자동차 전동화가 미래임은 너무나 당연한 이야기이다. 세계 각국은 내연기관 아웃을 준비 중에 있으며 제조사는 자사의 라인업을 모두 전동화로 바꾸려는 초읽기에 들어갔다. 이러한 과정 속에서 전동화 자동차의 등장보다 근본적인 문제를 제기하는 시선이 많다. 바로 전기 충전 문제이다. 충전소 인프라, 충전 시간, 충전 방법 등의 문제는 현재도 해결해야 할 부분으로 지목 받고 있다. 이러한 가운데 최근 꽤나 흥미로운 자동차가 등장했다. 바로 쏘나타 하이브리드이다. 과연 쏘나타 하이브리드의 어떠한 특징이 시선을 사로잡았을까?
쏘나타 하이브리드, 전기 충전의 미래 제시
현대자동차는 지난 7월 22일 쏘나타의 친환경 모델인 쏘나타 하이브리드를 출시했다. 특히 쏘나타 하이브리드에는 지금까지 볼 수 없었던 최신 기술이 탑재되어 이목을 끌었다. 해당 기술은 각각 능동 변속제어 기술(ASC, Active Shift Control)과 솔라 루프 시스템(Solar Roof System)이다.
능동 변속제어 기술은 주행모터를 활용해 초당 500회씩 변속기를 초정밀 제어하는 신기술로 현대차가 최초로 개발했다. 그리고 솔라 루프 시스템은 자동차 루프에 설치된 패널을 통해 태양광을 모으고 이를 차량 배터리 충전에 활용하는 기술이다. 기존 하이브리드 자동차는 충전기 및 회생 제동 장치를 통해 일정 수준의 충전이 가능했는데 쏘나타 하이브리드는 태양광을 활용하는 것으로 한 단계 진화한 충전 방식을 제시한 것이다.
현대자동차의 솔라 루프 시스템(이하 솔라 시스템)은 2020년 환경규제에 대응하기 위한 하나의 방안으로 개발되었다. 현재 쏘나타 하이브리드에 적용된 1세대 실리콘형 솔라 루프는 일반 루프에 양산형 실리콘 태양전지를 장착한 형태이다. 현대차는 현재 3세대까지의 개발을 이어가고 있으며 각각 2세대 반투명 솔라루프의 경우 내연기관 차량에, 3세대 솔라루프의 경우 친환경 모델에 적용된다. 특히 3세대의 경우 차량의 보닛, 루프, 등에 태양전지를 일체화해 출력을 극대화하는 것이 목표이다.
솔라시스템의 기본 원리는 패널을 통해 포집된 태양광으로 에너지를 발생, 이를 모아 배터리에 저장하거나 알터네이터의 부하를 낮추는 것이다. 솔라시스템은 패널과 제어기, 배터리 세가지로 구성되며 태양전지 셀 표면에 입사된 태양광이 전자와 정공으로 분리되며 에너지를 발생한다. 이렇게 발생된 에너지는 제어기의 MPPT(Maximum Power Point Tracking, 전압, 전류를 제어해 효율을 높임)와 변압을 통해 저장된다.
현대자동차에서 개발한 솔라시스템은 메인 동력보다는 보조 동력으로 작용한다. 배터리를 충전하고 내연기관 자동차의 동력 일부를 돕는 것이 주된 임무이다. 하지만 이를 통해 최대 1년에 1,300㎞의 주행거리 확장과 이산화탄소의 저감 등의 효과를 가져온다. 또 한가지 기대되는 점은 새로운 충전 방식이 제시되었다는 점이다. 위에서 언급한 3세대 솔라리드의 경우 친환경차에 적용하기 위해 개발에 박차를 가하고 있다. 만일 이 기술이 보다 고효율성을 지니고 양산된다면 향후 전기차의 충전 방식에 획기적인 방법으로 등극됨이 기대된다
태양광 충전 자동차, 결코 미래 기술은 아니다
현대자동차의 솔라시스템은 분명 눈에 띄는 기술이지만 자동차를 태양광을 통해 충전한다는 개념은 이미 60년도 전에 제시된 아이디어이다. 1955년 8월 31일 제너럴모터스는 썬모바일(Sunmobile)이라는 최초의 태양광 자동차를 공개했다. 12개의 셀레늄 PV와 전기모터를 결합한 이 자동차는 38㎝라는 장난감 수준의 결과물이었지만 태양광만을 통해 작동되는 자동차라는 새로운 개념을 제시한 물건이다.
그로부터 7년 후인 1962년, 인터내셔널 렉티피어 컴퍼니라는 회사에서 사람이 직접 탑승하는 태양광 자동차를 공개하기도 했다. 10,640개의 태양전지, 집광판 등을 활용해 차량을 움직일 수 있음을 증명해냈다. 또한 하이브리드 차량에 태양광 패널을 적용한 것은 토요타 프리우스 프라임이 먼저 선보였다.
