[생활TECH] 추워지는 날씨에 전기차도 ‘얼음’

[테크월드뉴스=주가영 기자] 전기차는 엔진이 없어 대기오염물질과 온실가스를 배출하지 않아 친환경차로 주목받고 있다. 하지만 기온에 영향을 받는 배터리로 인해 차량 작동 여부와 주행가능 거리가 결정된다는 점은 단점이다.

온실가스 배출을 줄이기 위해 각광받고 있는 전기차가 오히려 온실가스 증가로 인한 기후 위기로 제 기능에 어려움을 겪는 상황이 매 겨울마다 발생하고 있는 것이다. 기온에 영향 받지 않고 제 기능을 할 수 있는 배터리 개발이 이뤄지기 전까진 추운 겨울에도 안전하게 전기차를 탈 수 있도록 제대로 관리하는 것이 중요하다.

▶들이닥친 한파, 전기차 주행거리 ‘뚝’

전기차의 동력이 되는 리튬이온 배터리는 기온이 낮은 겨울철에 성능이 떨어진다. 배터리에서 리튬 이온은 양극과 음극 사이에 있는 액체 전해질 사이를 오가며 전기를 발생시키는데 온도가 낮아지면 전해질이 굳거나 얼면서 저항이 증가해 전류 흐름 속도가 낮아지기 때문이다.

전기차의 히터와 공조장치(공기 장치) 등도 리튬이온 배터리의 전력을 활용한다는 점도 겨울철 전기차의 약점이다. 기존 내연기관 차량은 엔진에서 발생하는 폐열을 난방에 활용하지만, 전기차는 배터리 전력을 소모해 난방을 가동하기 때문에 효율성이 낮아질 수밖에 없다. 히터를 켜면 추가로 에너지를 소모해야 하는 것이다.

환경부 무공해차 통합누리집에 따르면 국내에 출시된 전기차의 상온(25도)과 저온(영하 7도)에서의 1회 충전 시 주행가능 거리는 최대 110km 이상 차이가 난다. 지난해 8월 출시된 현대차 ‘아이오닉6’(롱레인지 2WD 기준)는 상온에서 544km를 한 번에 가지만, 저온에서는 116km(21.3%) 짧은 428km가 한계다. 기아 ‘니로EV’도 상온(404km)과 저온(303km) 간의 주행가능 거리 차이가 101km(25.0%)에 달한다.

전기차의 겨울철 주행거리 감소는 저온성능을 영하 7도에서 측정한 것으로 한파가 닥쳐와 기온이 더 떨어 질 경우 주행거리는 더 감소할 수밖에 없다.

▶전기차의 열 관리 기술

겨울철에도 전기차가 정상적으로 작동하기 위해서는 열 관리 기술이 중요하다. 전기차의 열 효율을 높이기 위한 기술로는 ‘신개념 난방 시스템’, ‘외부 열 관리 배터리 충전 스테이션’ 등이 있다.

신개념 난방 시스템인 ‘복사열 워머’ 기술은 기존의 히터 대신 복사열 방식으로 인체에 열을 직접 전달하는 방식이다. 한국의 전통 난방 방식인 온돌과 유사하다. 복사열 워머는 신규 발열체 소재인 탄소 나노튜브 필름을 활용해 온도 분포를 균일하게 만든다. 기존 공조 시스템의 출력을 줄이고 전력 소모가 낮은 워머 시스템을 통해 난방을 보조함으로써 배터리 전력 사용량을 낮춰 전체 효율을 높인다. 이러한 방식은 배터리 전력 사용량을 1인 탑승 기준 20% 이상 낮출 것으로 예상된다.

외부 열 관리 배터리 충전 스테이션은 배터리를 급속 충전할 때 전기차 내부 대신 외부 충전 스테이션에서 열을 관리하는 개념이다. 외부 온도에 따라 효율이 달라지는 기존 배터리의 단점을 보완한 기술이다. 전기차 배터리의 열을 효율적으로 관리하기 위해서는 따뜻한 냉각수와 차가운 냉각수가 모두 필요한데, 외부 열 관리 스테이션은 두 가지 냉각수를 내부에 모두 갖췄다. 해당 방식은 전기차가 충전될 때마다 배터리 상태를 파악해 필요한 온도의 냉각수를 차량 내부에 주입한다. 외부에서 냉각수를 주입 받음으로써 전기차는 냉각수 온도 조절에 내부 전력을 소모하지 않아도 되며 이는 기존 열 관리 방식과 비교해 충전 속도를 최대 40% 이상 단축할 수 있다는 장점이 있다.

이외에도 리튬이온 배터리를 고체로 바꾸는 전고체 배터리 개발도 이뤄지고 있다. 전고체 배터리는 전해질이 액체가 아닌 고체로, 발열 및 인화 위험이 없어 상대적으로 안전하고 전기차 효율 면에서도 효과적이다. 전고체 배터리가 상용화되면 낮은 온도에서 전해질이 굳거나 얼어 배터리 성능이 낮아지는 기존 리튬 이온 배터리의 단점을 보완할 수 있다.

▶전기차, 따뜻하게 유지하려면

전기차는 겨울철 낮은 기온으로 배터리 성능에 영향을 미칠 수 있어 항상 배터리 컨디션에 신경을 써주셔야 한다.

​전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리는 특성상 저온 환경에 취약하기 때문에 적당한 온도유지가 가능한 지하주차장이나 실내주차장에 주차하는 것이 좋다. 추위로 인해 배터리가 과냉각되면 주행거리도 줄어들 뿐만 아니라 충전효율도 떨어진다. 불가피하게 외부에 주차해야 한다면 최대한 햇빛이 많이 들어오는 곳에 주차해야 한다.

배터리 수명이 급격하게 짧아지는 또 다른 이유는 완전 방전이다. 겨울철에는 예상보다 빨리 배터리가 소모돼 완전 방전의 위험성이 더욱 커진다. 주기적으로 충전하는 습관은 물론 급가속, 급정거를 피하고 회생 브레이크 시스템이나 에코 모드 등을 이용해 배터리 소모를 최대한 신경 쓰며 운전하는 것이 좋다.

겨울철에도 전기차 배터리를 최적의 상태로 유지할 수 있는 방법은 100% 완속 충전이다. 충전 방식마다 장단점이 있지만 겨울철엔 월 1회 이상은 배터리 충전량이 20% 이하일 때 100%까지 완속 충전해 주어야 배터리 효율을 오래 유지할 수 있다.

전기가 많이 소모되는 히터 사용을 줄이고 열선 장치를 활용하는 것이 좋다. 열선 시트와 열선 핸들을 사용하면 히터 작동보다 전력 소모량이 적고 온기가 피부로 직접 닿기 때문에 보온효과도 더 크다.

최근에는 이러한 현상을 방지하기 위해 전기차마다 히트펌프 시스템, 배터리 히팅 시스템을 탑재하고 있다. 히트펌프 시스템은 컴프레서의 작동으로 내부 온도를 조절해 주고 적은 전력으로 구동돼 주행 성능을 최대치로 늘려주는 기능을 한다. 전기차의 주행거리를 늘리기 위해서 현대‧기아차는 물론 테슬라 등 해외기업에서도 배터리 효율 향상을 위해 고성능 히트펌프 시스템을 사용하고 있다. 배터리 히팅 시스템 역시 배터리 온도를 높여 배터리 효율을 증대시킨다. 현재 판매되고 있는 대부분의 전기차 신차들은 기본 옵션으로 장착돼 있지만 없는 차량들도 있기 때문에 구매 전 확인하는 것이 좋다.