[친환경車, 이것이 궁금하다]친환경차 배터리의 비밀

[아시아경제 배경환 기자] 미국 전기차업체 테슬라가 국내 시장 진출에 속도를 내면서 친환경차 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다. 특히 배터리를 탑재한 전기차 새 모델이 출시될 예정으로 기술력 진화 역시 눈여겨볼 대목이다.

기아차 니로

전기차 핵심은 단연 배터리에 있다. 테슬라는 급속충전 방식인 '슈퍼차저'를 활용해 어디서나 자유로운 이동을 보장했다. 특히 최근에는 전기차 인프라를 확대하기 위해 슈퍼차저 특허를 개방했다. 누구나 충전 시스템을 쉽게 만들 수 있도록 하기 위해서다. 기존 전기차는 리튬폴리머 전지를 사용하지만 테슬라는 노트북에 사용하는 '18650 소형 리튬이온 전지' 7000개를 연결했다. 이를 통해 핵심 부품인 배터리 값을 낮춰 자동차 성능의 향상과 함께 경쟁력을 올린 것이다.

현대차의 아이오닉 일렉트릭은 28㎾h의 고용량 리튬이온폴리머배터리를 탑재했다. 여기에 고효율 전기차 시스템, 알루미늄 소재 적용 등의 차량 경량화 기술, 공기 저항을 최소화한 에어로 다이내믹 디자인 등 전방위 고효율 요소들이 대거 적용됐다. 급속 충전 시간은 24~33분(100㎾/50㎾ㆍ급속충전기 기준), 완속 충전에는 4시간25분이 소요된다. 여기에 최대 출력 88㎾(120ps), 최대 토크 295Nm(30㎏㎙) 모터를 적용한 동급 최고 수준의 동력 성능까지 갖췄다. 정지 상태에서 시속 100㎞까지 도달하는 시간은 불과 10.2초다.

국내 친환경차 열풍을 이끌고 있는 기아차 니로는 경쟁사들이 사용 중인 니켈수소 배터리에 만족하지 않고 배터리 전문제조사와 협업해 리튬이온폴리머 배터리를 개발했다.

우수한 배터리의 조건은 크게 네 가지로 요약할 수 있다. 첫째, 배터리 자체의 수명이 오래가는 지속력이다. 둘째는 어떤 위험 상황에서도 끄떡없는 안전성, 셋째는 상품성을 높이기 위해 보다 작고 가벼워지는 소형화다. 마지막으로 넷째는 합리적인 비용 선에서 개발되는 경제성이다. 이 조건은 하이브리드카에도 그대로 적용돼 그동안 니켈수소 배터리가 선택되곤 했다. 그러나 기아차는 더 나은 배터리를 고민한 끝에 새로운 리튬이온폴리머 배터리를 선보였다. 세계 최초의 시도이자 현존하는 최고 수준의 배터리로 니로가 그 우수성을 증명했다는 게 기아차 측 설명이다. 리튬이온폴리머 배터리는 니켈수소 배터리 대비 용량과 성능 면에서 월등히 우수하다는 평가를 받고 있다.

일반적으로 배터리셀은 차량보다 2년 먼저 개발해 검증 후 실제 차량에 적용하는 것이 관례다. 그러나 니로는 셀 개발, 배터리관리시스템(BMS) 개발, 시스템 개발을 차량 개발과 동시에 추진하는 방법을 선택했다. 셀을 개발하는 재료ㆍ화학 전문가, BMS를 개발하는 회로 전문가, 구조ㆍ강성ㆍ냉각 시스템을 설계하는 기계공학 전문가, 고전압 안전을 설계하는 전기 전문가들이 한데 모여 머리를 맞댔다.

특히 배터리 팩을 시트 하부에 적용하면서 시트가 가져야 하는 착좌감, 거주성, 승강성은 물론 공장 조립성과 생산성까지 고민해야 했다. 그래서 배터리와 시트 사이의 강성을 유지할 수 있는 시트 프레임과 고전압 배터리 시스템을 모듈화해 하중이 가해져도 배터리 팩이 눌리지 않도록 했다. 충돌 상황에서 시트가 주저앉으면서 발생할 수 있는 상황도 대비했다.

기아차 관계자는 "니로의 배터리는 각 분야 개발자들의 다각도 협업을 통해 개발이 진행됐다"며 "이전 차종 대비 출력밀도를 50%가량 향상하는 등 무엇보다 안전성 확보에 중점을 뒀다"고 설명했다.

배경환 기자 khbae@asiae.co.kr