세계 두 번째 V2G 기술 장착 배터리에 저장된 전기 가정·빌딩 등 시설에 공급 전력 재판매로 수익 창출
현대차가 전기차 배터리에 저장된 전기를 빼다 쓸 수 있는 전력망연결(V2G)형 전기차를 올 하반기부터 출시한다.
V2G를 탑재하면 가정이나 건물·빌딩 등 시설에 전기를 공급해 최대 전력 사용을 줄이는 것은 물론 정전 예방이나 전력 재판매까지 가능하다. 자동차가 일종의 움직이는 에너지저장장치(ESS151) 역할을 하는 셈이다. V2G는 전력망이 안정적인 우리나라보다 해외 국가에서 더 필요하기 때문에 해외 시장성이 클 것으로 전망된다.
14일 업계에 따르면 현대차는 이르면 다음 달부터 생산하는 전기차 '코나 일렉트릭'과 '아이오닉 일렉트릭'에 V2G 트림을 추가한다. 전기차에 V2G 기술을 장착한 건 닛산 '리프'에 이어 세계 두 번째다. 그러나 닛산은 승용 전기차 모델이 1종에 불과하다. 반면에 현대차는 내년까지 최대 5종에 V2G를 적용, 판매하기 때문에 소비자 선택의 폭이 넓어진다.
<현대차 코나 일렉트릭.>
현대차는 애초 내년 출시하는 전기차 전용 플랫폼 차량 'NE'부터 V2G를 적용하려 했다. 그러나 이를 기존 전기차 모델에도 적용, 출시하기로 했다.
V2G는 주차 중 유휴 전력을 이용하는 형태로 전력망을 통해 전기차를 충전하고 남은 전기를 다시 가정이나 빌딩 등 전력망에 송전(방전)할 수 있다.
전기차 1대에 저장된 전기 약 60㎾h는 5가구(4인 기준)가 하루 동안 사용할 수 있는 에너지 양이다. V2G 차량이 약 10만대 보급될 경우 화력발전소 1기의 발전 용량에 준하는 500MW 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
특히 V2G를 이용하면 전력 재판매도 가능하다. 예를 들어 전기요금이 가장 저렴한 밤·새벽 시간에 충전한 후 전기요금이 가장 비싼 여름·겨울철 낮에 되팔면 최소 3배의 판매 수익을 올릴 수도 있다.
현대차가 이번에 완성한 V2G 기술은 미국 표준 규격에 따라 최대 10㎾ 충·방전이 가능하도록 설계됐다. 차량탑재충전기(OBC)를 개선해 직류와 교류를 양방향으로 변환하고, 전압과 전력 주파수 등을 전력망과 동기화하기 위해 'AC(교류)↔DC(직류) 컨버터' '승압·강압 컨버터' 등 양방향 전력제어 회로를 적용했다. 또 V2G 전용 충전케이블에는 성인 주먹 만한 크기의 양방향 계량기를 장착, 충·방전에 따른 안정적 검침이 가능하다.
업계 관계자는 “V2G 전기차를 4~5대만 활용해도 대형 빌딩의 전기를 충족시킬 수 있고, 낮의 전력 피크 때 작동하는 야외 공사 설비 등에 적용하면 엄청난 비용을 줄일 수 있다”면서 “V2G는 전력 수급이 불안정하거나 전기요금이 5~9배 이상 차이 나는 유럽·일본 등에서 활용도가 높을 것”이라고 말했다.
현대차 관계자는 “V2G 기능이 장착된 전기차 출시가 예정돼 있지만 현재 판매하는 차량에 대해 새로운 기능이 추가되는지 여부 공개는 어렵다”고 말했다.
최근 기아자동차 쏘울 EV가 국산차 최초로 ‘2020 월드카 어워즈(WCA)’에서 ‘2020 세계 도심형 자동차’로 선정됐다. 현대자동차 코나 일렉트릭 역시 얼마전 ‘2020 워즈 오토 10대 엔진 & 동력시스템’ 부문에 2년 연속 이름을 올렸다. 현대·기아차의 전기차가 세계적으로 주목을 받고 있는 것이다. 이런 현상에는 디자인, 편의사양 구성, 성능, 가격 등 여러 이유가 있지만, 동급 최고 수준의 1회 충전 주행거리를 제공한다는 점을 빼놓을 수 없다.
