테크월드뉴스/김준혁 기자
교체형 배터리, 이론적으로는 완벽하지만 현실적인 어려움이 존재
중국 전기차 스타트업 NIO, 전기차 교체형 배터리 기술과 산업 이끌어
국내는 이제 교체형 배터리 실증 사업 시작
전기차 성장이 침체기에 빠져 있다. 주된 이유로는 내연기관차에는 존재하지 않던 불편함을 들 수 있다. 대표적인 게 배터리 충전 시간이다. 초고속 배터리 충전 기술이 등장하면서 충전 시간이 20분 안팎까지 줄어들었다. 그러나 주유하는 데 5분 남짓되는 시간이 소요되는 내연기관차와 비교하면 불편함은 여전히 존재한다.
![전기차의 배터리를 교체하는 기술이 전기차 보급과 발전의 또 다른 기회로 여겨지고 있다. [사진=NIO]](https://cdn.imweb.me/upload/S20230801bf1760987490f/ccd5704b02b10.png)
전기차의 배터리를 교체하는 기술이 전기차 보급과 발전의 또 다른 기회로 여겨지고 있다. [사진=NIO]
최근 들어 이에 대한 근본적인 해결책을 찾는 움직임이 포착되고 있다. 그중 하나가 배터리 교체다. 배터리 충전 시간을 줄일 수 없다면 배터리 자체를 빠르게 교체해 불편함을 해소하자는 의도다. 성과는 곳곳에서 포착되고 있다. 국내외에서 시범 사업이 진행 중이며 관련 기술도 빠르게 성장 중이다.
▶ 교체형 배터리, 이론적으로는 완벽하고 간단한 기술
전기차의 배터리를 교체하는 기술은 이론적으로 간단하고, 기존의 충전 방식을 대체할 수 있다. [사진=셔터스톡]
전기차의 배터리를 교체하는 기술은 이미 수 년 전부터 존재했다. 특히 오늘날의 전기차 시장을 주도하고 있는 중국 시장이 적극적이었다. 2020년 5월 중국 정부가 배터리 교체 스테이션을 새로운 인프라로 규정하고 베이징 등에서 시범 사업을 진행한 게 대표적인 예다.
교체형 배터리의 기술은 복잡하지 않다. 배터리 방전이 임박한 전기차가 전용 스테이션에 진입하면 설비가 자동으로 배터리를 교체하는 방식이다. 과거 스마트폰의 교체형 배터리를 떠올리면 이해가 쉽다. 다만 스마트폰에 비해 규모가 크고 모든 과정이 자동으로 이뤄진다는 차이가 존재한다. 전기차의 배터리 부피 및 무게가 사람 몇명이 감당할 수 없을 만큼 크고 무거우며, 교체 과정에서 위험성이 존재하기 때문에 이런 방식이 활용되고 있다.
현재까지 개발된 전기차의 배터리 교체 시간은 배터리를 충전하는 시간 대비 훨씬 빠르다. 길면 5분, 짧으면 2~3분 안에 배터리 교체가 가능하다. 때문에 운전자 입장에서는 배터리 교체에 대한 부담과 불편함을 덜 수 있다. 이론적으로는 자동 세차기에서 세차를 하는 시간 정도만 할애하면 완충된 배터리를 전기차에 적용할 수 있다. 여기까지만 보면 교체형 배터리는 완벽한 기술이다. 그러나 관련 기술이 논의된 이후 현재까지 수년 동안 현실적인 어려움 때문에 완벽한 상용화가 이뤄지지 못하고 있다.
▶ 교체형 배터리 기술 실용화의 걸림돌
전기차의 배터리를 교체하기 위해서는 모든 전기차의 배터리 규격이 통일되어야 한다는 현실적인 문제가 존재한다. [사진=현대자동차그룹]
교체형 배터리 보급의 가장 큰 문제는 표준화다. 특정 브랜드의 전기차끼리 배터리를 교체한다면 수익성이 떨어질 수밖에 없다. 때문에 모든 전기차가 동일한 배터리를 사용하고 교체해야 하는 규모의 경제가 필요하다. 이를 위해서는 모든 전기차의 크기, 연결 단자, 용량, 소재 등 배터리 규격이 통일되어야만 한다. 그러나 현실적으로 쉽지 않다. 배터리의 규격을 통일하면 전기차의 디자인과 성능, 실내 공간 등을 결정하는 데 제약이 발생하기 때문이다.
