[EV 트렌드] 전기차도 운전 하기 나름, 실험으로 증명한 40% 연장법

[오토헤럴드 김훈기 기자] 실생활 운전 패턴 및 충전 습관으로 인해 실험 조건에서 예상했던 것보다 전기차 배터리 수명이 더 연장될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 

미국 에너지부 산하 국립 가속기 연구소(SLAC) 스탠퍼드 연구진은 현지시간으로 9일, 국제학술지 네이처 에너지(Nature Energy)를 통해 교통 체증, 장거리 고속 주행 및 도시 주행, 높은 주차 비중 등 실제 운전 패턴으로 인해 전기차 배터리가 이전 예상보다 약 40% 더 오래 지속될 수 있다고 발표했다. 

이는 일반적인 전기차 사용자의 경우 배터리팩을 교체하거나 새 차로 교체할 필요 없이 수년 이상 차량을 더 이용할 수 있다는 의미로 비용 절감뿐 아니라 차량 수명 연장에도 영향을 미치게 될 것으로 평가된다. 

이번 연구를 담당한 스탠퍼드 배터리센터 에너지공학자 시모나 오노리 박사팀에 따르면 일반적으로 배터리 수명 측정에는 실생활이 반영되지 않은 실험실 테스트를 기반으로 이뤄지는데 이때 일정한 방전 및 충전 방식이 사용된다. 

또 배터리 개발 시 새로운 설계가 기대 수명에 미치는 영향을 파악하기 위해 해당 사이클을 빠르게 반복하는 가속화 프로세스 테스트가 실시된다. 

하지만 이 같은 실험은 실생활에서 전기차 사용성이 전혀 반영되지 않아 이번 연구진은 문제를 제기했다. 

시모나 오노리 박사는 '그동안 전기차 배터리는 올바르게 테스트 되지 않았다'라며 '놀랍게도 빈번한 가속, 배터리를 조금 충전하는 브레이킹, 잠시 정차, 한 번에 몇 시간 동안 배터리가 쉬는 실제 주행은 업계 표준으로 자리한 실험실 테스트에서 얻은 결과보다 배터리 수명이 더 길었다'라고 말했다. 

스탠퍼드 연구진은 이번 연구를 위해 지난 2년간 리튬 이온 배터리를 탑재한 92대 전기차를 대상으로 실제 주행 데이터를 기반으로 한 교통 체증, 장거리 고속 주행, 짧은 도시 주행, 높은 주차 비중 등으로 구분하는 4가지 패턴의 테스트를 진행했다. 

그리고 이렇게 수집된 방대한 데이터는 머신 러닝 알로리즘을 활용해 배터리 성능 저하를 줄이는 방식을 밝혀내는 데 사용됐다. 

이 결과 연구에서 배터리 수명은 실제 주행 패턴 상황에서 과거 실험실 데이터보다 40% 연장되는 것으로 확인됐다. 특히 그동안 급가속의 경우 배터리 수명을 단축시키는 주요 운전 패턴으로 알려져 왔으나 실제는 그렇지 않았다.

이번 논문의 공동 수석 저자인 알렉시스 게슬린 박사과정생은 '과거 배터리 엔지니어는 사이클 노화가 시간으로 인한 노화보다 훨씬 더 중요하다고 가정해 왔다. 이는 거의 항상 사용 중이거나 충전 중인 버스와 같은 상업용 전기차에 해당한다'라며 '전기차로 통근을 하거나 근거리를 주행하는 소비자는 사이클보다 시간이 노화의 주된 원인이 된다'라고 말했다. 

이번 연구를 통해 스탠퍼드 연구진은 시간 노화와 사이클 노화 사이 균형 있게 조절하는 충방전 속도에 대한 적절한 지점을 찾아냈다고 밝혔다. 

또 이들은 화학, 소재, 셀 수준에서 추정되는 배터리 노화 메커니즘을 전면 재검토해야 한다고 주장하고 이번 연구 결과를 플라스틱, 유리, 태양 전지 등 노화가 중요한 재료 및 소재에 적용하면 재료 과학, 제어, 모델링 부문에서 보다 깊은 통찰력을 가질 수 있을 것으로 전망했다. 

김훈기 기자/hoon149@gmail.com