[전기차 전비 경쟁] 주행거리 500㎞ 넘긴 韓 전기차, 떠오르는 '공력‧경량화'

현대자동차 전용전기차 '아이오닉6' [사진=현대자동차]

완성차 업체들의 전기차 전비(전기소비효율) 경쟁이 한층 치열해지고 있다. 아직까지 배터리 성능만으로 전비 향상을 꾀할 수 없는 상황이지만 공기저항을 줄이면서 차량 무게를 덜어내는 다양한 방법을 통해 전비를 높이고 있다. 그러나 이러한 기술 아이디어에도 뚜렷한 한계점이 있어 궁극적으로 배터리 효율성을 높여야 한다는 분석이 나온다. 
 
◆전비 경쟁 치고 나온 ‘아이오닉6’

17일 관련 업계에 따르면 최근 현대자동차가 부산모터쇼에서 공개한 전용전기차 ‘아이오닉6’ 1회 충전 주행거리는 524㎞에 달한다. 국내 생산 전기차 중 첫 500㎞ 돌파다. 앞서 출시한 ‘아이오닉5’와 동일한 리튬이온배터리를 사용하고 용량에도 큰 차이가 없다.

아이오닉6 주행거리 증가는 전비 향상이 뒷받침하고 있다. 6.2㎞/㎾h 전비로 현존 전기차 중 세계 최고 수준이다. 전비는 내연기관차에서 쓰는 연비와 비슷한 개념이다. 연비는 ℓ당 주행거리(㎞)를 나타내지만 전비는 1㎾h당 주행거리(㎞)를 말한다.

현대차는 아이오닉6가 세계 최고 수준의 전비를 달성한 비결로 유선형 디자인 채택을 꼽고 있다. 바람 저항을 최소화하면서 공기저항계수를 크게 낮췄다. 전작 아이오닉5 공기저항계수 Cd(Co-efficient of drag)는 0.28이지만 아이오닉6는 0.21에 불과하다. Cd가 매우 낮은 수준이라는 테슬라 ‘모델3’(Cd 0.23)보다 우월하다. 

또한 리어 스포일러(차량 뒤쪽 날개), 외장형 액티브 에어 플랩, 휠 에어커튼, 휠 갭 리듀서, 박리 트랩 등 각종 첨단 공력(물체와 기체 사이에 작용하는 힘) 성능 기술을 적용하면서 공기저항계수를 낮추고 있다. 공기저항계수를 0.01 낮추면 리튬이온 배터리 용량을 1.1㎾h 증대하는 효과가 있는 것으로 알려졌다.

아직 상세 제원이 밝혀지지 않았지만, 아이오닉6 공차 중량도 전비 향상 비결로 추측된다. 기아 ‘EV6’ 공차 중량은 1825~1945㎏이며, 아이오닉5는 1840~1950㎏이다. 아이오닉6는 1800㎏까지 공차 중량을 낮췄을 것으로 보고 있다.

한국자동차연구원에 따르면 공차중량 1500㎏인 승용차 무게를 약 10% 줄이면 연비 4~6%, 가속 성능은 8% 정도 향상된다. 이는 전기차 전비 향상에도 동일하게 적용되는 사항이다. 전기차는 400~450㎏에 달하는 배터리 무게에 동급 내연기관차보다 최소 20% 정도 중량이 더 나간다. 여기에 전기차 전력구동장치인 배터리팩도 무게가 적지 않다.   

이에 현대차그룹은 구조를 단순하게 설계한 전기구동(PE) 시스템과 함께 초경량 접착제 등을 활용하고 있다. 테슬라는 기존 패널 접합 방식을 탈피한 알루미늄 용액을 일정 틀에 부어 한번에 접합하는 ‘기가 프레스’ 방식을 택해 경량화에 나서고 있다.
 

메르세데스-벤츠 전기차 콘셉트카인 '비전 EQXX'. [사진=메르세데스-벤츠 코리아]

◆디자인 획일화 우려···신소재 적용 쉽지 않아

문제는 이러한 전비 경쟁 이면에 한계점도 명확히 드러나고 있다. 유선형 디자인 채택은 공기저항계수를 크게 줄일 수 있지만, 이는 차량 디자인을 스스로 한정 지을 수 있다는 지적이 나온다.

업계 관계자는 “전기차 디자인 설계에 바람 저항 최소화를 우선순위에 두면 완성차 제조사마다 비슷한 디자인에 얽매일 가능성이 있다”면서 “공기저항계수는 디자인의 다양성 측면에서 전비 향상을 위한 장기적인 대안으로 보기 힘들 것”이라고 주장했다.

신소재들이 여전히 비싼 가격으로 거래되는 현실도 차량 경량화에 걸림돌이다. 알루미늄과 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP) 등은 규모의 경제 실현이 어려워 철강 대비 각각 2배에서 10배가량 비싸다. 이는 고급 전기차에 적용할 수 있어도 대중차에는 적용이 쉽지 않다. 

지난 4월 메르세데스-벤츠는 콘셉트카 비전 ‘EQXX’가 1회 충전에 1000㎞ 주행에 성공했다고 밝혀 주목을 받았다. 이는 주행거리를 늘릴 수 있는 기술적 방법을 총동원한 결과로, 전비를 높인 양산차 개발이 고난이도 과제임을 간접 입증하고 있다.

비전 EQXX 배터리팩은 EQS와 비슷한 100㎾h급 수준이지만 에너지 밀도를 더욱 높였고, 배터리 부피를 50%, 무게는 30% 줄였다. 차체는 F1 기술을 적용한 경량화 소재를 장착했으며, 물방울 모양의 유선형 디자인으로 공기저항계수는 EQS(0.20Cd)보다 낮은 0.1716Cd를 기록했다.

이와 함께 천장에 초박형 태양전지를 117개 장착해 주행거리를 약 25㎞ 늘렸으며, 발전 패널로 만들어진 전기는 공조, 조명, 인포테인먼트 시스템 등에 활용하면서 배터리팩 에너지 손실을 최소화했다.

업계 또 다른 관계자는 “결국 꿈의 배터리로 불리는 전고체 배터리 상용화가 이뤄져야하며, 지금보다 성능이 획기적으로 개선된 차세대 리튬이온배터리 개발 등이 전비 향상을 위한 실질적인 해법이 될 것”이라며 “국내 배터리 제조사들이 2025년까지 1회 충전으로 900㎞ 주행이 가능한 차세대 리튬이온 배터리 개발을 언급한 만큼 전비와 주행거리의 획기적 향상은 조금 더 시간이 필요할 것으로 보인다”고 말했다.