전기차 급속 충전: 자동차 브랜드가 발표하는 최대 급속 충전 출력만으로는 전체 이야기를 알 수 없는 이유

얼마 전까지만 해도 전기차를 평가할 때 거의 전적으로 주행 가능 거리만 살펴봤습니다. 발표된 주행 거리가 길수록 장거리 여행에 더 잘 준비된 것처럼 보였죠. 하지만 현실은 장거리를 주행할 때 배터리에 담길 수 있는 에너지의 양만큼이나 정차 중 얼마나 빠르게 충전되는지가 중요하다는 것입니다. 여기서 직류 급속 충전이 중요한 역할을 합니다. 커피를 마시거나 잠시 쉬는 동안 수백 킬로미터의 주행 가능 거리를 추가할 수 있으니까요.

문제는 제조사가 발표하는 직류 최대 충전 출력, 즉 이른바 “급속 충전” 수치만으로는 자동차가 실제로 어떻게 충전되는지를 설명할 수 없다는 것입니다. 최대 250 kW의 충전 출력 피크를 기록하는 모델이 200 kW로 제한된 다른 모델보다 배터리를 충전하는 데 항상 시간이 적게 걸리는 것은 아닙니다. 그 출력을 얼마나 오래 유지하는지, 배터리 용량은 얼마인지, 배터리 온도는 어떤지, 연결 시점의 충전 상태는 어떤지, 그리고 차량이 1킬로미터를 주행하는 데 소비하는 에너지가 얼마인지에 따라 모든 것이 달라집니다.

따라서 어떤 전기차가 더 효율적으로 장거리를 달릴 수 있는지 알아보려면 사양표에 적힌 큰 숫자 너머를 훨씬 더 살펴봐야 합니다.

급속 충전이란 정확히 무엇인가?

전기차 배터리는 직류 형태로 에너지를 저장합니다. 집이나 교류 충전 지점에서 충전할 때 전기는 차량에 탑재된 온보드 충전기를 거쳐야 하며, 이 충전기가 교류를 직류로 변환한 후 배터리로 보냅니다. 급속 충전기에서는 이 변환 과정이 차량 외부에서 이루어집니다. 충전 스탠드가 배터리에 직류를 직접 공급하므로 온보드 충전기의 출력 제한을 피할 수 있습니다.

그래서 같은 차량이 교류에서는 예를 들어 11 kW를, 직류에서는 150, 250 또는 300 kW 이상을 수용할 수 있습니다. 흔히 혼동되는 두 단위를 구별하는 것이 중요합니다.

• 킬로와트(kW)는 출력을 나타내며, 즉 충전이 이루어지는 순간 속도를 의미합니다.
• 킬로와트시(kWh)는 에너지를 나타내며, 즉 배터리가 저장할 수 있는 양 또는 충전 중에 추가된 양을 의미합니다.

이것은 중요합니다. 가용 용량이 100 kWh인 배터리가 반드시 100 kW 충전 스탠드에서 1시간 만에 충전되는 것은 아니기 때문입니다. 이 간단한 나눗셈은 차량이 처음부터 끝까지 100 kW를 일정하게 받을 때만 성립하는데, 충전 곡선과 과정상의 손실 때문에 실제로는 그렇지 않습니다. 실제 충전 시간은 배터리의 초기 상태, 용량, 차량이 수용할 수 있는 출력, 그리고 충전소가 공급할 수 있는 출력에 따라 달라집니다.

400볼트 플랫폼과 800볼트 플랫폼의 차이는 무엇인가?

최근 출시된 대부분의 전기차는 약 400볼트 시스템을 사용했습니다. 이 구조는 여전히 흔하며 높은 충전 출력에 도달할 수 있으므로 구식 기술로 볼 필요는 없습니다. 그러나 점점 더 많은 제조사가 고성능 모델에 800볼트 시스템을 채택하고 있습니다.

전력은 단순화하면 전압과 전류의 곱으로 표현됩니다: 전력 = 전압 × 전류. 400볼트 시스템으로 200 kW를 공급하려면 이론적으로 약 500암페어가 필요합니다. 800볼트에서는 약 절반의 전류로 같은 출력에 도달할 수 있습니다.

장점은 무엇일까요? 전류를 낮추면 케이블, 커넥터 및 전자 부품에서 저항으로 인한 손실과 열 발생이 줄어듭니다. 또한 더 가벼운 도체를 사용하거나 전류를 급격히 높이지 않고 출력을 높일 수 있습니다. 적절한 조건에서 800볼트 구조는 매우 높은 출력에 도달하고 유지하기 쉽게 해줍니다. 예를 들어 smart 5는 100 kWh 배터리로 최대 400 kW에 도달할 수 있으며 18분 만에 10%에서 80%까지 충전됩니다.

