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[자동차 칼럼] 쾌적한 전기차 운행, 배터리 온도 주목해야

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  •  |  입력 : 2018-04-10 18:50:32
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내연기관 자동차에 비해 소음과 진동이 거의 없고 주행감이 좋은 전기차는 운전자에게 더 없이 쾌적한 승차감을 느끼게 한다. 주행 중이거나 신호대기로 잠시 정차해 있는 동안에도 배기구를 통해 독성 가스를 배출하지 않으니 왠지 모르게 환경 개선에 일조한 것 같은 기분을 느끼게 된다.

2019년 말 까지 한시적이긴 하지만 충전요금 50% 할인과 기본요금 면제 제도로 인해 평일 시내 출퇴근과 주말에 한번 정도의 근거리 시외 주행 그리고 가정이나 아파트에서 완속 충전기로만 충전한다면 한 달에 대략 2만 원 정도의 운행비용이면 충분하다. 고속도로 통행 요금도 50% 할인된다. 정부의 적극적인 전기차 지원정책과 완성차 및 부품기술의 혁신, 충전사업자의 비즈니스 고도화에 따라 전기차에 대한 부정적 편견들이 많이 없어졌다.

2022년에는 전국 주유소 1만2000개와 비슷한 수준인 1만기까지 급속 충전소를 확충한다는 산업통상자원부의 계획 공시는 전기차 수요증가를 반영했다. 그 밑바탕에는 전기차 배터리의 안정성 개선, 배터리 용량 증대에 따른 일충전 주행거리 확대 및 충·방전 성능 개선, 친환경 소재의 사용 및 배터리 관리기술의 성숙 등이 큰 역할을 하고 있다.

영하의 온도인 추운 겨울에 전기차 배터리를 충전 또는 방전하게 되면 배터리가 가지고 있는 충전 또는 방전용량의 일부분만 사용할 수 있다. 극단적으로, 영하 20도일 때 배터리가 가지고 있는 방전용량의 50% 정도만 사용할 수 있게 되고, 충전용량의 5%까지만 충전할 수 있게 된다는 의미이다. 겨울철에는 전기차의 연속 주행거리가 짧아지는 경우가 생긴다.

혹한기 원활한 충전을 위해 전기차 내부에 배터리 히팅 시스템이 장착된 모델들도 있다. 또한 주행 중에 배터리가 과열되거나 혹서기의 고온 시에도 비슷한 상황이 발생한다. 온도가 올라간 상태에서는 충전 능력 및 회생 전력의 회수 능력이 떨어지므로, 전기차의 배터리 팩에는 기본적으로 송풍을 통한 냉각시스템이 장착되어 있다. 온도 상승은 배터리의 열화를 가속시켜 수명을 단축시킨다. 전기차 주행 중에 배터리 팩 전체의 온도를 관리할 필요가 있으며, 급속충전 시에도 배터리 온도가 너무 상승하지 않도록 제어해야 한다. 전기차용 급속 충전기는 차량에 탑재된 제어기와 통신을 통해 정보를 교환하면서 전력을 공급한다.

가솔린 자동차에 장착되는 납산 배터리는 주로 엔진 시동용으로 사용되지만, 전기차에 장착되는 리튬이온 또는 리튬폴리머 배터리는 차량을 움직이게 하는 주 에너지원이다. 배터리의 성능은 전기차의 성능과도 직접 관계된다. 배터리의 성능 지표는 출력밀도(W/㎏)와 에너지 밀도(Wh/㎏)를 들 수 있다. 에너지 밀도는 충전할 수 있는 용량 즉, 전기차의 일충전 주행거리와 관계된다. 출력밀도는 단숨에 에너지를 방출할 수 있는 능력 즉, 전기차의 순발력 또는 가속능력과 관계된다.
배터리가 보조 에너지원 역할을 수행하는 하이브리드 차나 연료전지 자동차에서는 순간적으로 높은 출력을 낼 수 있는 고출력밀도 배터리 특성이 요구된다. 에너지를 모두 배터리에 의존하는 전기차는 높은 에너지 밀도형의 배터리가 바람직하나, 가·감속이 많은 도심 운전을 고려할 때 회생 제동을 전적으로 활용하고 순발력 있는 운전을 위해서는 고출력밀도 특성도 필수적이다. 또한 긴 수명과 친환경적인 장점도 가지고 있어야 한다. 날로 발전하는 배터리 기술은 보급·적용대상 확대로 이어질 것이고, 관련 소재의 채굴량이 급증하게 돼 환경에도 어떤 영향을 미칠 것인지 곰곰이 생각해야 할 시기가 되었다.

동서대 메카트로닉스 융합공학부 손영대 교수

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