이처럼 태양광, 태양광 패널, 태양광 충전 등의 개념은 이미 오래 전부터 제시되어 왔다. 하지만 이번 쏘나타 하이브리드의 쏠라시스템이 타사와 비교해 낭비를 줄이고 효율성을 높였다는 데에서 한단계 진화했음을 의미한다. 현재는 비록 보조동력 수준의 기술력이기 때문에 뛰어넘어야 할 과제들이 가득하다. 하지만 지속적인 개발과 도전을 계속한다면 앞으로 전기차의 충전으로 이러한 태양광 충전이 충분히 가능할 것으로 예상된다.
전기차 충전 방식, 앞으로 진화 방향은?
태양광 패널을 이용한 충전방식과 같이 새로운 전기 충전 방식에 대한 고민은 현재진행형이다. 이는 보다 효율적으로 충전하고 편의를 도모하기 위해서이다. 그렇다면 현재 일반적인 플러그 충전 방식, 이번에 알아본 태양광 패널 충전 방식 이외의 다른 방식은 무엇이 있을까?
무선 충전 방식
전기 충전과 땔 수 없는 IT 기기는 현재 무선의 영역에 발을 디뎠다. 무선 이어폰은 이미 대세로 자리잡았으며 스마트폰 충전 또한 무선 충전기를 제공하고 있다. 이제 더 이상 선을 꼽아 충전하는 방식은 불편을 감수해야 하는 일이 되었다. 그리고 전기차에서도 무선 충전 방식을 도입하는 사례가 등장했다.
카이스트의 조동호 교수는 세계 최초로 상용화된 무선충전 방식의 전기자동차를 선보였다. 공진주파수를 이용한 자기공진 방식의 이 전기자동차는 도로에 전기선이 매립되어 있다면 달리면서도 충전이 가능해 미래의 전기차 충전 방식으로 귀추가 주목됐다. 무선 충전은 이 밖에도 자기유도와 전자기파 방식 등이 있으며 현재로써는 각각의 장단점이 존재해 지속적인 개발이 필요한 상황이다. 자동차 제조사 또한 무선 충전 방식에 많은 관심을 두고 있으며 현대자동차, 볼보 등은 무선충전 방식을 개발하는 기업에 투자를 하고 있다.
배터리 교환 방식
전자기기의 에너지가 떨어졌을 때 우리는 배터리를 교체한다. 가장 쉽고 편리한 방법이다. 전기차 또한 모터를 돌리는 동력원인 배터리를 교체하는 방식을 선보이고 있다. 2007년 등장한 스타트업 기업 베터 플레이스(Better Place)는 배터리 교환 방식을 통한 전기차의 대중화를 꿈꾸었다. 전기차 업계의 스티브 잡스로 불리우던 베터 플레이스의 대표 샤이 애거시(Shai Agassi)는 ‘석유시대의 종말’을 위해서 전기차의 대중화와 이를 위한 인프라의 구축에 힘을 썻다. 그는 전기차의 대중화를 막는 장애물은 배터리 비용과 오랜 충전 시간이며 이를 배터리 교환이라는 가장 기본적인 방식을 통해 해결하고자 했다. 이 아이디어에 대한 반응은 폭발적이었고 제너럴일렉트릭, HSBC 홀딩스, 르노 등의 투자와 협업을 이어갔다. 그러나 결국 판매 부진 및 지속적인 매출 하락으로 인해 지난 2013년 파산했다. 실패의 다양한 분석 중 너무 이른 타이밍이었다는 이야기가 지배적이었다. 시대를 앞서갔다라는 표현이 제격일 것이다. 하지만 샤이 애거시가 이야기한 배터리 교환 방식은 분명 유의미했다.
자동차 업계는 아니지만 대만의 스쿠터 스타트업인 고고로(GOGORO)는 배터리 교환 방식의 전기스쿠터를 선보였다. 고고로에서 주목할 점은 전기스쿠터보다 에너지 플랫폼인 ‘스마트 에너지(Smart Energy)’이다. 고고로 스쿠터의 운전자는 배터리가 떨어지면 주요 거점 1㎞마다 설치된 충전소 ‘고스테이션’에서 새로운 배터리로 교환할 수 있다. 기존 배터리는 고스테이션에 비치해 충전하고 새로운 배터리로 교체하는데는 약 6초밖에 걸리지 않는다. 이러한 획기적인 아이디어로 고고로는 열풍을 불러왔으며 현재 대만에는 약 1,000여 개가 넘는 고스테이션이 고고로의 충전 인프라를 책임지고 있다.
향후 몇 년 안에 도로 위에는 내연기관 자동차 이상의 전기차가 눈에 띌 것이다. 전기차는 이미 주행거리 300㎞ 이상을 다닐 수 있는 수준까지 진화했지만 충전 인프라는 이를 뒷받침하기에 부족한 것이 사실이다. 이 문제를 해결하기 위해서는 단순히 자동차 제조사 외에도 다른 기업과 국가의 협력이 필요한 실정이다. 기업과 국가 그리고 소비자 모두가 하나되어 미래의 전기차 시대를 앞당기는 노력이 빛나길 기대해본다.
글
김완일 기자
