전기차 배터리도 핸드폰처럼? 탈부착 가능한 전기차

전기차 배터리도 핸드폰처럼? 탈부착 가능한 전기차 

대학생신재생에너지기자단 26기 김대건

 

전기차 충전의 대안

[자료 1. 전기차 배터리 표현]

출처 : 인사이트 코리아

 현재 충전소에 가서 전기차를 충전하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 기존의 전기차 충전방식이 불편하다고 생각을 해봤는가? 충전이 수 시간 소요되고 충전소에서 화재가 발생하는 등 많은 문제점이 보인다. 그런데, 전기차 배터리를 탈부착식으로 교체할 수 있다면 어떨까?

 중국의 니오(NIO)는 이미 이 방식을 도입해 현재 2,400개의 배터리를 교체할 수 있는 스테이션이 있다고 한다. 현대자동차도 배터리 교체형 전기차 제작을 본격화하고 있으며, 국토교통부는 이를 지원하기 위해 ’모빌리티 혁신위원회‘룰 출범시켰다. 이로 인해 현대자동차는 배터리 교체형 전기차 실증 사업을 진행할 수 있게 됐으며, 10월 중 실증 특례가 통과되면 본격적인 사업 추진이 예상된다. 그렇다면 배터리 교체형 전기차가 세계에서 어떻게 진행되고 있으며, 이 전기차의 장단점을 알아보는 시간을 가지도록 하자.

 

배터리 교체형 전기차의 장점

[자료 2. 배터리 교체하는 장면]

출처 : 네이버블로그

배터리를 교환하여 충전하는 방식은 몇 가지 주요 장점이 있다.

 첫 번째로, 충전 시간을 대폭 단축할 수 있다는 점이다. 현재 전기차는 완속 충전을 할 경우 약 4~5시간이 걸리고, 급속 충전을 해도 20분 이상 소요된다. 하지만 배터리 교환 방식은 완충된 배터리를 교환함으로써 5분 이내에 충전을 완료할 수 있어, 충전 시간을 크게 줄일 수 있다.

 두 번째로, 전기차 구매 비용을 줄일 수 있다는 점이다. 전기차 배터리는 가격이 상당히 높다. 예를 들어, 소형 전기차의 배터리만 해도 약 2,600만 원에 달한다. 하지만 배터리 교환형 시스템에서는 배터리 비용을 제외하고 차량만 구매할 수 있어, 소비자들의 초기 부담이 줄어든다.

 또한, 상황에 따라 적절한 용량의 배터리를 선택할 수 있는 유연성도 장점이다. 예를 들어, 장거리 운행이 필요하지 않은 경우, 저용량 배터리를 사용해 비용을 절감할 수 있다. 중국의 니오(NIO)에서는 75kWh 배터리팩을 월 13만9000원, 150kWh 배터리팩을 월 210,000원의 구독료로 제공하며, 소비자는 자신의 운행 상황에 맞춰 배터리를 선택할 수 있다.

[자료 3. BaaS 도식화]

출처 : SK온

 또, 배터리를 빼내어 관리하기가 편리하다. 현재 전기차는 배터리가 차량에 고정돼 있어 상태를 관리하기가 어렵지만, 배터리 교체형 전기차는 이 문제를 해결할 수 있다. BaaS(Battery-as-a-Service) 시스템을 활용하기가 더 좋다. 이 시스템을 활용하면, 교환소에서 배터리를 주기적으로 관리하고 실시간 모니터링을 통해 배터리의 성능과 상태를 확인할 수 있다. 이를 통해 배터리 수명을 연장하고 성능 저하를 방지하는 것이 가능해진다. 사용자는 개별적으로 배터리 상태를 확인하거나 관리할 필요 없이, 충전소에서 최적화된 배터리를 교환받을 수 있어 더욱 편리하게 전기차를 운행할 수 있다.

 마지막으로, 배터리 교환형 전기차는 배터리 안전성을 강화할 수 있다. 예를 들어, 니오의 배터리 교환 스테이션에는 화재 발생 시 배터리를 수조에 담가 진압하는 시스템이 도입돼 있어, 전기차 관련 안전 우려를 줄일 수 있다. 또한, 성능이 떨어진 배터리는 ESS나 발전소에서 재활용돼 전력 그리드 강화에 기여할 수 있다.

