충전시간

충전시간(charging time)은 전류를 흘려서 에너지를 축적하는데 걸리는 시간을 의미한다. 전기자동차의 경우 배터리 용량이 클수록 주행거리가 길지만, 그만큼 충전시간 역시 오래 걸린다. 따라서 같은 주행거리라면 충전시간이 짧은 전기자동차를 선택하는 것이 좋다.

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중요성

전기자동차 제조사는 충전시간 단축에 사활을 걸고 있다. 내연기관 자동차의 충전 방식인 주유에 비해 훨씬 오래 걸리는 충전시간이 여전히 전기자동차 시장의 가장 큰 진입장벽으로 꼽히기 때문이다. 여전히 짧은 주행거리에 길고 불편한 충전시간은 완성차 업체뿐만 아니라 배터리 회사들의 다각적인 경쟁을 촉발하는 요인이 되기도 한다. 완성차 업체들이 충전시간을 줄이기 위해 쓰는 방법은 크게 두 가지다. 1) 고출력으로 충전하거나 2) 고전압 시스템을 갖춰 충전시간을 단축하는 것이다. 문제는 금액에 따라 충전시간도 달라진다는 것이다. 2021년 8월 기준, 50킬로와트(㎾)급 충전시설 요금은 시간당 292.9원, 100㎾급은 309.1원으로 차이가 난다. 50KWh의 용량의 배터리를 충전할 경우 50로 충전하면 1시간이 100㎾로는 30분이 걸린다. 업체들은 앞다퉈 고전압 시스템을 활용해 충전시간을 단축하고 있다. 반면 배터리 업계는 충전시간을 줄이기 위해 다른 노력을 하고 있다. 순수전기차 주행거리가 500km를 넘기기 시작하면서 시장의 관심이 배터리 충전시간으로 옮겨갔기 때문이다. 배터리 업계는 주행거리와 관련이 있는 양극재 외에도 충전시간 단축, 배터리 성능 강화 등과 연관된 음극재 고도화에 나서며 충전시간을 줄이기 위해 배터리 성능을 고도화하고 있다. 이렇듯 충전시간은 배터리와 충전기의 발전과 더불어 계속해서 단축되고 있지만, 여전히 전기자동차 시장의 가장 큰 해결과제로 남아있다.

영향요인

2021년, '2021 한국수입자동차협회(KAIDA) 오토모티브 포럼'에서 발표된 전기자동차 신차 구매자 대상 설문조사 결과에 따르면, 구입 전 우려 요소로 짧은 주행거리와 긴 충전시간, 배터리 내구성과 내연기관 자동차 대비 높은 차량 가격, 부족한 충전소 개수 등이 꼽혔다. 그러나 실제 사용 후 전기차 구매자들은 긴 충전시간, 배터리 내구성, 짧은 주행거리, 자택 충전 가능 여부, 부족한 충전소 순으로 불편함을 느낀 것으로 나타났다. 충전시간에 대한 불편함이 가장 크다고 본 것이다. 일반 주유소에서 몇 분이면 주유가 가능하지만, 전기자동차는 급속충전도 적게는 20분에서 많게는 30분까지 소요된다. 전기자동차의 충전시간은 충전기 출력뿐 아니라 배터리 사양과 배터리관리시스템(BMS)의 충전 로직, 배터리 잔량과 온도 등 다양한 요인의 영향을 받는다.

충전기

충전시간에 가장 큰 영향을 미치는 것 중 하나는 충전기의 출력이다. 출력은 단위시간당 기계가 입력을 받아 외부로 해낼 수 있는 일의 양을 일컫는 말로, 전력으로 표현된다. 시간에 가장 큰 영향을 주는 것은 이 출력이 영향을 미치는 속도 때문이다. 전기차 충전기의 출력에는 킬로와트(kW) 단위를 사용한다. 쉽게 구매해 설치할 수 있는 7㎾급 완속충전기부터 나중에 등장한 350㎾급 초급속충전기까지 다양하다. 충전기에 따라 충전시간이 크게 다른 이유다. 차종마다 조금씩 다르지만 배터리 완전충전에 완속충전기는 최대 10시간, 급속충전기는 1시간 30분가량 걸린다. 내연기관 자동차 주유가 5분이면 끝나는 것과 비교하면, 충전시간은 전기차의 가장 큰 기술적 한계다. 이 한계를 극복하기 위해 글로벌 완성차 제조사와 배터리 제조사가 모두 뛰어들어 전기차 충전 시간을 줄이기 위한 기술 개발에 속도를 내고 있다. 전기자동차가 내연기관 자동차만큼 빠르게 충전이 가능하다면 시장의 흐름을 바꿀 수 있기 때문이다. 속도를 내고 있는 기술 개발의 종류도 크게 두 가지로 나뉜다. 먼저 현대자동차그룹, 포르쉐(Porsche), 제너럴모터스(GM) 등 한국과 유럽, 미국 제조사들은 800V 고전압 충전을 통한 초고속충전 기술 개발에 열을 올리고 있다. 반면 니오자동차(NIO)와 지리자동차(Geely Auto) 등 중국 업체들은 교체식 배터리 기술 개발과 인프라 구축에 힘쓰고 있다. 긴 시간 배터리를 충전하는 대신 아예 미리 충전된 배터리로 갈아끼는 방식을 택한 것이다.

