기차를 대세가 수소전기차가 아닌 배터리 전기차로 기울어지면서 2020년 초부터 현대차도 본격적으로 대량 양산에 들어갔다. 우리나라의 배터리 3사 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI에서 만드는 세계최고 수준의 배터리공급이 가능했기 때문에 다른 나라 자동차 회사보다 방향전환이 수월하였다.
2021년 말에 출시된 우리나라 최초 전기차 전용차량인 아이오닉5 양산이 전기차시대의 시작이었다. 충전시간도 800V충전기를 사용하면 배터리 용량 10%에서 80%까지 18분 만에 충전하게 되었고, 주행거리도 거리도 한번 충전에 400km 이상을 갈 수 있게 되어 큰 발전을 이루었다.
짧은 역사에 전 세계 전기차 시장을 장악하고 있는 테슬러보다는 판매량은 작지만 아이오닉5는 21년부터 최근 23년까지 세계의 곳곳에서 수출국의 올해의 차(Car of The Year)로 현대기아 전기자동차가 선정되어 기술력을 뽐내기도 하였다.
더욱 놀라운 것은 현대차의 수출이 거의 되지 않고 있고 수입차에 상당히 폐쇄적인 일본에서 조차 22년 말 아이오닉5가 '올해의 차'로 선정되었다는 것이고 이를 계기로 일본에 수출되어 택시등으로 운행되고 있다.
우수한 전기차와 첨단 전자기기로 성공한 테슬러와는 다르게 오랫동안 차를 만들어 왔던 현대. 기아의 기술력으로 운전할 때 좀 더 조용하고 편안한 품질 좋은 차량개발을 할 수 있어서 이와 같은 성공이 가능했다.
두 회사 차이는 100km/h 이상 고속주행 시 바람소리의 크기를 비교하면 현대자동차 차량이 훨씬 조용함을 금방 느 낄 수 있다. 또한 지금까지는 와이어링은 그냥 가벼운 선이라 큰 신경을 쓰지 않았지만 전기차를 구동하는 고전압 케이블은 매우 굵고 두꺼워 하나의 구조물로 진동을 유발하여 이런 진동 하나하나를 찾아내어 어렵게 개선한 결과 조용한 차량으로 양산할 수 있었다.
전기자동차는 부품수가 내연기관 대비 절반으로 축소되고, 엔진오일이 불필요하게 되고, 회생제동으로 브레이크 패드도 더 이상 교체할 필요가 없어 차량 유지비용 절약할 수 있기 때문에 택시로 많이 사용되고 있는 이유이기도 하다. 하지만 타이어는 모터의 초기 출발 시 슬립으로 내연기관차량대비 2/3 수준으로 전기차의 마모가 심하다.
처음 전기차를 개발할 당시부터 “과연 전기차가 과연 환경차인가?” 란 몇 가지 의문점 있었다.
전기자동차 타는 첫 번째 이유는 '환경차'라는 이유이고 주행할 때 전기에너지를 사용하여 지구 온난화의 주범인 이산화탄소(CO2)등 배기가스가 발생하지 않기 때문이다.
하지만 전기는 어떻게 만들어지는가?
화력발전소에서 전기를 만들려면 화석연료를 사용해야 하기 때문에 내연기관 차량에서 나와야 되는 배기가스가 발전소에서 대신 나올 뿐인 것이다. 원전에서 나오는 전기는 여러 가지 이류로 친환경으로 인정받지 못하고 있다.
엔진자동차 한 대 한 대가 여기저기 주행하면서 내뿜는 이산화탄소(CO2)를 포집하지 못하지만, 전기를 생산하는 화석발전소 굴뚝에서 나오는 배기가스를 포집하여 관리할 수 있다는 점이 장점으로 친환경차량(그린전기가 아닌 블루전기)이라 불릴 수 있었던 것이다. 태양광이나 풍력발전을 이용한 전기를 사용하면 좋지만 발전량이 미미하여 아직은 어려운 상황이다.
두 번째 이슈는 전기자동차에 들어가는 배터리는 니켈, 코발트, 망간, 리튬등 희귀 금속들로 제조되는데 광산에 이런 금속을 캐고, 제련하는 등 생산과정에서 나오는 이산화탄소(CO2)의 발생량이 엄청나서, 내연기관 차량이 폐차할 때까지 주행하면서 발생하는 이산화탄소(CO2) 전체발생량 보다 약간 작을 정도로 많이 나온다. 그리고 이 배터리 내 금속성분들은 독극물들이기 때문에 사용 후 폐기 시 오염에 문제가 될 수 있는데 친환경 차량인가? 이러한 문제로 유럽 및 미국에서 폐기배터리에 들어있는 금속들을 90%이상 재활용하는 것을 의무화하는 법을 제정하고 있는 중이고 배터리 구성 금속을 반복 재활용해야 진짜로 친환경 차량이 될 수 있는 것이다.
세 번째로는 같은 거리를 가는데 전기자동차는 내연기관 차량대비 에너지 소모가 적게 든다. 배터리 전기에 의해 모터로 바로 연결되어 불필요한 과정이 축소되어 효율적인 이동이 가능하다는 측면에서는 분명히 친환경차량이다.
전기자동차 전체가격에 40%를 차지하는 배터리는 충방전 횟수에 따라 열화 되며 초기대비 얼마나 성능을 가지고 있는가를 나타내는 %로 나타내는 지수가 SOH (State of Health)이다. 전기중고차를 살 때 배터리는 초기대비 70% 이상의 SOH가 돼야 정상적인 운행이 가능하므로 이것을 잘 살펴야 한다. 전기차량에서 제공해 주는 SOH는 현재 에러가 많으므로, 장비를 통한 정확한 계측으로 SOH를 확인된 전기중고차를 구매해야 한다.
전기차는 차박이라는 캠핑문화에도 영향을 주고 있다. 머플러가 없어 차량 플로어가 편평하여 눕기도 좋다. 차박을 하면서 에어컨이나 히터를 켜도 배터리 전기를 사용하므로 엔진을 켤 필요가 없어 소음이나 매연발생하지 않는다. 현대자동차에서는 아이오닉5 플로어에 온돌을 설치하는 아이디어도 있었는데 아직 양산되지는 않았다. 집에 있는 TV 등 가전제품을 가져와서 차에 플러그 꼽아서 사용할 수도 있다.
다만 전기차 배터리 화재는 미국과 중국의 통계를 보면 오히려 내연기관 차량보다 적게 난다. 다만 일단 화재가 발생하면 쉽게 꺼지지 않는 것이 문제다. 화재가 발생하면 질식포로 덮어 화재를 잠시 지연시킨 후 외부로 이동하여 물속에 담가두는 것이 현재로선 최선이다. 이런 문제를 해결하기 위해 전고체 배터리 등 새로운 타입의 배터리들이 개발 중이나 아직은 조금 더 시간이 필요한 상황이다.
이제 전기차시대의 시작이고 미래 모빌리티의 대세는 전기차가 될 것이다.
우리나라가 자동차제조와 배터리 실력이 세계최고인 만큼 캐즘(대중화되기 전 일시적 정체)을 극복하고 조만간 전기자동차 세계시장을 이끌 것으로 믿는다.
