전기자동차에 대한 생각

저는 플러그인 하이브리드 자동차에 관심이 많습니다. 그러다 보니 최근 공개된 볼트의 양산형 디자인도 즐거운 마음으로 살펴 보곤 했는데요. 그러다 문득 궁금해진 것이 있었습니다. 한 번 충전하면 64km(40마일)를 간다는 것인데 과연 배터리 용량은 얼마이길래 그런 거리가 가능할까와 충전시 전류량은 또 얼마일까 전기요금은 얼마나 들까 등등 이런 저런 호기심들이 마음속에 일었습니다. 그래서 인터넷으로 관련된 자료를 찾아 봤더니 어느 정도 자료들이 공개되어 있더군요.(맨 아래 원문 참조)

간단히 원문을 요약해 보자면 전력량 16kWh의 배터리가 들어 있고 배터리의 수명을 위해 만충전과 완전방전 사이의 스윙 영역이라고 불리우는 50% 범위(30%~80% 사이)만 사용한다는 것입니다. 결국 8kWh의 전력량으로 40마일을 가니 마일당 200Wh를 소비하는 셈이 됩니다. 이를 km로 환산하면 125Wh/km가 되는 것이죠.

1년에 2만km 정도를 주행한다고 쳤을 때 이를 전기로 환산하면 125*20k=2500kWh. 이를 12달로 나누면 한 달에 208.3kWh가 나옵니다. 대략 200kWh라고 치고 만약 현재 300kWh를 매달 사용하는 가정집이라면 전기요금은 39,960원인데 볼트를 사용해서 500kWh가 나온다면 115,550원입니다. 그럼 차액이 75,590원이 되는 것이죠. 이를 휘발유 가격 1,700원으로 나누면 대략 44.46l 정도 되며 다시 이걸 연비로 계산해 보면 20000/12/44.46 ≒ 37.5km/l 라는 환상적인 연비가 나옵니다. 와우~! 꽤 매력적이네요! ^^ 

그런데 여기에는 함정이 하나 있습니다. 가정용 전기에서 볼트가 사용하는 전기로의 변환효율을 고려하지 않은 것입니다. 높게 잡아서 효율이 80%라고 치면 연비가 30km/l 정도고 좀 더 낮춰 잡아도 25km/l 이상은 될 것으로 보이네요. 변환효율이 낮으면 낮을 수록 볼트의 매력은 떨어질텐데 과연 실제로 어느선에 걸릴지 참 궁금하지 않을 수 없습니다.

이번에는 충전에 대해 얘기해 보겠습니다. 배터리의 50%인 8kWh를 충전하는데 240V 기준으로 3시간이 좀 안된다 합니다. 220V로 3시간이라고 치면 충전전류는 단순무식한 산술계산으로 8000/(220*3)=12.12A 라는 결론이 나옵니다. 내부적으로 승압이나 강압을 하면 전류량은 달라질 수 있으나 일단 그와 관련된 정보가 없으니 220V DC 기준으로 계산해 본 것인데 AC 기준으로는 변환 효율로 인해 더 높은 전류량이 필요할 것입니다.

3시간이라는 시간이 집에서 잘 때 꼽아 놓으면 짧은 시간이 아닙니다만 급하게 나가야 하는데 충전이 안 되어 있다면 좀 아쉽다는 생각도 들만 합니다. 그런데 실상 15A 정도만 들어간다고 해도 상당한 전기량입니다. 왠만한 가정용 에어컨보다 1.5~2배는 많이 먹으니 말이죠. 이보다 더 높이면 차단기 내려갈 수 있죠. 저는 사실 더 빨리 끝낼 수 없을까 하고 생각했었는데 이 정도만으로도 만족해야 되겠구나 싶습니다. ㅎㅎ

사실 더 빠른 충전속도를 생각해 보게 했던 것은 도시바의 SCiB 같은 수퍼 배터리 때문이었습니다. 이 배터리는 용량의 90%를 충전하는데 5분밖에 걸리지 않습니다. 게다가 충방전 사이클도 5~6천회 정도 된다고 하네요. 일반적인 리튬이온 셀에 비하면 상당한 고성능 배터리입니다. 그래서 이런 고성능 배터리를 전기자동차에 적용하면 좋겠다고 생각했던 것이죠. ^^