배터리

충전기 출력과 배터리 용량 정보를 알면 충전시간을 대략 가늠할 수 있다. 배터리 용량은 킬로와트시(㎾h) 단위를 쓴다. 1㎾h는 1㎾의 일률로 1시간 일했을 때 쌓인 전력량을 뜻한다. 350㎾급 충전기를 1시간 이용하면 350㎾h의 전력이 생성된다. 현대자동차㈜의 아이오닉5 롱레인지의 배터리 용량이 72.6㎾h이니, 이론적으로는 13분 안에 100% 충전이 가능하다. 하지만 이는 현실과 거리가 있다. 100㎾급 충전기의 경우 실제 평균 출력은 60㎾ 안팎에서 형성된다. 차이가 나는 이유 중 하나는 차량의 사양이다. 전력을 늘리려면 전류나 전압을 그만큼 높여야 하는데, 둘 다 기술적으로 한계가 있다. 예를 들어, 차량이 더 많은 전류를 받아들이게 하려면 굵은 전선을 써야 하지만 그렇게 하면 차량이 무거워져 전비가 나빠진다. 충전시간을 당기려다가 1회 충전 주행거리가 줄어드는 현상이 벌어지는 것이다. 때문에 완성차 업체들이 발표하는 공식 충전시간은 앞서 계산한 것과 차이가 크다. 아이오닉5의 경우 800V 전압의 350㎾급 충전기를 이용할 시 18분 만에 80%까지 충전할 수 있다는 게 현대자동차㈜의 설명이다. 여러 조건을 따져봤을 때 해당 구간에서 평균 170㎾의 전력으로 충전할 수 있다고 본 것이다. 충전시간은 같은 충전기, 같은 차량이어도 여러 조건에 따라 늘어난다. 완성차 업체들은 배터리 안정성을 확보하기 위해 배터리관리시스템(BMS)이 충전 속도를 제어하고, 결국 이것이 충전시간에 영향을 미친다고 설명한다. 특히 배터리 잔량이 0%나 100%에 가까울 때는 충전시간이 현저히 늘어난다. 일부 업체들이 100% 완충이 아닌 80% 충전을 기준으로 발표하는 데는 이런 이유가 있다. 배터리 온도도 영향을 미친다. 일반적으로 배터리 온도가 낮을수록 충전시간이 늘어난다.

