① 아이오닉6, 압도적인 공력계수 확보
현대차의 주력 전기차 중 하나인 아이오닉 6의 미국 주행거리 인증이 완료됐다. 2WD 롱레인지 모델에 대한 미국 환경보호청(EPA)의 인증이 이루어진 것인데, 최대 581km에 달하는 주행가능거리를 인정받았다. 또한 복합전비는 140MPGe를 기록했다. MPGe는 1 갤런 당 전기차 주행가능거리로 보면 되는데, 225km를 갈수 있는 수준이다. 1갤런은 대략 3.78리터인 점을 고려하면 휘발류 1리터 당 60km 정도를 갈 수 있다는 의미다. 이는 미국에서 판매중인 전기차 중 최고수준이다. 실제로 미국 정부가 운영하는 에너지 절약 사이트 퓨얼이코노미(Fueleconomy.gov)가 공개한 전비 순위에서 가장 높은 수치를 기록했다. 이러한 결과가 가능했던 것은 공기저항 감소에 올인한 디자인 덕분이다.
단순히 컨셉카의 모습을 계승하는 것에 그치지 않고 기획단계부터 최고 수준의 공력성능을 염두한 것이다. 그 결과 아이오닉 6는 현대차 역대 모델 최저 공력계수인 0.21cd를 달성했으며, 현존 전기차 중 최상위권이다. 물론, 이보다 높은 차들도 있기는 하지만 아이오닉 6보다 최소 2~3배 이상 비싼 차들로 한정된다. 즉 대중적인 차량 중에선 이만한 차가 없다는 의미이기도 하다.
② 공력계수로 엄청난 차이 발생
자동차는 엔진의 힘으로 지면을 박차고 앞으로 나아간다. 돛단배처럼 바람의 흐름대로 가지 않기 때문에 보이지 않는 공기 장벽을 헤쳐나가는 사투의 연속이다. 70여년 전 부터 자동차 엔지니어들은 두터운 지구의 공기층과 싸움을 이어나갔고, 그 결과 곡선으로 둘러싸인 유선형 디자인으로 수렴하게 되었다. 화물차나 박스카 같이 특별한 목적을 가진게 아니라면 거의 대부분의 차량은 유선형 디자인을 가진다.
공력계수는 0.01만 변해도 주행거리에 상당한 영향을 끼친다. 미국자동차기술학회(SAE)에 보고된 테슬라의 항력계수(공기저항)개선 자료를 살펴보면, 초창기 테슬라 모델S보다 요즘 모델의 공력계수는 0.08Cd 정도 낮다. 미세한 차이로 볼 수 있지만 이 차이로 주행거리는 80km나 벌어진다. 자동차 업계 연구자료를 보면 공기저항이 10% 감소할 때마다 전기차 주행거리가 5%씩 늘어나며, 공기저항 계수가 0.01Cd씩 낮아지면 40kg씩 가벼워지는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 앞서 언급한 테슬라의 사례를 대입하면 320kg 가량 가벼워진 효과를 누릴 수 있다는 이야기가 된다.
③ 전기차 효율성의 핵심, 히트펌프
한편 요즘은 주행 시스템 자체를 손보기도 한다. 히트펌프 기술이 대표적인데, 사계절이 뚜렷해 겨울철 전기차 성능저하가 우려되는 지역에서는 필수 기능이다. 대표적으로 적도에서 멀리 떨어진 북미, 유럽, 동북아시아, 유라시아 부근에선 반드시 필요하다. 겨울에 전기차 성능이 떨어지는 이유는 리튬이온 배터리의 전해액 때문이다. 기온이 낮은 환경에선 전해질이 얼기 쉽다. 이 때 배터리 내부 저항이 증가하면서 이온이 제대로 이동하지 못하게 되고 성능감소로 이어진다. 겨울철에 스마트폰이 쉽게 방전되거나 차를 겨울에 바깥에 방치해두면 배터리가 방전되는 것 역시 비슷한 이유다. 여기에 히터를 틀게 되면 원래 주행가능 거리의 60~70% 수준으로 감소하게 된다.
이와 같은 겨울철 저온 상태의 배터리 한계를 보완하기 위해 등장한 기술이 ‘히트펌프 시스템’이다. 전기차의 치명적인 단점을 보완하는 사실상 유일한 기술이다. 기본 원리는 실내 난방에 사용되는 전력을 최소화함으로써 성능 감소를 최소화 한다. 구체적으로 에어컨의 동작원리와 비슷하다. 에어컨의 ‘냉매’는 압축과 응축 과정에서 뜨거워지고, 팽창하고 증발하는 과정에서 차가워지는데, 이 때 차가워진 냉매로 실내 공기를 차갑게 식히는 것이 에어컨의 원리이다. 냉매의 열은 실외기를 통해 밖으로 방출된다.
히트펌프 시스템은 압축기에서 발생한 열을 이용한다. 그리고 전장 부품 냉각 과정에서 발생한 폐열도 실내 난방에 활용한다. 또한 배터리가 저온으로 내려가지 않도록 상온 유지 효과도 기대할 수 있다.
■ 미래 전기차 시장은 효율성 극대화가 핵심
요즘 전기차는 디자인, 기능 외 소재에 집중하기도 한다. 차 무게에 따라 주행거리가 달라지기 때문에다. 고가의 전기차에는 탄소섬유가 들어가고, 사이드미러 자체를 카메라로 만들어 공기저항을 극단적으로 줄이기도 한다. 요새는 배터리 소모량이 큰 히터 자체의 효율을 높이는 연구도 이어지고 있다. 원적외선 패드를 차 벽면에 붙여 난방 효과를 끌어올리는 방식이 대표적이다. 이 처럼 전기차는 한 해가 지날 때 마다 신기술이 등장하고 있다. 과연 이 기술을 모두 적용할 수 있을까 의문이들 정도로 봇물처럼 쏟아지고 있다.
2030년은 전기차의 첫 황금기다. 앞으로 7년 정도 남았는데 과연 그 때는 지금보다 얼마나 효율적인 전가차가 등장할 지 기대가 된다.
