현대를 살아가는 이들에게 전기는 곧 생활이다. 우리 곁에 늘 있는 공기처럼 문명을 함께 하는 에너지다. 너무 친숙하다 보니 스위치를 누르고, 플러그를 꽂는 일 정도를 ‘전기’로 인식하는 이들도 있다.

그런데 전기는 그렇게 단순하지 않다. 에너지가 커지면 커질수록 갖춰야 할 주변 조건들이 까다롭다.

화석연료로 달리는 자동차를 만들던 이들이 이제는 전기로 움직이는 자동차를 만들려고 한다. 그런데 기술과 기대치 사이에 괴리가 있다. 화석연료로 실현한 자동차의 모든 기술을 에너지원만 전기로 바꿔 그대로 재현하려고 한다. 

알면 알수록 두려워지는 게 전기다. 전기 자동차도 마찬가지다. 알면 알수록 안전에 더 신경을 써야 하는 게 전기 자동차다. 

대한전기협회(회장 김종갑)와 (사)한국자동차전문기자협회(회장 하영선)가 ‘전기차 기술교육 세미나’를 추진한 이유도 여기에 있다. 자동차 엔지니어들은 전기를 알아야 하고, 전기 엔지니어들은 자동차를 파악해야 하는 현실이다.

지난 4일, 서울 송파구 전기회관에서 (사)한국자동차전문기자협회 회원 및 전기-에너지분야 전문지 소속 기자를 대상으로 ‘친환경 전기차 기술교육 세미나’가 열렸다. 미래차의 현실적 대안으로 급부상한 전기차에 대한 전문적인 정보 교류가 절실했기 때문이다.

전기차를 구성하는 시스템을 먼저 알아야 했다. 현대자동차그룹 기술연구소에서 도움을 줬다. 신덕근 현대차 책임연구원이 ‘전기차의 시스템 구성 및 이해’라는 주제로 첫 번째 세션을 열었다.

신덕근 연구원은 전기차 전용플랫폼의 중요성을 강조했다. “전용플랫폼이 없으면 내연기관의 플랫폼을 활용할 수밖에 없는데, 이 경우 전기차의 장점을 제대로 살릴 수 없다”고 말했다.

전용 플랫폼의 장점을 먼저 알면 내연기관 플랫폼의 한계도 바로 이해하게 된다.

전기차 전용플랫폼은 대부분 차의 양 휠베이스 사이 바닥에 편평하게 배터리를 배치한다. 차체가 커지면 휠베이스를 키워 배터리를 더 깔면 된다. 모듈화가 자연스러워 차체의 길이와 형태 변형에 제약이 없다. 자연스럽게 무게 중심을 낮출 수 있고, 중량이 무거운 배터리가 휠베이스 안쪽에 있기 때문에 안정감도 뛰어나다.

전기 모터는 차의 앞뒤 축에 자유자재로 배치할 수 있다. 모터를 앞 축에 연결하면 전륜구동, 뒷축에 연결하면 후륜구동이 된다. 2개의 모터를 달아 사륜구동으로 하는 것도 쉽다. 내연기관은 사륜구동을 위해서는 프로펠러 샤프트가 필수적이다.

전기차에서는 변속기가 굳이 필요없는 이유도 기술적으로 설명이 됐다. 신덕근 연구원은 “전기차는 에너지 효율이 좋아서 굳이 기어형 변속기를 둘 필요가 없다. 내연기관의 열효율은 기껏해야 40% 정도라 기어비 활용이 필수적이지만 전기 모터는 90%가 넘는다. 감속기 만으로도 충분히 변속기능을 감당할 수 있기 때문에 대부분 변속기를 추가하지 않는다”고 말했다. 차체 중량과 재료비 상승을 각오하고 특별한 주행감성을 내야하는 일부 브랜드에서만 변속기를 넣는다.

전기차에서는 배터리의 특성을 이해하는 것도 무엇보다 중요하다. 배터리는 상온영역 즉 섭씨 25~40도 사이에서 최고의 효율은 발휘한다. 이 보다 온도가 낮으면 온도를 높여주는 장치를 가동해야 하고, 반대로 온도가 높으면 내려주는 장치가 받쳐줘야 한다. 시속 260km가 넘는 초고속 주행도 가능하지만 이 속도를 유지하는 시간은 대부분 5분 이내다.

배터리를 완충한 상태라고 하더라도 초고속 주행을 하면 대부분의 전기차는 30분 이내에 배터리 잔량이 20% 수준으로 떨어진다. 전기차에서도 냉각시스템의 중요성은 내연기관 못지않다.

