배터리 기술 발전 느려…시간당 2마력 수준 그쳐
배터리 기술 발전 느려…시간당 2마력 수준 그쳐
  • 의사신문
  • 승인 2013.10.28 09:23
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하이브리드 이야기 〈4〉

프리우스의 배터리팩
하이브리드차는 내연기관차와 테슬라 같은 전기차의 중간정도에 있다. 전기차는 앞으로 배터리의 성능과 가격의 지속적인 하락이 있어야 보급이 시작된다. 충전소의 설치도 문제가 되고 충전시간도 문제가 된다. 전기차가 좋기는 하지만 배터리라는 것이 얼마나 서서히 발전되었나를 안다면 성급한 기대는 안하는 게 좋다.

하이브리드는 그 중간에서 기존의 엔진과 파워트레인을 거의 그대로 사용하며 발전기와 모터를 통해 에너지를 저장하고 방출한다. 모터와 발전기는 확립된 기술에 속하므로 배터리의 문제가 제일 중요하다. 차의 수명과 워런티에서 배터리보다 중요한 것은 없는 것이다. 그런데 배터리 기술은 천천히 발전된다. 배터리의 관리가 어렵기도 하다.

하이브리드차 마저도 배터리의 관리가 쉬운 것은 아니다. 배터리의 특성 때문이다. 메이커들은 그래서 배터리는 워런티를 해준다. 10년 정도의 기간이다. 대량 리콜을 받으면 안되기 때문에 배터리의 팩은 주의 깊게 만들어야 한다. 폭발해도 안되고 과열되어도 안되며 사실은 과냉이 되어도 좋을 것이 없다. 충전을 안하고 그냥 놔두면 자가방전되어 성능에 심각한 문제가 발생하기도 한다. 배터리의 관리는 까다롭다. 배터리 자체의 특성이 복잡하기도 하다.

다른 매체에서는 좋은 일만 이야기할 가능성이 높아서 오늘은 배터리의 복잡함에 대해 이야기해 보려고 한다. 글을 다 읽고나면 하이브리드차가 그다지 매력적으로 보이지 않을 수도 있겠지만 메이커들은 많은 어려움을 극복했기 때문에 그 이야기도 함께 적겠다.

우선 가장 많이 사용되는 배터리가 리튬이온과 니켈수소방식인데 둘다 우수한 배터리인것은 맞다. 하이브리드차이건 전기차이건 저렴하고 안전한 연료전지가 나오기 전까지는 둘중의 하나를 사용한다.

니켈 수소 배터리를 먼저 이야기해 보기로 하자. 니켈수소 배터리는 NiMH 나 Ni-MH 등으로 표기한다. nickelmetal hydride battery의 약자다.

위키사전에 따르면 작은 NiMH는 100 W·h/kg 의 전기를 축적할 수 있고 대형 NiMH 배터리는 75 W·h/kg을 축적할 수 있다고 한다. 부피로는 300 W·h/L 을 축적할 수 있어 리튬이온전지와 비슷한 수준이다. 차에 적용하려면 부피와 무게 모두 중요하다. 차 트렁크나 기타 숨길 수 있는 장소에 보관하려면 부피가 너무 커도 안되기 때문이다.

배터리의 반응식 같은 거야 인터넷에 다 있으니 성공적인 전기차 프리우스를 검토해보자. 프리우스 하이브리드의 배터리는 처음에는 38개의 NiMH를 직렬 연결하여 273.6볼트를 만들어 6.5 Ah의 전류를 흘릴 수 있었고 무게는 53킬로 정도였다. 간단히 계산하면 2마력 전후의 배터리 출력이다. 프리우스가 작은 차라고는 해도 이정도면 아주 약한 충전량이다. 몇 마력을 더하는 것으로도 배터리 팩은 아주 힘들다. 충전량도 100%가 아니라 40∼60% 정도다. 그래야 중간 중간 차를 제동하면서 나오는 에너지를 모을 수 있는 여유가 있다. 배터리는 란타늄을 10∼15kg 네오드뮴을 1Kg 정도 사용하여 희토류를 많이 사용하게 된다.

두번째 세대의 배터리팩은 1.3kw의 에너지를 내고 201볼트에 6.5Ah를 흘릴 수 있었다. 비슷한 수준이다. 2마력을 한 시간 정도 보탤 수 있는 에너지량 밖에 안 된다. 하지만 짧은 시간에는 40마력 정도를 더할 수 있다고 알려져 있다. 3∼4분 정도의 에너지량이다. 물론 이 기간에도 충전이 일어난다. 이 정도의 에너지만 저장하고 방출하는 것으로 프리우스의 연비는 리터당 38Km 정도로 보고되고 있다. 연비가 개선은 신비롭다고 할 수 밖에 없다. 에어컨 수준도 안되는 전기량인 것이다.

배터리의 발전이 한참 진행되도 이정도 밖에는 안되는 전기량이다. 한편으로는 가솔린이나 디젤이 얼마나 엄청난 것인지를 알게하는 순간이다.

안윤호 <제주시 미소의원장>


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