전기차의 1회 충전 주행거리(AER, All Electric Range)는 전기차에서 가장 중요한 성능 중 하나라고 할 수 있다. 실제 이용 시 편의성에 많은 영향을 미치기 때문이다. 1회 충전 주행거리가 길면 충전을 자주 하지 않아도 돼 편리할 뿐만 아니라, 장거리 여행도 부담 없이 떠날 수 있다. 전기차 구매를 고려하는 소비자들도 1회 충전 주행거리를 중요하게 생각한다. 지난해 EV 트렌드 코리아가 전기차 구매를 고려 중인 소비자를 대상으로 진행한 설문에 따르면 응답자 중 45%가 전기차 구매 시 가장 중요한 선택 요소로 주행거리를 꼽았다.
현대·기아차는 전 세계적으로 급성장하고 있는 친환경차 시장에 적극적으로 대응해왔다. 특히 꾸준한 연구개발을 통해 1회 충전 주행거리와 같은 전기차의 효율 측면에서 높은 기술력을 확보했다. 아이오닉 일렉트릭은 미국 환경보호청(EPA) 공식 인증 기준 가장 높은 전비(電費)를 달성한 바 있으며, 쏘울 EV와 니로 EV, 코나 일렉트릭 등은 동급 최고 수준의 1회 충전 주행거리를 제공하고 있다.
그렇다면 현대·기아차 전기차의 높은 효율은 어떤 기술로 완성됐을까? 대용량 배터리를 탑재해서 해결한 것일까? 현대·기아차의 e-파워트레인과 배터리에 담긴 핵심 기술, 그리고 효율적인 열관리로 저온에서의 주행거리 저하를 막아주는 히트펌프 기술에 대해서 살펴봤다.
전기차의 1회 충전 주행거리를 늘리는 핵심 기술
현대·기아차는 전기차의 1회 충전 주행거리를 늘리기 위해 다양한 기술을 개발하고 있다. 첫 번째는 전기에너지를 동력으로 변환하는 e-파워트레인의 진화다. 파워트레인은 동력을 일으켜 바퀴에 전달하는 자동차의 핵심부품으로, 내연기관 자동차의 파워트레인은 엔진과 변속기로 구성된다. 전기차의 경우에는 파워트레인을 구성하는 부품이 내연기관차와는 다른데, 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 장치인 ‘구동모터’와 배터리의 전력을 변환하여 모터에 전달하는 ‘통합전력제어장치(EPCU)’, 그리고 완속 충전을 위한 제어기인 ‘온보드차저(OBC)’와 모터의 회전수를 줄여 구동력을 발생시키는 ‘감속기’ 등으로 구성된다.
현대·기아차 1세대 전기차의 e-파워트레인은 주요 부품이 따로 분리된 형태였다. 하지만 쏘울 EV, 코나 일렉트릭과 같은 2세대 전기차의 e-파워트레인은 부품을 일체화 시켜 무게와 부피를 줄였다. 차량 무게가 가벼워지면 같은 거리를 가더라도 소요되는 전기 에너지가 감소하게 되므로, 1회 충전 주행거리 역시 늘어나게 된 것이다.
물론 구조를 변경하며 각 부품의 사양도 개선했다. 고효율, 고출력 구동모터를 개발해 적용했고, 전력변환 부품인 온보드차저와 통합전력제어장치도 사이즈를 줄이고 출력과 출력 밀도를 증대시켰다. 2세대 전기차의 경우 세대교체를 거치며 구동모터의 출력이 88kW에서 150kW로 늘었다.
두 번째는 고전압 배터리 시스템의 개선이다. 전기차의 주행거리 확보를 위해서는 배터리의 용량을 늘리는 것이 필수다. 하지만 차량 내부에 배터리를 탑재할 수 있는 공간이 제한돼 있기 때문에 무작정 용량을 늘릴 수는 없다. 사람과 짐을 위한 공간을 확보하면서도 차의 주행 특성에 미치는 영향을 최소화 해야하기 때문이다.
현대·기아차는 정해진 공간에 배터리 탑재량을 극대화 하기 위해 공랭식보다 배터리를 더 촘촘하게 배열할 수 있는 수랭식 냉각방식을 채택했다. 공랭식 냉각방식은 배터리 셀 냉각을 위한 공기 통로가 필요하지만, 수랭식의 경우 이러한 공간이 필요 없기 때문에 배터리 탑재량 측면에서 더 유리하다.
