자동차 산업은 가솔린에서 전기 차량으로의 전환 과정에서 다양한 도전에 직면하고 있습니다. 특히 미국에서는 전기차(EV)에 대한 소비자들의 관심이 점차 식어가고 있으며, 2024년에는 2023년보다 전기차를 구매하려는 경향이 낮아질 것으로 예상되었습니다.

그 이유로는 배터리 교체 비용 부담과 충전 인프라 부족이 주요하게 작용하고 있습니다. 따라서, 자동차 산업은 이런 문제를 해결해야만 운송 부문의 탄소 감축이라는 궁극적인 목표를 실현할 수 있을 것입니다.


마리 하타르(Marie Hattar)
키사이트 선임 부사장 겸 최고 마케팅 책임자 (CMO)


e-모빌리티 시대를 가속화하다

충전 인프라의 부족은 전기차 보급에 걸림돌이 되고 있으며, 소비자들이 전기차를 적극적으로 수용하려면 신뢰할 수 있고, 빠르며, 편리한 충전 네트워크가 필수적입니다. 특히, 2030년까지 전 세계 전기차 수가 2억 5천만 대에 이를 것으로 예상되는 상황에서, 충전 인프라 확충이 이루어지지 않는다면 e-모빌리티 시대의 정착이 어려워질 것입니다.

미국과 같이 국토가 넓은 지역에서는 충전 인프라의 중요성이 더욱 큽니다. 이는 장거리 운송업뿐만 아니라 차량 의존도가 높은 다양한 상업 분야에서도 핵심적인 요소가 됩니다. 전기차가 보편화되기 위해서는 반드시 해결해야 할 몇 가지 중요한 기술적 과제가 남아 있습니다.

충전 표준 및 상호운용성 통합

충전 인프라의 접근성을 높이고, 신뢰성을 확보하며, 사용자 편의를 극대화하려면 표준화가 필수적입니다. 최근 몇 년간 충전 표준을 통합하려는 움직임이 가시적인 성과를 보이고 있습니다. 자동차 제조업체들은 2025년부터 SAE J3400을 북미 충전 시스템(NACS) 커넥터로 채택하기로 합의했으며, 이를 통해 차량 모델 간의 충전 호환성 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

그러나 현재 도로를 달리는 대부분의 전기차는 CCS1 커넥터를 사용하고 있기 때문에, 해당 차량 제조업체들은 어댑터를 제공하여 호환성 문제를 완화하고 있습니다. 또한, ChargePoint, Electrify America, EVgo와 같은 주요 충전 네트워크 업체들도 NACS 커넥터를 자사 인프라에 도입하는 과정에 있습니다.



상호운용성에 대한 우려는 여전히 남아 있지만, 일부 국제 표준 프로토콜의 도입이 이러한 문제를 점차 해결하는 데 도움을 주고 있습니다. 예를 들어, OCPP(Open Charge Point Protocol)는 전기차와 전력망 간의 충전 데이터 및 정보를 원활하게 교환할 수 있도록 하며, OCPI(Open Charge Point Interface)는 e-모빌리티 서비스 제공업체와 충전소 운영자 간의 연결을 지원합니다.

또한, ISO 15118은 전기차와 충전소 간의 통신을 정의하여 플러그 앤 차지(Plug & Charge) 기능을 가능하게 하고, 차량과 전력망 간 에너지를 주고받을 수 있는 V2G(Vehicle-to-Grid) 기능을 지원합니다.

이러한 표준화 노력은 충전의 신뢰성을 높이고 오류 발생을 줄이는 데 기여하고 있습니다. 그러나, 대형 상용 차량 부문에서는 여전히 글로벌 규제 체계가 미비한 상태이며, 이들 차량이 탄소 배출의 주요 원인 중 하나라는 점을 고려할 때, 이에 대한 적극적인 해결책 마련이 필요합니다.

배터리 기술 발전

전기차 보급을 가속화하려면 배터리 기술의 발전이 필수적입니다. 더 저렴한 비용, 빠른 충전 속도, 긴 주행 거리, 그리고 지속 가능한 배터리 기술이 핵심 요건으로 꼽힙니다. 현재 업계에서는 배터리 성능을 높이면서도 비용을 절감할 수 있는 방향으로 활발한 연구가 진행되고 있습니다. 특히, 배터리 셀의 화학적 조성과 다양한 형태의 배터리 구조를 연구하여 에너지 밀도를 높이고 전력 출력을 강화하는 동시에 제조 비용을 낮추는 기술 개발이 이루어지고 있습니다.

