전기차 주행거리 잡아먹는 '냉·난방' 어떻게 대처하나[E슬타법]

(서울=뉴스1) = 현대자동차그룹이 서울 을지로 미래에셋 센터원 빌딩에 전기차 초고속 충전소 ‘을지로 센터원 E-pit’를 구축했다고 5일 전했다. '을지로 센터원 E-pit'에는 최대 260kW까지 초고속 충전이 가능한 충전기 4기와 100kW까지 급속 충전할 수 있는 충전기 2기가 설치돼 있어 고객들이 출·퇴근이나 업무 등 일상생활 중에 차량을 빠르게 충전할 수 있을 것으로 기대된다. (현대자동차그룹 제공) 2021.7.5/뉴스1

동력원을 공급받는 방식은 내연기관 차량과 전기차를 구별짓는 가장 큰 특징 중 하나다. 내연기관차는 연료탱크 크기에 따라 경유나 휘발유 등을 채우고, 전기차는 배터를 용량에 따라 충전을 해야 운행이 가능하다.
주유 vs 충전 내연기관차 운전자는 통상 주유소에 들러 연료를 보충한다. 주유기의 연료 공급속도가 빠르기 때문에 대부분의 승용차는 연료탱크의 용량에 따른 주유 시간 편차가 크지 않고, 연료탱크를 가득 채우는데 5분이면 충분하다. 반면 전기차는 주유에 비해 충전 속도가 느리기 때문에 배터리 용량마다 충전 시간이 다르고, 충전 전원 방식에 따라 급속과 완속으로 나눌 수 있다.


급속 충전기는 50kW(킬로와트) 용량이 일반적이고 100kW·120kW급 충전기가 설치된 경우도 있다. 전압(V)와 전류(A)의 곱으로 표현되는 'W'는 시간당 전기에너지의 단위로, 용량이 클수록 충전기가 최대로 지원하는 충전 속도가 빠르다. 다만 차량마다 최대 충전이 가능한 전류가 달라 차량에 충전기를 연결하면 통신을 통해 결정된 전압과 전류로 충전이 진행되기 때문에 충전기 용량이 크다고 속도가 비례해 빨라지진 않는다.

400V급 배터리를 사용하는 전기차는 급속 충전을 하더라도 최소 수십분에서 약 한시간 내외의 시간이 필요하다. 충전 속도를 높이기 위해선 시간당 전기에너지인 'W'를 높여야 하는데 최대로 충전이 가능한 전류를 높이기 위해선 전선의 굵기와 내부에 설계된 부품의 용량을 키워야 하는 한계가 있다. 차량과 충전 설비가 지원하는 일정 수준으로 충전 전류를 높이는 것과 함께 전압을 높여야 충전 속도를 증가시킬 수 있다.

이와 관련해 현대차그룹은 올해 초 350kW급 초고속 충전 브랜드 'e-pit(이피트)'를 선보이고 전국 고속도로와 시내 주요 지역에서 운영하고 있다. 800V급 배터리를 적용한 현대차 (231,000원 ▼2,500 -1.07%)·기아 (112,200원 ▼900 -0.80%)의 첫 전용 전기차 아이오닉 5, EV6의 경우 초고속 충전기를 이용하면 20분 이내로 충전이 가능하다.

주유소에 비해 편의성이 떨어지는 전기차 인프라를 보충하기 위해 차량 유휴 시간에 상업용이나 가정용 전기를 활용해 충전하는 완속 충전은 완충(완전 충전)하는데 반나절 이상 시간이 걸린다. 완속 충전을 위해 전기차에 탑재된 온보드차저(OBC·On Board Charger)는 220V AC(교류) 전원을 DC(직류) 전원으로 변환시켜 배터리에 공급하는 역할을 하게 된다.
냉·난방에 줄어드는 주행거리 차량의 실내 공조장치는 냉각이나 가열된 공기를 블로워(송풍) 모터로 순환시켜 냉·난방을 한다.