또, 기존 시스템 대비 에너지 밀도가 약 35% 증가한 배터리셀을 적용했다. 전기차에서는 배터리의 에너지 밀도가 중요한데, 이유는 다음과 같다. 용량을 늘리기 위해 배터리를 키우면 크기에 비례해 차량이 무거워지는데, 이 때 바퀴를 굴리는 전기 모터가 감당하는 부담은 늘어난 무게만큼 커지고, 에너지 효율은 떨어진다. 주행 거리를 늘리기 위해 배터리를 키워도 늘어난 용량에 비례해 주행 가능 거리가 늘어나는 것은 아니다.
쏘울 EV의 경우 1세대 모델은 30kWh의 배터리로 1회 충전에 180km를 달렸지만, 2세대 모델은 64kWh의 배터리로 1회 충전 시 최대 386km를 주행할 수 있다(국내 복합 기준). 이와 같이 주행 가능 거리가 2배 이상 증가할 수 있었던 이유는 배터리 시스템의 효율적인 구성과 향상된 배터리 셀의 성능 덕분이다.
눈에 띄지 않는 효율까지 관리한다. 현대·기아차의 히트펌프 시스템
e-파워트레인과 고전압 배터리의 개선은 전기차의 1회 충전 주행거리 총량을 늘려주는 핵심기술이다. 이 밖에도 현대·기아차는 날씨에 따라 달라지는 전기차의 1회 충전 주행거리를 높이는 기술도 개발하고 있다. 현대·기아차가 2014년 쏘울 EV부터 적용한 히트펌프 시스템이 대표적이다.
현대·기아차의 히트펌프는 인버터, 구동 모터 등 전기차의 전장 부품에서 발생하는 폐열을 실내 난방에 활용해 전력 소모를 최소화한다. 전기차는 엔진 대신 전기모터로 움직이기 때문에 내연기관 자동차처럼 엔진에서 발생하는 열을 난방에 활용할 수 없다. 따라서 전기차는 주로 배터리의 전력을 소모해 전기히터를 가동한다. 난방 시스템의 전력 소모가 크면 당연히 1회 충전 주행거리도 줄어든다. 겨울철 일부 전기차의 1회 충전 주행거리가 크게 줄어드는 원인 중 하나가 바로 전기히터 난방시스템 때문이다.
현대·기아차는 전기차의 이런 단점을 극복하기 위해 히트펌프 시스템을 도입했다. 물론 전장 부품에서 발생하는 폐열은 직접 난방에 이용할 정도로 충분히 뜨겁지 않다. 따라서, 이를 난방에 활용하기 위해 고온으로 높일 필요가 있다.
히트펌프 시스템의 원리는 다음과 같다. 외부 공기에서 받은 열과 전장 부품에서 발생한 폐열을 활용해 액상의 친환경 냉매를 기체로 기화 시키고 압축기로 압력을 높인다. 이 후, 고압의 기체를 응축기로 전달해 다시 액체로 변환한다. 고압의 기체가 액체로 변환되는 과정에서 발생하는 열을 실내 난방에 활용하는 것이다. 물이 수증기가 되려면 열이 필요하고, 반대로 수증기가 물이 될 때 열을 발산하는 것과 같은 원리다. 물론 냉매의 압력을 높이는 과정에서 압축기를 작동시키기 위해서는 전기 에너지가 소모된다. 하지만 배터리의 전력으로 직접 전기 히터를 가동하는 것보다 월등히 적은 전기에너지가 소비된다. 실내를 식히고 실외기를 통해 열을 배출하는 에어컨처럼 히트펌프는 열을 발산하는 전장 부품의 열을 흡수해 자동차 실내를 따뜻하게 만드는 것이다. 가정용 빨래건조기나 냉난방이 동시에 가능한 에어컨도 위와 같은 원리로 작동한다.
현대·기아차는 지속적인 연구개발을 통해 히트펌프 시스템을 발전시켜왔다. 특히 코나 일렉트릭에 적용한 고효율 히트펌프는 기존의 히트펌프보다 한층 더 우수한 성능을 발휘한다. 기존 히트펌프의 경우 외부 공기의 열과 구동모터, 온보드차저, 통합전력제어장치 등의 PE 모듈에서만 발생하는 폐열만 주로 활용해왔지만 개선된 고효율 히트펌프는 외부 공기 열과 PE 모듈은 물론 배터리, 완속 충전기 등에서 발생하는 폐열까지 활용한다.
현대·기아차는 2014년 쏘울 EV에 세계 최초로 폐열을 활용하는 히트펌프 시스템을 도입한 이래, 현대차 아이오닉 일렉트릭과 코나 일렉트릭, 기아차 니로 EV 등 전기차 전 모델에 히트펌프 시스템을 적용하고 있다. 테슬라의 CEO인 일론 머스크도 최근 모델Y에 적용하기 시작한 히트펌프 시스템을 두고 ‘우수한 기술(Best engineering)’이라며 해당 기술의 효용성을 언급한 바 있다.