초고속 충전을 실현하려면 더 가볍고, 빠르며, 강력한 성능을 제공하는 전고체 배터리가 필요합니다. 펜실베이니아 주립대 연구진은 니켈 포일을 활용한 새로운 배터리 디자인을 개발했으며, 이를 통해 차량 배터리를 10분 이내에 완전 충전할 수 있는 기술을 선보였습니다. 이러한 혁신적인 기술들은 이제 상용화 단계로 접어들고 있으며, 향후 전기차 충전 속도를 획기적으로 단축할 것으로 기대됩니다.



향후 10년 동안 중앙집중식 전력 공급 방식에서 탈피하는 변화가 가속화될 것입니다. 기존의 전력망에 가해지는 부담을 줄이기 위해서는 V2G(Vehicle-to-Grid) 기능을 갖춘 배터리가 필수적입니다.

이를 위해서는 양방향 충전기(Bidirectional Charger)가 필요하며, 이 충전기는 전력 수요가 낮은 야간에는 전력망에서 전기를 충전하고, 수요가 급증하는 시간대에는 남는 전력을 다시 전력망에 공급하는 역할을 합니다. 이러한 에너지 저장 중심의 전력 운영 방식은 발전소 증설에 의존하는 대신, 전기차 배터리를 효율적으로 활용하여 전력 수급 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

재생 가능 에너지와 전력망 통합

재생 가능 에너지는 e-모빌리티 생태계를 지속 가능하게 운영하는 핵심 요소입니다. 전기차 보급이 확대될수록 전력망에 가해지는 부담이 커질 것이며, 만약 전기 생산을 위해 화석 연료를 계속 사용한다면 전기차의 친환경 효과가 탄소 배출로 상쇄될 수밖에 없습니다.

따라서, 전력 생산과 소비의 균형을 유지하고 지속 가능성 목표를 달성하기 위해서는 재생 가능 에너지를 적극적으로 도입하는 것이 필수적입니다. 태양광과 풍력 같은 분산형 에너지원의 통합은 탄소 배출을 줄이고, 에너지 생산을 중앙 집중 방식에서 분산 방식으로 전환하며, 전력망의 안정성을 높이는 데 기여할 것입니다.

테스트의 중요성

전기차 산업이 직면한 다양한 문제를 해결하려면 철저한 테스트 과정이 필수적입니다. 이에 따라, 디지털 트윈(Digital Twin) 기술이 설계 및 개발 주기를 단축하는 핵심 도구로 자리 잡고 있습니다.

정교한 전력 공급 장치는 산업 표준을 반영한 테스트 환경을 구축하여 다양한 장치를 시뮬레이션할 수 있도록 프로그래밍됩니다. 예를 들어, 전기차 또는 충전 장비를 실제와 유사한 조건에서 테스트함으로써, 상호운용성과 표준 준수 여부를 검증할 수 있습니다.

배터리의 경우, 디지털 트윈을 활용하면 다양한 환경과 사용 조건에서 성능을 시뮬레이션할 수 있으며, 이를 통해 배터리가 오작동하거나 과열되는 문제를 사전에 방지할 수 있습니다.

이러한 접근 방식은 신기술을 보다 철저하게 평가할 수 있도록 하며, 설계 프로세스를 가속화하는 효과를 제공합니다. 또한, 여러 개의 물리적 프로토타입을 제작할 필요성이 줄어들어 비용 절감 효과도 기대할 수 있습니다.

전기차 산업이 더 널리 보급되려면 실제 도로 주행 환경, 다양한 운전자 유형, 그리고 여러 기후 조건을 반영한 종합적인 테스트 과정이 필수적입니다. 이를 통해 전기차가 다양한 상황에서도 안정적으로 성능을 발휘할 수 있도록 보장해야 합니다.

e-모빌리티의 앞길은 여전히 험난하겠지만, 지속적인 혁신이 많은 장벽을 극복하는 열쇠입니다. 전기자동차로의 상용화는 모두에게 더 깨끗하고, 더 건강하며, 더 경제적인 미래를 만들어 줄 것이며, 이러한 기술 혁신은 매우 중요한 역할을 하게 될 것입니다.