이러한 점들 덕분에 배터리 교환형 전기차는 충전 시간 절감, 비용 효율성, 안전성 면에서 강점을 가지고 있다.

 

배터리 교체형 전기차의 문제점

[자료 4. 국내 자동차 기업 브랜드 로고]

출처 : 네이트 뉴스

 하지만, 문제점도 많다. 중요한 문제 중 하나는 배터리 표준화이다. 한국에는 현대자동차를 비롯해 다양한 전기차 제조사가 존재하기 때문에, 표준화되지 않은 배터리를 사용할 경우  브랜드마다 서로 다른 배터리 규격을 채택하게 될 가능성이 크다. 이로 인해 한 제조사의 전기차가 다른 제조사의 배터리 교환소를 이용하기 어려워질 수 있다.

 예를 들어, 현대자동차의 배터리 교체형 전기차가 배터리 교환소를 설치해도, 표준화가 이루어지지 않으면 다른 브랜드의 전기차는 그 교환소를 사용하지 못하게 되는 문제가 생길 수 있다. 안 그래도 스테이션 설치 비용이 현재 전기차 충전소 설치 비용보다 몇 배는 비싼데, 이 문제는 시스템 확장과 원활한 운영이 힘들어진다.

 그리고 위에 말했듯이 배터리 교체를 할 수 있는 스테이션은 비싸다. 현재 스테이션 설치 비용은 약 3억원이 넘는 비용이 든다고 한다. 충전소가 4천만~1억원인 것을 고려했을 때, 결코 무시할 수 없는 비용차이다.

[자료 5. 분리된 탈부착형 전기차 배터리]

출처 : 다음

 위에 사진은 중국에서 배터리 교체형 전기차에서 배터리가 주행 중 떨어진 모습이 찍힌 것이다. 전기차 배터리는 중형차 기준 500kg에 달하는데, 길 위에 떨어지는 건 굉장히 위험한 일이다. 이처럼 배터리를 교체해도 고정이 잘 되는지에 의문을 품는 사람들이 많다. 또한, 배터리를 계속 교체하면서 점점이 마모되고 갈수록 누전이나 접촉 불량이 가능성이 생기는 것은 아닌지 생각해 봐야 할 문제이다.

이처럼 배터리 표준화, 교환소 설치 비용, 안정성 등 문제점을 보이고 있다.

 

언제부터 시작되었을까?

배터리 교체형 전기차의 역사는 어떻게 될까? 놀랍게도 해외 여러 회사에서 이미 진행했었다. 시작은 이스라엘 회사인 프로젝트 베터 플레이스(Preject Better Place)다. 이때 교체는 정비사가 하는 반자동 시스템이었다. 이 시스템이 다소 힘들어 성공하지 못하였고, 전기차에 힘을 많이 쏟았으나 불황을 이겨내지 못해 파산하고 만다.

[자료 6. 테슬라의 전기차 충전과 배터리 스왑 비교 생방송]

출처 : 동아경제

 그 후 다들 관심을 안 가졌으나 다음주자로 나온 회사가 유명한 미국 전기차 기업 테슬라(Tesla)다.  2013년 일론 머스크가 나와 생방송까지 했다. 전기차를 주유하는 방식과 배터리를 교환하는 방식의 시간을 비교했는데, 배터리 교환시간 1분 33초로 주유 시간 4분 8초보다 빠른 것을 볼 수 있었다. 테슬라도 충전 속도와 가격 면에서 배터리 교체형 전기차에 관심을 보였으나, 몇 년 만에 서비스를 중단하고 말았다.

 다들 배터리 교체형 전기차를 포기하고 있을 때, 적극적으로 도입해 현재 배터리 스왑 스테이션이 가장 많으며 시장이 큰 기업이 중국의 니오(NIO)다. 니오는 현재 2,400개의 스테이션을 설치하였고, 올해까지 4,000개로 늘리겠다는 포부를 밝혔다. 