환경부가 실시하는 전기차 저온 1회 충전 주행거리 평가 결과를 보면 히트펌프 시스템의 성능을 한눈에 알 수 있다. 환경부는 상온(25℃) 1회 충전 주행거리 대비 저온(-7℃, 난방 ON) 주행거리 비율이 60% 이상을 기록해야 친환경차 보조금 지급 대상으로 인증하고 있다. 코나 일렉트릭과 니로 EV의 상온 대비 저온 주행거리 비율은 90%로, 아이오닉이 갖고 있던 세계 최고 기록(76%)을 경신했다. 이는 난방 시스템을 켜더라도 배터리 소모량이 적어 상온 1회 충전 주행거리의 약 90%를 주행할 수 있다는 의미다. 상온에서 100km를 주행할 수 있는 전기 에너지가 남았다고 가정했을 때, 코나 일렉트릭으로 히터를 켜고 주행하면 90km를 갈 수 있지만, 히트펌프를 적용하지 않은 전기차는 이보다 주행거리가 짧아지는 것이다. 최근 전기차 시장에서 두각을 나타내고 있는 테슬라 모델 3와 코나 일렉트릭을 예로 들면 상온에서는 모델3가 코나 일렉트릭보다 9km 멀리 가지만, 저온에서는 코나 일렉트릭이 59km 더 멀리 주행할 수 있음을 알 수 있다.
현대·기아차의 세계 전기차 시장 점유율은 2014년 기준 0.9%로 15위였다. 2018년 5% 점유율을 기록하며 10위 권에 진입했고, 지난해 11월에는 공동 3위(7%)까지 올라갔다. 중국 브랜드 BYD의 전기차가 대부분 자국에서 판매된 것을 감안하면, 글로벌 브랜드 중 2위 그룹에 위치하고 있는 것이다.
현대·기아차는 본격적인 연구개발을 통해 전기차 시장의 점유율을 꾸준히 높여왔다. 소비자의 니즈를 충족하는 다양한 전기차를 선보인 것이 주효했다. 하지만 동급 최고 수준의 안전 및 편의 사양을 적용하고 소비자들이 가장 중요하게 생각하는 주행거리 성능을 꾸준히 개선하는 등 기본에 충실했다는 점도 빼놓을 수 없다. 현대·기아차가 앞으로 선보일 차세대 전기차가 한층 기대되는 이유다.
☞ 1. 전기차 예약 ㄱ.전기차를 구입하고자 하면 가장 먼저 각 자동차 영업점에 차량 예약 필수!!
차량 예약시 지역 상관없음. 서비스 좋은곳으로~(지원금이 차이 많이남)
( 예약시 계약금 10만원 / 취소시 환불 됨.)
☞ 2.해당 지역 전기차 공모 댓수 확인 ㄱ. 여기서 전기차 예약이 먼저 필수인 이유는, 전기차는 수요보다 공급이적고 기존 대기자가 많습니다.
출고시에는 미룰 수 있기때문에 공모 여건만 된다면 언제든지 출고 할 수 있는 여건을 준비해놓으면 좋습니다. 만약, 공모는 되었으나 2개월 안에 출고가 되지않는다면, 후 순위 또는 취소가 됩니다. (20년 부터는 테슬라 판매와 보조금 및 혜택 축소로 전보다 수요가 많이 줄었습니다.)
☞ 3. 충전시설 설치
고정형 급속충전기
고정형 완속충전기
파워큐브 이동형 충전기
현대 비상용 충전기
40~70kw/h 내외
7kw/h 내외
2kw/h 내외
2kw/h내외
ㄱ.전기차 예약이 끝났다면 바로 충전설치에 들어가야 합니다. 이유는, 신청을 하더라도 굉장히 오래걸리기 때문입니다.
설상, 본인이 전기차 구입을 취소하더라도 불이익이 없으며, 다른 누군가가 용이하게 사용할 것입니다.
ㄴ.아파트의 경우 100세대당 한 기의 고정형 충전기 설치가 가능. ex) 800세대인 경우 고정형 8기를 신청 할 수 있음 - 지하 주차장에 부착되어 있는 콘세트는 갯수 만큼 신청 가능.