설사 배터리 규격 문제를 해결하더라도 다른 문제가 존재한다. 바로 비용이다. 지난 2022년 중국의 전기차 스타트업 NIO가 발표한 자료에 따르면 배터리 교체 스테이션 1개 구축 시 필요한 비용은 약 9억 원인 것으로 확인 됐다. 급속 충전기 설치 비용이 최소 4000만 원에서 최대 1억 원인 것과 비교하면 금액 차이가 매우 크다.
때문에 자동차 제조사 입장에서는 초기 설치 비용에 대한 부담과 더불어 수익성 악화를 걱정해 교체형 배터리 사업에 적극적으로 뛰어들지 못하고 있다. 테슬라가 2013년 일찍이 교체형 배터리 시장 진출을 검토하다 사업을 접은 것도 같은 이유 때문인 것으로 업계는 분석하고 있다.
이처럼 전기차의 교체형 배터리 기술과 산업은 장단이 명확해 지난 몇 년 동안은 발전이 지지부진했다. 그러나 최근 들어 기술 발전과 사업성 논의가 활발해지고 있다. 해외에서는 앞서 언급한 중국의 NIO가, 국내에서는 현대자동차그룹이 교체형 배터리의 가능성을 적극적으로 검토 중이다.
▶ 교체형 배터리 사업에 가장 적극적인 중국 NIO
NIO는 전기차 제조 후발주자로서의 지위를 극복하기 위해 2018년부터 교체형 배터리 기술을 발전시키고 있다. [사진=NIO]
NIO는 현재 전 세계에서 가장 적극적으로 전기차 배터리 교체 사업에 임하고 있다. 2018년 4월 중국 내에서 첫 번째 배터리 교체 스테이션을 설치한 뒤, 올해 4월 9일 기준으로는 2400개 이상까지 확장시켰다. 해당 기간 동안 NIO가 축적한 배터리 교체 횟수는 4174만 회에 이른다. NIO는 중국 외 유럽에서도 배터리 교체 스테이션을 구축 중이다. 독일 내 14기를 비롯해 유럽 전역에 42개의 스테이션을 설치했다.
NIO는 이미 배터리 교체 스테이션을 3.0 버전까지 발전시킨 상태다. 해당 스테이션은 하루 최대 408개의 배터리를 교체할 수 있으며 21개의 배터리를 저장할 수 있다. 가장 중요한 배터리 교체 시간은 3분이며 그 과정에서 운전자가 차에서 내릴 필요도 없다. 즉, 운전자는 자신의 전기차를 스테이션 내부로 집어넣기만 하면 스테이션 내부의 자동화 설비가 차체 하부의 배터리를 순식간에 교체하는 것이다.
현 시점에서 NIO의 배터리 교체 기술이 가장 앞선 것으로 평가받고 있기는 하다. 그러나 어디까지나 NIO의 전기차에만 해당 기술을 사용할 수 있다는 한계가 존재한다. 스타트업인 NIO가 세계 전기차 시장에서 차지하는 점유율은 미미하다. 중국 내에서도 거대 기업인 BYD, 지리자동차 등에 밀려 존재감이 크지 않다. 때문에 NIO는 교체형 배터리 기술을 발전시키고 사업을 확대하기 위해 다양한 협업을 진행 중이다.
대표적으로 지난해 12월 중국 지리자동차와의 배터리 교체 스테이션 확장을 위한 전략적 파트너십이다. 해당 파트너십에는 두 회사가 교체형 배터리 기술을 교환하고 배터리가 상호 호환되는 전기차를 공동 개발한다는 내용이 포함되어 있다. 지난해 지리자동차의 전 세계 전기차 점유율이 6.4%로 5위에 이른다는 점을 고려하면 해당 파트너십은 교체형 배터리 기술 발전과 영역 확장에 큰 도움이 될 것이라는 게 업계 분석이다.
