Q&A로 살펴본 ‘2차전지’…2040년, 자동차 5대 중 3대는 전기차

임중권 / 기사승인 : 2020-05-23 05:00:00
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전기차 배터리의 구성은 셀(Cell)-모듈(Module)- 팩(Pack)

[쿠키뉴스] 임중권 기자 =◆전기차에 들어가는 2차전지의 구성은? 전기차 종류에 따라 구성이 조금씩 차이가 나지만 일반적으로 전기차 배터리는 셀(Cell)-모듈(Module)- 팩(Pack)으로 구성된다.

배터리의 최소 단위는 단품인 ‘셀’이다. 이 수많은 배터리 셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해 적게는 12개에서 많게는 48개까지 셀을 모아 모듈로 만든다. 이 모듈들을 모은 것을 또한 팩이라고 부른다.

셀, 모듈, 팩은 쉽게 배터리를 모으는 단위로 생각하면 이해가 쉽다. 셀, 모듈의 개수는 고객 사양에 따라 달라진다. 즉, 고객 맞춤형으로 여러 조합 형태로 구성이 된다는 의미다.

실제 전기차 BMW i3를 예로 들어 설명해본다면, i3에는 셀이 총 96개 탑재된다. 셀 12개를 하나의 모듈로 묶고, 8개 모듈을 모은 팩이 탑재된다.

배터리의 기본이 되는 셀은 자동차 내 제한된 공간에서 최대한의 성능을 발현할 수 있도록 단위 부피당(또는 무게당) 높은 용량을 지녀야 한다.

이것을 부피당(또는 무게당) ‘에너지밀도’라고 한다. 이에 따라 전기차 배터리 셀은 모바일 기기에 비해 훨씬 수명이 길다. 주행 중에 전달되는 충격을 견디고, 저온과 고온에서도 문제없을 만큼 높은 신뢰성과 안정성을 지니고 있다.

아울러 배터리 모듈은 배터리 셀이 열과 진동 등 외부 충격에서 좀 더 보호될 수 있도록 강건한 프레임으로 구성된다. 여기에 셀의 상태를 모니터링하는 작은 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System) 등이 포함된다.

마지막 형태인 배터리 팩은 모듈 여러 개를 모아 모듈에서 보내온 배터리 셀의 온도나 전압 등을 관리해 주는 Master BMS가 있다. 여기에 냉각장치 및 각종 제어 시스템 등이 장착된다.

◆스마트폰과 비교한 전기차 배터리의 용량은?

전기차를 움직이려면 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전기가 필요하다. 실제 제품을 보더라도 스마트폰 배터리는 4000mA로 용량으로 환산하면 14.8Wh (4,000mAⅹ3.7V(리튬이온배터리 평균 전압)) 정도이고, 순수전기차(EV)는 평균 60kWh이니 4000배 이상 차이가 난다.

◆국내 전기차의 충전방식은?

국내에서 사용되는 전기차 충전 방식은 30분 내외의 속도로 충전되는 급속충전 방식이다.

국내에서 사용되는 방식은 ‘DC콤보’ 방식과 ‘차데모(CHAdeMO)’, 그리고 ‘AC3상’ 방식 세 가지다. ‘DC콤보’ 방식은 완속충전용 교류 모듈에 급속충전용 직류 모듈을 동시에 사용할 수 있는 방식으로 BMW i3나 쉐보레 스파크 EV가 채택하고 있는 방식이다. 이 방식을 사용하면 공간 활용도나 커넥터 통합 등의 이점이 있다.

‘차데모’는 미국과 유럽 진영이 아닌 일본 도쿄전력을 중심으로 닛산, 미쯔비시, 후지 중공업, 도요타를 주축으로 개발된 충전 방식으로 현재 도요타와 닛산, 미쯔비시가 차데모 충전방식을 사용하고 있다.

직류 방식만을 이용한 충전 방식으로 급속 충전을 목표로 개발됐다. 교류 충전의 경우는 별도의 커텍터 등이 필요하고, 공간 활용성이 떨어진다는 단점이 있다.

마지막으로 ‘AC3상’ 방식이 있는데, 프랑스 르노가 내세우고 있는 방식으로 별도의 직류 변환 어댑터가 필요 없다는 장점이 있다.

낮은 전력을 이용하기 때문에 효율이 높고, 직류 변환 장치가 필요 없어 다른 충전방식에 비해 인프라를 구축하는 비용이 작다. DC콤보와 마찬가지로 하나의 케이블로 급속충전과 완속 충전이 가능하다는 장점도 있다.

이 외에도 테슬라는 자체 충전 방식인 ‘수퍼 차저’를 채택하고 있고, 택시와 같은 대중교통수단을 중심으로 빠르게 전기차를 보급해나가고 있는 중국의 경우는 차데모 방식을 변형한 자체적인 방식을 운영하고 있다.

◆국내 전기차 충전소 현황은?

국내 충전기 현황은 환경부 전기차 충전소 홈페이지를 이용하면 편리하게 확인할 수 있다. 환경부 외 한국전기차충전서비스, 에버온 등 타 기관이 운영하는 충전소 정보도 동시에 제공하고 있다.

급속 및 완속 충전기 보유 현황, 충전기 방식, 운전상태, 주소, 이용 요금, 위치 및 경로 등 각종 서비스를 검색할 수 있다. 올해 4월 기준 전국에 1만7000여개 충전소가 설치됐으며, 지속 확대될 전망이다.

◆2040년, 자동차 5대 중 3대는 전기차다

시장조사업체 블룸버그(BNEF Bloomberg New Energy Finance)는 2040년에는 전기자동차가 전 세계 승용차 시장의 55%를 차지할 것으로 내다봤다.

아울러 국내 증권가 분석에 따르면 코로나19로 인한 전기차 시장의 단기적인 불확실성이 존재하는 것은 맞지만, 사태가 진정되고 나면 전기차 시장의 성장성은 재차 주목받을 것으로 기대된다.

특히 유럽은 강력한 환경 규제를 바탕으로 상품성과 가격경쟁력을 갖춘 전기차들이 지속적으로 출시될 것으로 예상하고 있다.

최근 유진투자증권에 따르면 글로벌 전기차 판매량은 2016년 77만대 수준에서 2020년 2백71만대, 2025년 8백63만대로 연평균 31% 성장을 전망하고 있다.

이러한 고성장은 유럽과 중국이 주도하고 있다. 유럽 전기차 판매량은 지난해 56만4000여대에서 2020년 77만여대, 2025년 2백93만여대로 연평균 33% 성장할 것으로 예상된다. 중국도 내수 시장을 기반으로 해서 연평균 31% 성장이 기대되는 상황이다.

업계 관계자는 “가파른 성장세를 보이는 전기차 시장에서 뛰어난 전기차 배터리 기술 리더십을 가지고 있는 한국 기업들의 활약이 기대된다”고 말했다.

im9181@kukinews.com