파워큐브 모자분리용 콘센트
- 파워큐브 충전기 및 콘센트 테그도 차 예약과 동시 설치 절차에 들어가는 것이 좋으며,
수시로 진행여부를 확인하여야 누락을 막을수 있습니다.
(초창기에는 설치시 소요기간이 오래걸렸으나 요즘은 설치 되어있는 곳이 많습니다.)
- 혹, 지하주차장에 콘센트가 없는 아파트라면, 파워큐브에서 실사 후 설치가능 여부에 따라 파워큐브를 사용하실 수
있도록 콘센트 설치해 줍니다.
- 파워큐브 신청은 차량 출고전 계약서로도 먼저 신청이 가능.
※ 파워큐브 이동형 충전기
- 17년 무료/ 18년 10만/19년 20만/20년 보조금 없음(60만원상당)
(기본료 11000원/ 의무사용기간 2년 / 중간에 미사용시 기간없이 정지가능)
ㄷ.옵션으로 구매하는 220v 충전기(시간당 2kw = 만충시 최소30시간 소요)
. 아파트 거주자에게는 거의 사용할 일이 없습니다.
(파워큐브 테그와는 별도이며, 그냥 꽂으면 도둑전기 사용임.)
. 전원주택일 경우에도 누진제로 엄청난 과금이 적용 될 수 있음.
. 비상용으로 사용하기에도 너무 충전속도가 느려 큰 도움이 안됨.
※ 단, 회사등 무료로 허가된 곳에서 사용한다면 용이할 것 같음.
☞ 4. 충전 카드 신청. ( 환경부/ 해피차져/ 신한카드ev 필수)
ㄱ. 충전카드는 생각보다 빨리 나옵니다.(최대 1주일) 제 경우는 환경부 카드와 해피차져 카드 2개만 사용. - 환경부 - (아파트 한전급속) - 신한카드 연동50% 할인 - 해피차져 - (아파트외 한전/환경부/해피차져)
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ㄴ. 필수 신용카드 발급.
- 신한ev 카드발급.
파워큐브(전기차충전요금) 30% 청구 할인 지난 달 카드 300,000원 이상 사용 시이번 달 동안 최대 20,000원까지 혜택
제공 (환경부(전기차충전), 한국전기차충전, 한국전력공사(전기차충전), 포스코ICT(전기차충전), 파워큐브
(전기차충전요금) 가맹점의 혜택과 연동)
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혜택 제공 (환경부(전기차충전), 한국전기차충전, 한국전력공사(전기차충전), 포스코ICT(전기차충전), 파워큐브
(전기차충전요금) 가맹점의 혜택과 연동)
* 급속/완속 충전요금 * 이동형충전요금은 파워큐브 충전기에 한함
☞ 5. 차량 출고 ㄱ.전기차 하이패스 등록 이 것 때문에 고생하시는 분 많습니다. (현대차 영업소에서 필히 등록해 달라고 해야 함.) 영업소에 하이패스 등록 후, 각 고속도로 영업소에 가셔서 전기차 할인 신청. 이때, 하이패스 등록이 안되었다고 하시면 영업소 앞 천막에서 등록해
주시는 분 있습니다. (등록비 5000원 ) ※하이패스 등록이 안되어도 고속도로 통행은 정상적으로 됨.
ㄴ.현대차 구매포인트 바디케어 서비스 신청 (차량 등록전까지 카매니져님 신청)
.이 서비스는 차대차가 아닌 개인 단독에 의한 사고 즉) 주차중 기둥에 박았거나 긁혔을 경우 보험처리(자비) 없이 보상이 됩니다. 몇 가지의 제약 조건이 있으나 크진 않는 것 같습니다. 카메니져님 깜박 할 수 있으니 본인이 잘 챙겨서 가입하시는 것도 좋을 것 같습니다.
※신청 서류 역시 현대블루핸즈에서 알아서 척척 신청해주니 크게 불편함 없음.
ㄷ. 현대차 보증 연장서비스
. 전기차의 경우는 유류비 부담이 없기 때문에 기존 대비 주행거리가 최소 2배는 늘게 되는 것 같습니다. 블루멤버쉽 포인트 몰에 가면 '보증 연장 서비스' 라는 곳이 있습니다. (출고일기준 1년이내 가입) ex) 일반 부분 3년 6만km 보증이 + 3년 6만km = 6년 12만km 보증 가격은 47.3만원 정도인데 남은 포인트로 사용하시고 추가 결제가능. 혹시 모르니 든든하게 보장하는 것도 좋을 것 같아 알려드립니다.