▶ 배터리 교체형 전기차 실증 사업을 시작한 현대차
국내에서는 현대자동차그룹이 교체형 배터리 사업에 대한 실증 사업을 이제 막 시작하려고 한다. [사진=현대자동차그룹]
지난 2월 중순 현대자동차그룹의 전기차 배터리 교환형 차량 제작 실증사업이 정부 심의를 통과했다. 그에 앞서 1월에는 현대차그룹의 사내벤처에서 분사한 전기차 솔루션 스타트업 피트인이 안양에 배터리 교체 스테이션을 운영한다는 계획을 밝히기도 했다. 이처럼 현대차그룹은 전기차의 배터리 기술을 발전시키는 동시에 물밑에서 교체형 배터리 기술에 대한 가능성을 확인 중이다.
물론, 현 시점에서 현대차그룹이 중국 NIO처럼 유의미한 기술을 확보하고 있는 것은 아니다. 다만, 2023년 전 세계 전기차 시장에서 현대차그룹이 차지한 점유율이 4.0%로 전체 7위에 이른 것을 고려하면 이번 움직임이 다른 전기차 업체로 하여금 교체형 배터리 시장에 뛰어들게 하는 자극제가 될 수 있다는 평가도 존재한다.
다만, 이번 실증사업이 실증사업으로만 그칠 것이라는 우려도 제기되고 있다. 국내에서 전기차 충전소 보급도 적극적으로 이뤄지지 못하는 상황에서 배터리 교체 스테이션까지 구축하기에는 여러모로 쉽지 않다는 이유에서다.
이와 관련해 업계 관계자는 "이미 지난 2013전 제주도에서 배터리 교체 사업을 진행하다 실패한 사례가 있었던 만큼 이번에는 좀 더 계획적이고 체계적인 실증사업이 진행될 필요가 있다”며 “이미 중국이 교체형 배터리 시장에 적극적으로 임하고 있는 만큼 수년 후 관련 시장을 완전히 빼앗기지 않기 위해서라도 단계적으로 관련 기술 개발을 개발해야만 한다”는 의견을 내놨다.
테크월드뉴스/김준혁 기자
교체형 배터리, 이론적으로는 완벽하지만 현실적인 어려움이 존재
중국 전기차 스타트업 NIO, 전기차 교체형 배터리 기술과 산업 이끌어
국내는 이제 교체형 배터리 실증 사업 시작
전기차 성장이 침체기에 빠져 있다. 주된 이유로는 내연기관차에는 존재하지 않던 불편함을 들 수 있다. 대표적인 게 배터리 충전 시간이다. 초고속 배터리 충전 기술이 등장하면서 충전 시간이 20분 안팎까지 줄어들었다. 그러나 주유하는 데 5분 남짓되는 시간이 소요되는 내연기관차와 비교하면 불편함은 여전히 존재한다.
최근 들어 이에 대한 근본적인 해결책을 찾는 움직임이 포착되고 있다. 그중 하나가 배터리 교체다. 배터리 충전 시간을 줄일 수 없다면 배터리 자체를 빠르게 교체해 불편함을 해소하자는 의도다. 성과는 곳곳에서 포착되고 있다. 국내외에서 시범 사업이 진행 중이며 관련 기술도 빠르게 성장 중이다.
▶ 교체형 배터리, 이론적으로는 완벽하고 간단한 기술
전기차의 배터리를 교체하는 기술은 이미 수 년 전부터 존재했다. 특히 오늘날의 전기차 시장을 주도하고 있는 중국 시장이 적극적이었다. 2020년 5월 중국 정부가 배터리 교체 스테이션을 새로운 인프라로 규정하고 베이징 등에서 시범 사업을 진행한 게 대표적인 예다.