내연기관차는 엔진에서 발생하는 열을 난방에 활용한다. 시동을 건후엔 계속 돌고 있는 엔진의 동력을 이용해 압축기로 냉매를 압축·기화시켜 공기를 냉각한다.

엔진이 없는 전기차는 난방에 활용할 열원이 부족하기 때문에 전기로 필요한 열을 발생시키고 압축기를 돌린다. 전기에너지는 열선의 일종인 전기히터로 난방에 활용되고, 엔진 대신 전기모터로 압축기를 돌려 냉매를 순환시키는 방식이다.

전기차를 운행할 때 여름철이나 겨울철에 공조장치를 켜면 주행가능거리가 실제보다 빠르게 줄어드는 이유다. 이에 완성차업체들은 전기차에서 냉·난방에 쓰이는 전기를 절약하기 위해 다양한 기능을 개발해 적용하고 있다. 운전자만 있을 경우 운전석 쪽 바람만 내보내 송풍 모터의 불필요한 전기 사용을 줄이는 '드라이브 온리(Driver Only)' 기능과 외부 공기의 열과 내부에서 발생하는 폐열로 난방하는 히트펌프 시스템이 대표적이다.
'인공소음'으로 안전 잡는다 전기 모터는 연소·폭발로 동력을 얻는 내연기관에 비해 소음과 진동이 없어 전기차 주행 시엔 가속기 붙으면 타이어 노면 저항으로 발생하는 '소음'과 공기 저항에 따라 발생하는 '풍절음'이 상대적으로 크게 들린다. 전기차의 주행 감성 품질을 높이기 위해 기존 내연기관차와는 다른 수준의 소음 저감 기술 개발이 요구되는 이유다.

완성차업체는 실내로 들어오는 노면 소음을 줄이기 위해 차체 하부에 방음 처리를 하기도 하지만 원천적으로 소음 발생이 억제되는 타이어를 원하고, 타이어 제조사들은 새로운 패턴과 신소재를 적용한 전기차 전용 타이어를 개발해 상품성을 높이고 있다. 전기차 전용 타이어는 저소음 성능 외에도 저속 고출력에 대응해 접지력을 높이고 배터리로 인한 고하중을 견디도록 설계된다.

주행 속도가 고속으로 갈수록 풍절음이 더욱 커지는데 전기차에선 특히 두드러진다. 공기 저항을 받는 모든 면에서 소음이 발생해 그릴과 후드(본넷), 윈드실드(앞창), 트렁크 형상을 통해 차량 정면에서 뒤로 이어지는 라인을 잘 다듬어 최대한 공기 저항 계수를 낮추기 위해 공을 들인다.

안전 시야 확보를 위해 장착되는 사이드 미러는 풍절음 부문에서 해결해야 할 숙제였다. 고해상도 카메라와 모니터 기술의 발달로 면적 및 부피가 작아진 카메라가 사이드 미러 대신 자리잡아 풍절음을 50% 이상 줄일 수 있는 시스템이 탑재되기 시작했다. 아우디가 새롭게 출시한 전기차 e-트론에 버추얼 사이드 미러로 불리는 카메라 모니터링 시스템을 적용한게 이런 배경에서다.

반대로 전기차의 경우 조용한 특성 때문에 일부러 소음을 만들어 내기도 한다. 전기차는 저속 주행시 소음이 거의 발생하지 않아 보행자 안전을 위해 강제로 소리를 내도록 하는 규정이 있다. 유럽에선 2019년 9월부터, 국내에선 지난해 7월부터 적용되고 있는 법규로 시속 20km 이하의 주행 속도에서 차속에 연동해 음압과 주파수를 변화시켜 전기차의 접근 상태와 속도를 주변 보행자가 인지할 수 있도록 하는 것이다. 여기엔 사용자가 임의로 이 기능을 끄지 못하도록 강제하는 항목도 포함돼 있다.