 중국은 많은 문제점들을 보완해 나가는 노력을 했다. 중국 내 타기업에서 배터리가 중간에 떨어지는 문제점을 보완해야 했다. 또, 인프라를 키워나가기 위해 표준화를 해야 한다는 점에서 니오의 배터리와 스테이션 규격을 따라가기로 했다. 그리고 발전을 거듭한 끝에 현재 스테이션 4세대까지 나왔다.

 

국내 전망은?

[자료 7. 현대 자동차의 사업 개념도]

출처 : EBN

 현대자동차는 국토교통부에 배터리 교체형 전기차에 대한 허가를 요청했다. 왜냐하면, 배터리 탈부착에 대한 기준이 없어 정비사만 이 일을 할 수 있었던 것이다. 그래서 국토교통부의 실증 특례가 통과하면 본격적으로 사업을 진행할 수 있는 것이다. 현대자동차그룹은 전기차 스왑 서비스 기업 '피트인'에 투자해 같이 협업하면서 현재 안양 배터리 교체 스테이션에서 첫 시행을 하고자 한다.

 하지만 이를 적극적인 움직임으로 볼 수 있는가에 대한 의구심은 있다. 현대자동차는 이 시스템을 택시와 같은 상업차에 먼저 도입시킬 예정이어서 곧장 대중화를 목표로 두는 것은 아닌 듯하다. 그리고 국내에선 이 시스템에 비관적으로 보는 이들이 많다. 위에서 언급한 문제점을 해결할 수가 없다는 점에서 말이다. 김필수 미래자동차학부 교수는 “향후 전기차 가격이 내연차 가격과 비슷해지면 굳이 배터리를 뺀 전기차를 만들 이유가 없다.”, “여러가지 문제가 있다 보니 이론적으로는 20~30년 전부터 나온 얘기지만, 실제로 시행하는 데는 한계가 있다”와 같이 언급하고 있다. 해외 시장의 변화에 국내 기업도 움직이고 있으나 이를 국내에 어떻게 맞게 도입할지는 지켜봐야 할 것 같다.

 

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전기차 충전에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "전기차 충전, 5분 만에 가능해진다고?", 23기 안윤아, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4449

[Remake]전기차 충전, 5분 만에 가능해진다고?

 

2. "[취재]전기차 충전, 더 이상 방해하지마!", 23기 김용대, 차승연, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4440

[취재]전기차 충전, 더 이상 방해하지마!

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참고문헌

전기차 충전의 대안

1) 인주연, “배터리 충전 3분이면 끝..? 현대차 전기차, 역대급 신기술 탑재 선언!”, 뉴오토포스트, 2024.10.01, https://newautopost.co.kr/issue-plus/article/126330/

배터리 교체형 전기차의 장점

1) 뉴스팀, “전기차 배터리 교체식, 장단점은 무엇인가?”, 오토뷰, 2022.08.05, https://www.autoview.co.kr/news/articleView.html?idxno=77487

2) 뉴스팀, “"난 1분이면 끝" 전기차 배터리 스왑, 게임 체인저 될까?”, 오토뷰, 2022.02.11., https://www.autoview.co.kr/news/articleView.html?idxno=75870

배터리 교체형 전기차의 문제점

1) 뉴스팀, “전기차 배터리 교체식, 장단점은 무엇인가?”, 오토뷰, 2022.08.05, https://www.autoview.co.kr/news/articleView.html?idxno=77487

2) “중국, 배터리 교체형 전기차에서 배터리팩 탈락사고 발생”, 글로벌오토뉴스, 2023.07.04., https://v.daum.net/v/3z6xBHtncB

언제부터 시작되었을까?

1) 황미진, “‘충격' 테슬라 vs 손지창, 신개념 시스템 '배터리 스와핑' 핫이슈 등극”, 화이트페이퍼, 2017.01.01., https://www.whitepaper.co.kr/news/articleView.html?idxno=79454

국내 전망은?

1) 류은주, “中 적극 나서는 배터리 교환 사업, 韓 시큰둥한 이유”, ZDNET Korea, 2024.10.10., https://zdnet.co.kr/view/?no=20241007172901