교체형 배터리의 기술은 복잡하지 않다. 배터리 방전이 임박한 전기차가 전용 스테이션에 진입하면 설비가 자동으로 배터리를 교체하는 방식이다. 과거 스마트폰의 교체형 배터리를 떠올리면 이해가 쉽다. 다만 스마트폰에 비해 규모가 크고 모든 과정이 자동으로 이뤄진다는 차이가 존재한다. 전기차의 배터리 부피 및 무게가 사람 몇명이 감당할 수 없을 만큼 크고 무거우며, 교체 과정에서 위험성이 존재하기 때문에 이런 방식이 활용되고 있다.
현재까지 개발된 전기차의 배터리 교체 시간은 배터리를 충전하는 시간 대비 훨씬 빠르다. 길면 5분, 짧으면 2~3분 안에 배터리 교체가 가능하다. 때문에 운전자 입장에서는 배터리 교체에 대한 부담과 불편함을 덜 수 있다. 이론적으로는 자동 세차기에서 세차를 하는 시간 정도만 할애하면 완충된 배터리를 전기차에 적용할 수 있다. 여기까지만 보면 교체형 배터리는 완벽한 기술이다. 그러나 관련 기술이 논의된 이후 현재까지 수년 동안 현실적인 어려움 때문에 완벽한 상용화가 이뤄지지 못하고 있다.
▶ 교체형 배터리 기술 실용화의 걸림돌
전기차의 배터리를 교체하기 위해서는 모든 전기차의 배터리 규격이 통일되어야 한다는 현실적인 문제가 존재한다. [사진=현대자동차그룹]
교체형 배터리 보급의 가장 큰 문제는 표준화다. 특정 브랜드의 전기차끼리 배터리를 교체한다면 수익성이 떨어질 수밖에 없다. 때문에 모든 전기차가 동일한 배터리를 사용하고 교체해야 하는 규모의 경제가 필요하다. 이를 위해서는 모든 전기차의 크기, 연결 단자, 용량, 소재 등 배터리 규격이 통일되어야만 한다. 그러나 현실적으로 쉽지 않다. 배터리의 규격을 통일하면 전기차의 디자인과 성능, 실내 공간 등을 결정하는 데 제약이 발생하기 때문이다.
설사 배터리 규격 문제를 해결하더라도 다른 문제가 존재한다. 바로 비용이다. 지난 2022년 중국의 전기차 스타트업 NIO가 발표한 자료에 따르면 배터리 교체 스테이션 1개 구축 시 필요한 비용은 약 9억 원인 것으로 확인 됐다. 급속 충전기 설치 비용이 최소 4000만 원에서 최대 1억 원인 것과 비교하면 금액 차이가 매우 크다.
때문에 자동차 제조사 입장에서는 초기 설치 비용에 대한 부담과 더불어 수익성 악화를 걱정해 교체형 배터리 사업에 적극적으로 뛰어들지 못하고 있다. 테슬라가 2013년 일찍이 교체형 배터리 시장 진출을 검토하다 사업을 접은 것도 같은 이유 때문인 것으로 업계는 분석하고 있다.
이처럼 전기차의 교체형 배터리 기술과 산업은 장단이 명확해 지난 몇 년 동안은 발전이 지지부진했다. 그러나 최근 들어 기술 발전과 사업성 논의가 활발해지고 있다. 해외에서는 앞서 언급한 중국의 NIO가, 국내에서는 현대자동차그룹이 교체형 배터리의 가능성을 적극적으로 검토 중이다.
▶ 교체형 배터리 사업에 가장 적극적인 중국 NIO
NIO는 현재 전 세계에서 가장 적극적으로 전기차 배터리 교체 사업에 임하고 있다. 2018년 4월 중국 내에서 첫 번째 배터리 교체 스테이션을 설치한 뒤, 올해 4월 9일 기준으로는 2400개 이상까지 확장시켰다. 해당 기간 동안 NIO가 축적한 배터리 교체 횟수는 4174만 회에 이른다. NIO는 중국 외 유럽에서도 배터리 교체 스테이션을 구축 중이다. 독일 내 14기를 비롯해 유럽 전역에 42개의 스테이션을 설치했다.
