전기차 급속충전 속도에 영향을 주는 요소와 개선방향

  웨슬리

조회수 : 616

배터리 개발 업체에서는 다루게 되는 성능 지표는 크게 3가지로 요약된다고 봅니다.

1) 밀도 향상: 같은 질량에 더 많은 에너지 저장
2) 속도 향상: 보다 높은 C 값을 허용
3) 단가 하락: 같은 저장량에 들어가는 원가 절감

그 중 총 충전시간의 단축은 2번에 달려 있습니다.

이를 위해서 1C 이상의 충전속도를 심각한 열화 없이 달성할 수 있는지 공략 중이지요.
1C라 함은 쉽게 말해서 1kWh 용량 당 1kW 속도로 충전하는 것입니다. 2C는 2kW 속도로 충전하는 것이고요.

처음부터 끝까지 1C 속도로 충전한다고 치면 배터리 완전 충전에 1시간이 걸리게 됩니다. 2C 속도면 반토막인 30분이 되죠.
그러나 아시다시피 배터리가 80% 정도 이상 차면 속도를 줄여줘야 무리가 안 갑니다.
그래서 실질적으로는 1C 충전을 지원하는 배터리의 총 충전시간이 1시간 반에서 2시간이 됩니다.

최대 충전속도가 나는 부분만 놓고 보면, 즉 0~80% 충전 구간에 걸리는 시간은 40~60분 정도입니다.
일부 차량들은 80% 이전부터 속도를 줄이게 되어서 60분 걸리는 경우가 있습니다(볼트...).

잘 생각해보면 스마트폰을 완전 충전하는데 걸리는 시간과 전기차 급속충전하는데 걸리는 시간이 비슷한데, 우연이 아닙니다.
동일한 기본 배터리 기술에 기대고 있어서 용량에 상관 없이 나타날 수 밖에 없는 현상입니다.

1C 충전에 적합한 배터리를 2C로 충전하는 것은 가능하나, 가용 용량이 빨리 깎입니다. 즉, 열화가 가속화 됩니다.
시간 좀 아끼겠다고 새하얗게 불태우는 꼴입니다. 가뜩이나 비싼 배터리인데, 제조사도 이건 원치 않습니다.

향후 출시 예정인 차량들 중에서, 80%까지의 충전시간이 20~30분 정도를 논하는 게 보이는데요.
이건 배터리가 2C 정도 충전하는 걸 수용할 수 있도록 관리하겠다는 것임을 간접적으로 시사합니다.


한편, 2)의 문제, 즉 C값을 올리지 못하더라도 1)과 3)의 향상을 가져올 수만 있어도 어느 정도 충전속도 개선이 가능합니다.

밀도가 향상된다는 것은 중량을 늘리지 않고도(=연비 하락 없이) 1회 완전충전에 더 먼 거리를 갈 수 있게 된다는 것입니다.
여기에 단가까지 내려가면 장거리 구현에 따른 차값 상승이 억제됩니다.
그렇다면 지금보다 더 큰 용량의 배터리를 장착한 전기차가 나올 수 있겠죠.

더 큰 용량의 배터리가 들어가면, 똑같은 1C로 충전한다고 하더라도 실제 충전속도가 그만큼 늘어납니다.
30kWh짜리 배터리 들어간 전기차의 1C 충전은 30kW이지만 60kWh짜리는 60kW로 충전해야 1C가 되죠.

안타깝게도, 용량을 늘리는데 유효한 기법이나 화학구성이 C값 향상과는 거리가 멀 수 있다는 것입니다.
실제로 현행 대비 월등히 고용량을 구현할 수 있는 배터리가 있으나 열화 속도가 상당해서 상용화에 부적합 경우가 종종 나옵니다.


어쨌든, 1~3 요소들이 모두 적용되어 배터리가 지금보다 훨씬 빠른 충전속도를 받아들일 수 있게 된다고 하면...
거기에 에너지를 공급하는 충전기의 문제로 넘어가게 됩니다. 이건 또 다른 문제이므로 일단 여기서 마무리 짓겠습니다.
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