그런데 만약 앞서 말했던 볼트의 배터리를 5분에 90% 충전한다면 220V 기준으로 전류량이 얼마나 될까요? (8000*0.9)/(220*5/60)=392A!!!!!! ㅡ,.ㅡ;;;; 살벌하군요. 전혀 현실성이 없다는 것을 알 수 있네요. 흐미~ 고속충전에 대한 생각은 상상만으로도 즐거운 일이었는데 바로 뒤통수 맞았습니다. ㅋㅋ

플러그인 하이브리드 전기자동차가 양산이 된다면 지금까지와는 다른 자동차 라이프가 생길 것입니다. 얌체들은 남의 집에 몰래 꽂아서 충전하기도 할 테고 호텔이나 고급 레스토랑 같은 곳은 무료 충전 서비스가 생길지도 모르죠. 사람들이 만나면 이번 달 전기요금이 얼마냐고 물어보는게 일상적인 일이 될지도 모릅니다. 정유사들은 배 좀 아플 거 같고 한전은 떼 돈 벌겠군요. 조만간 전기값도 올린다는데 전기값 올리면 연비가 떨어지는 셈이 되니 사람들이 전기값에 무척 민감할테고 여름에는 자동차 안타기 운동도 펼쳐지겠죠. ㅎㅎ

자동차라는 물건이 큰 변화의 시기에 서 있습니다. 국내 자동차 회사들도 이러한 변화의 흐름에 발맞춰 많은 노력을 하고 있는 것으로 알고 있으나 아직은 가시적인 성과가 눈에 띄진 않아 보입니다. 정부도 이러한 분야에 적극적인 지원을 해 주길 바랍니다. 꾸준히 노력해 나가다 보면 앞으로 10년 후에는 정말 많은 변화가 있을 것입니다. 즐거운 마음으로 그리고 관련된 분야의 연구개발자들을 응원하는 마음으로 기다리겠습니다. 좀 더 고생해 주십쇼. ^^;;;

Latest Chevy Volt Battery Pack and Generator Details and Clarifications

In some recent posts, we were able to find out and discuss some important details about how the Volt’s li-ion battery pack is intended to function. One of the most critical facts we obtained from GM is that the 40 mile all-electric driving range will occur within 50% of the batteries maximum charge, or 8 kWh out of 16 kWh total. This translates to 200Wh/mile of energy consumption.

We also looked at the ability of the combustion engine (53 kW maximum) to keep the battery charged and how it might operate to do so. This generated some very intriguing discussion and further questions.

I went back to GM and had some discussion with other sources familiar with the Volt’s engineering, and have been able to elucidate the following more accurate facts:

As per Rob Peterson, GM spokesman, the battery will operate in the 50% “swing” zone, but actually, the batteries full point will be 80% (not 100%). So its charge state will actually vary between 30% SOC and 80% SOC. This translates to the following analysis of battery capacity:

theoretical capacity         100%                16.0 kWh (not realized under normal conditions)

highest recharged level     80%                 12.8 kWh (after being plugged in)

charge sustaining level     30%                  4.8 kWh (after ~40 miles of driving)

empty                             0%                    0.0 kWh (not realized under normal conditions)

In terms of the on-board generator, the peak power of 53 kW will rarely be used, only in extreme conditions. Peak efficiency will be at around 30 kW, which is what the car should require at 65 mph slightly uphill, although the actuals of mass and energy requirements are not final yet.

The engine’s job will be to maintain the battery at a SOC of 30%, and will do so by continuously matching the average power requirement of the car once it is turned on.  Those energy requirements will roughly be about 8 kWh in the city, and 25 kWh on the highway.

Another interesting note is about the time course of recharging the battery on the road. If one tried to recharge it by maxing engine output, the cells’ temperature would get too high, so the idea of rapidly “refilling” it on the fly and then cutting off the generator wont apply. Rather, it seems, the engine will continue to run, constantly matching the needs of the car to keep the battery at 30% until you stop driving.

Interestingly, the motor will likely be programmed to increase rpm when you step on the gas and quiet down when you stop to “simulate” the driving effect people are already used to. This will avoid the sudden unexpected ons and offs.

The graph above illustrated how the pack shall operate.