배터리를 연결하는 방식에 따라 차의 성격도 달라진다. 배터리 팩을 직렬로 연결하면 출력을 높일 수 있어 퍼포먼스 주행에 적합한 주행감성을 만들 수 있고 병렬로 연결하면 장거리 주행에 적합한 성격이 만들어진다.

사실 배터리는 매우 위험한 물질이다. 높은 데서 떨어지거나 염도가 있는 바닷물에 빠졌을 때, 화재에 노출됐을 때, 또는 압착됐을 때 배터리는 화재가 발생한다. 그런데 이 불은 물을 부어도 꺼지지 않는다. 위험한 만큼 까다로운 안전 기준이 필요하다. 

문보현 자동차안전연구원 책임연구원이 ‘구동축전지 안전성 강화’라는 주제로 두 번째 세션을 채웠다. 오는 7월부터 시행되는 ‘구동축전지 시행세칙 개정안’은 7가지 항목에서 꼼꼼한 테스트를 통과한 배터리라야만 전기차에 장착돼 도로에 나설 있다.

4.5미터 낙하안전시험, 염도 3.5% 액중투입 안전시험, 열 노출 안전시험, 연소 안전시험, 과충전-과방전 안전시험, 단락 안전시험, 고전원 전기장치 안전성 시험 등 7가지 테스트 항목으로 배터리의 안전도를 가린다.

문보현 책임연구원은 “전기차 안전기준은 국내에서 정한 기준이 글로벌 안전 기준에 채택될 정도로 안전에 만전을 기하고 있다. 올 하반기에는 전남 광주에 전기차 안전도 강화를 위한 첨단 평가시설도 구축돼 문을 열게 된다”고 말했다. 2023년까지 전체 시설을 완공 계획인 광주 친환경자동차 부품인증센터는 배터리 시험동, 화재시험챔버, 충돌시험동, 충격시험동 등으로 구성된다.

배터리는 자동차에 장착된 뒤 그대로 차와 함께 수명을 다하는 고정부품이 아니다. 개발단계에서부터 사용, 회수 단계까지 꼼꼼하게 관리되어야 하는 부품이다. 리튬이온 배터리의 화재 사고, 배터리 소재의 환경 이슈도 있지만 배터리의 효율성을 위해서도 치밀한 관리 시스템이 따라야 한다.

업계에서는 이 기술을 배터리 관리 시스템(Battery Management System), BMS라고 부른다. 컴퓨터의 오퍼레이팅 시스템(OS) 만큼이나 중요하다고 전문가들은 강조한다. 김종훈 충남대 교수는 ‘배터리 BMS 연구개발 및 기술동향’이라는 주제 아래 “배터리를 잘 관리하는 것은 곧 자동차의 수명과도 직결된다. 운전자의 사용 패턴, 운영환경, 용도, 배터리 용량 등의 자료를 수집하고 관리하면 배터리의 잔여 유효 수명을 예측할 수 있다. 주행 데이터 확보가 중요하기 때문에 전기차의 데이터 센터 확충도 필요하다. 무선 통신을 기반으로 하는 클라우드 배터리 관리 시스템이 궁극적 모델로 예측된다”고 말했다.

전기차가 원활하게 운용되기 위해서는 충전 시스템 구축도 필수적이다. 그런데 이 과정에서 우리가 간과하고 있는 게 있었다. 그 동안 충전 인프라만 생각했지 충전 서비스 사업자들의 사업성은 차순위로 밀려나 있었다.

그러나 이 또한 머지않아 현안이 될 게 뻔하다. 사업성이 없는데 누가 충전소를 설치하겠는가? 공공시설에서 전기를 싼 값에 공급하는 것도 한계가 있다. 공공시설이라고 해서 언제까지 손해를 감수할 수는 없는 노릇이다.

‘전기차 충천의 모든 것’이라는 주제를 들고 온 김시호 전기차충전서비스 대표는 “전기차 충전 인프라의 조속한 구축이라는 정책 기조 아래 충전 서비스 요금과 전기 요금 사이의 괴리는 점점 커져가고 있다. 그러는 사이 서비스 사업자의 애로도 나날이 깊어지고 있다. 장기적인 사업성을 바라보고 투자를 계속하고 있지만 현 상태의 괴리가 지속된다면 사업성은 기대할 수 없다”고 말했다.

세미나를 마친 뒤 대한전기협회 관계자는 “세미나를 통해 국민에게 올바른 정보를 제공하는 언론인들이 전기차를 이해할 수 있는 좋은 기회가 된 것 같다”며, “이번 세미나를 시작으로 전문적인 교육체계를 구축해 교육 대상을 확대해 나갈 예정”이라고 밝혔다.