국내에서는 현대자동차그룹이 교체형 배터리 사업에 대한 실증 사업을 이제 막 시작하려고 한다. [사진=현대자동차그룹]
NIO는 이미 배터리 교체 스테이션을 3.0 버전까지 발전시킨 상태다. 해당 스테이션은 하루 최대 408개의 배터리를 교체할 수 있으며 21개의 배터리를 저장할 수 있다. 가장 중요한 배터리 교체 시간은 3분이며 그 과정에서 운전자가 차에서 내릴 필요도 없다. 즉, 운전자는 자신의 전기차를 스테이션 내부로 집어넣기만 하면 스테이션 내부의 자동화 설비가 차체 하부의 배터리를 순식간에 교체하는 것이다.
현 시점에서 NIO의 배터리 교체 기술이 가장 앞선 것으로 평가받고 있기는 하다. 그러나 어디까지나 NIO의 전기차에만 해당 기술을 사용할 수 있다는 한계가 존재한다. 스타트업인 NIO가 세계 전기차 시장에서 차지하는 점유율은 미미하다. 중국 내에서도 거대 기업인 BYD, 지리자동차 등에 밀려 존재감이 크지 않다. 때문에 NIO는 교체형 배터리 기술을 발전시키고 사업을 확대하기 위해 다양한 협업을 진행 중이다.
대표적으로 지난해 12월 중국 지리자동차와의 배터리 교체 스테이션 확장을 위한 전략적 파트너십이다. 해당 파트너십에는 두 회사가 교체형 배터리 기술을 교환하고 배터리가 상호 호환되는 전기차를 공동 개발한다는 내용이 포함되어 있다. 지난해 지리자동차의 전 세계 전기차 점유율이 6.4%로 5위에 이른다는 점을 고려하면 해당 파트너십은 교체형 배터리 기술 발전과 영역 확장에 큰 도움이 될 것이라는 게 업계 분석이다.
▶ 배터리 교체형 전기차 실증 사업을 시작한 현대차
지난 2월 중순 현대자동차그룹의 전기차 배터리 교환형 차량 제작 실증사업이 정부 심의를 통과했다. 그에 앞서 1월에는 현대차그룹의 사내벤처에서 분사한 전기차 솔루션 스타트업 피트인이 안양에 배터리 교체 스테이션을 운영한다는 계획을 밝히기도 했다. 이처럼 현대차그룹은 전기차의 배터리 기술을 발전시키는 동시에 물밑에서 교체형 배터리 기술에 대한 가능성을 확인 중이다.
물론, 현 시점에서 현대차그룹이 중국 NIO처럼 유의미한 기술을 확보하고 있는 것은 아니다. 다만, 2023년 전 세계 전기차 시장에서 현대차그룹이 차지한 점유율이 4.0%로 전체 7위에 이른 것을 고려하면 이번 움직임이 다른 전기차 업체로 하여금 교체형 배터리 시장에 뛰어들게 하는 자극제가 될 수 있다는 평가도 존재한다.
다만, 이번 실증사업이 실증사업으로만 그칠 것이라는 우려도 제기되고 있다. 국내에서 전기차 충전소 보급도 적극적으로 이뤄지지 못하는 상황에서 배터리 교체 스테이션까지 구축하기에는 여러모로 쉽지 않다는 이유에서다.
이와 관련해 업계 관계자는 "이미 지난 2013전 제주도에서 배터리 교체 사업을 진행하다 실패한 사례가 있었던 만큼 이번에는 좀 더 계획적이고 체계적인 실증사업이 진행될 필요가 있다”며 “이미 중국이 교체형 배터리 시장에 적극적으로 임하고 있는 만큼 수년 후 관련 시장을 완전히 빼앗기지 않기 위해서라도 단계적으로 관련 기술 개발을 개발해야만 한다”는 의견을 내놨다.