문제점

측정기준

완성차 업체가 기준으로 삼는 충전시간은 통일되어 있지 않고 제각각이다. 몇몇 업체는 '0%→80%'가 아닌 '5%→80%'나 '10%→80%' 구간의 속도를 발표한다. 시작점이 0%에 가까울수록 평균 충전시간이 늘어나기 때문에 5%나 10%를 선호하는 것이다. 때문에 자동차별로 충전시간을 정확하게 비교하기 위해서는 각 업체가 기준으로 삼은 초기 배터리 잔량을 알아야 한다. 하지만 이를 투명하게 안내하고 있는 업체는 극소수이다. 현대자동차㈜의 아이오닉5의 보도자료에는 "350㎾급 초급속 충전 시 18분 이내 배터리 용량의 80% 충전이 가능하다"고만 나와 있고, 충전을 시작할 때의 배터리 잔량에 대한 정보는 없다. 소비자 입장에서는 완전 방전 상태(0%)에서 80%까지 충전하는 데 걸리는 시간이라고 이해할 수도 있다. 그러나 이는 사실과 다르다. 환경부에서 운영하고 있는 충전기 정보 통합관리 플랫폼인 무공해차 통합누리집에서 다운받을 수 있는 아이오닉5 가격표 파일을 보면, '18분 만에 10%→80%'라고 나와 있다. '0%→80%'나 '5%→80%' 구간의 충전시간은 밝히지 않고 있다. 심지어 미국의 전기자동차 전문업체인 테슬라(Tesla)의 경우는 미국서 배포된 모델Y(Model Y) 충전시간 관련 정보를 찾을 수 없다. 대한민국 출시 당시 배포한 보도 참고자료에만 "슈퍼차저를 이용하면 80% 충전까지 평균 한 시간 정도 소요된다"는 문구가 있을 뿐이다. 반면 르노코리아자동차㈜의 조에(Zoe)는 50㎾급 충전기를 쓰면 70분 만에 0%에서 80%까지 충전할 수 있다는 문구를 무공해차 통합누리집에서 손쉽게 찾아볼 수 있다. 완속충전기(7.4㎾)를 쓰면 0%에서 100%까지 9시간 25분이 걸린다는 것과, 배터리 온도에 따라 충전시간이 달라질 수 있다는 설명도 있다. 독일 폭스바겐(Volkswagen)도 무공해차 통합누리집을 통해 미국 공용 급속충전기(120㎾)를 이용하면 아이디4(ID.4)를 5%에서 80%까지 충전하는 데 약 38분이 걸린다고 안내하고 있다.

참고자료

• 무공해차 통합누리집 - https://ev.or.kr/portal/main
• 〈출력 (出力)〉, 《네이버 어학사전》
• 오광진 정보과학부장, 〈(전환기 중국)④ "보조금∙기술탈취"로 쌓아온 中 혁신성장...트럼프 벽에 부딪쳐〉, 《조선일보》, 2018-08-27
• 〈충전 대신 배터리 갈아끼는 전기차...중국서 대세될까〉, 《한경자동차》, 2021-03-15
• 이재연 기자, 〈18분 만에 80%, 5분이면 120㎞…전기차 충전속도, 믿어도 될까〉, 《한겨레》, 2021-03-15
• MAC, 〈전기차급속충전기〉, 《네이버 블로그》, 2021-03-17
• 채덕종 기자, 〈20분 안팎이면 전기차 충전 끝낸다〉, 《이투뉴스》, 2021-04-08
• 고윤상 기자, 〈2차전지 핵심은 '주행거리'서 '충전시간'으로…'실리콘 음극재' 뜬다〉, 《한국경제TV》, 2021-06-15
• 문병주 기자, 〈"휘발유차 금방 주유하듯" 전기차 10분 충전 경쟁 시작됐다〉, 《더중앙》, 2021-08-03
• 문병주 기자, 〈충전시간이 돈이다, 전기차 '10분 전쟁'〉, 《중앙일보》, 2021-08-04
• 이대진, 〈전기차 충전기 정보, 고도화하여 통합 구축한다〉, 《환경부 공식 홈페이지》, 2021-10-13
• 이창호 기자, 〈"충전 인프라·가격인하 돼야 전기차 시장 꽃핀다"〉, 《글로벌이코노믹》, 2021-11-16
• 정다준 기자, 〈“전기차 시대 성큼 왔지만… 충전시간·충전인프라 여전히 걸림돌”〉, 《천지일보》, 2021-11-16
• 나은수 기자, 〈"주행거리보다 충전시간"…전기차 대중화 조건〉, 《비즈니스워치》, 2021-11-17
• 오경진 기자, 〈“충전시간 못 줄이면 전기차 혁명도 없다”…‘음극재’에 사활 걸린 이유〉, 《서울신문》, 2022-01-29
• 임수빈 기자, 〈주행거리? 충전시간?…전기차 구매 시 우선 고려할 사항은〉, 《이코노미스트》, 2022-02-23
• 민서연 기자, 〈(Why) "현대차의 기술 쿠데타" NYT가 아이오닉 충전기술 극찬한 이유〉, 《조선비즈》, 2022-04-13
• 임경업 기자, 〈NYT “현대차의 18분 전기차 완충 기술, 가장 큰 쿠데타”〉, 《동아일보》, 2022-04-13
• 강주헌 기자, 〈전기차, 경찰서에서 충전하세요...전국 경찰서에 급속충전기 140기 설치〉, 《머니투데이》, 2022-06-20

같이 보기

• 충전
• 충전기
• 충전소
• 충전상태
• 배터리

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