하지만 주의하세요. 이것이 모든 800볼트 차량이 항상 400볼트 기술을 가진 차량보다 더 잘 충전된다는 뜻은 아닙니다.

800볼트라고 해서 좋은 급속 충전이 보장되는 것은 아니다

전기 아키텍처는 전체 구성의 한 부분일 뿐입니다. 셀의 화학 조성과 설계, 전류 수용 능력, 냉각 시스템, 배터리 관리 전자 장치의 프로그래밍, 충전기의 출력도 영향을 미칩니다. 매우 경쟁력 있는 충전 곡선을 가진 400볼트 차량도 있고, 이론상의 잠재력을 완전히 활용하지 못하는 800볼트 차량도 있습니다.

800볼트 차량을 출력 전압이 더 낮은 충전소에 연결했을 때 어떤 일이 일어나는지도 확인해야 합니다. 일부 차량은 전압을 조정하는 승압 변환기를 갖추고 있고, 다른 차량은 구동 시스템의 특정 부품을 이 기능에 사용합니다. 이러한 조건에서 사용 가능한 출력은 800볼트 호환 충전기에서 얻는 출력보다 낮을 수 있습니다.

최신 시스템에서는 400볼트와 800볼트 충전 스탠드 모두에서 효율적으로 충전할 수 있도록 내부 구성을 바꿀 수 있는 배터리도 개발되고 있습니다. 예를 들어 뱅크 차징(bank charging) 기술은 Audi가 Q6 e-tron에서 처음 선보인 것으로, 800볼트 배터리를 같은 전압의 두 개의 부분 배터리로 나누어 추가 전압 변환기 없이 병렬로 충전합니다. 목표는 운전자가 큰 불이익 없이 다양한 충전 인프라를 활용할 수 있도록 하는 것입니다. 따라서 전압은 차량의 잠재력을 짐작하게 해주지만, 실제 조건에서 에너지를 회복하는 데 얼마나 걸리는지라는 실제로 유용한 데이터를 대체하지는 못합니다. 그리고 바로 그 점을 살펴봐야 합니다.

충전 곡선이란 무엇인가?

제조사가 어떤 차량이 250 kW로 충전된다고 발표할 때, 이는 특정 조건에서 도달할 수 있는 최대 출력을 나타냅니다. 충전 세션 내내 250 kW를 받는다는 의미는 아닙니다. 이 피크는 몇 분 동안 유지될 수도 있고, 잠깐만 나타날 수도 있으며, 배터리가 적절한 상태가 아니라면 전혀 도달하지 못할 수도 있습니다.

두 대의 차량을 상상해 봅시다. 첫 번째 차량은 250 kW에 도달하지만 빠르게 출력을 낮춰 150 kW 아래로 떨어뜨립니다. 두 번째 차량은 최대 200 kW이지만 과정의 훨씬 더 긴 부분 동안 그 수치 근처를 유지합니다. 첫 번째 차량이 더 높은 출력을 발표하더라도 두 번째 차량이 10%에서 80%까지 충전을 더 빨리 끝낼 수 있습니다. 그래서 최대 피크보다 해당 구간에 걸리는 총 시간과 평균 충전 출력이 훨씬 더 대표적인 지표가 됩니다.

충전 곡선은 배터리가 수용하는 출력이 충전 상태(SOC, State of Charge의 약자)가 증가함에 따라 어떻게 변하는지를 나타냅니다. 일반적으로 배터리가 거의 비어 있는 상태로 연결된 차량은 보통 중간 정도의 출력으로 충전을 시작하고, 온도가 안정되면 최대치에 도달하여 어느 정도 넓은 구간 동안 높은 출력을 유지합니다. 그 후 점차 출력을 줄이기 시작합니다. 정확한 형태는 차량마다 크게 다릅니다. 어떤 곡선은 안정적인 평탄 구간을 보이고, 어떤 곡선은 단계적으로 떨어지며, 일부 모델에서는 초기 피크 이후 출력이 거의 계속 떨어집니다.

배터리 셀이 상대적으로 방전된 상태일 때 배터리는 더 많은 에너지를 받을 수 있습니다. 셀이 최대 전압에 가까워지면, 시스템은 온도를 관리하고 손상을 방지하며 셀 간 충전 수준을 균형 있게 맞추기 위해 전류를 줄여야 합니다.

많은 차량에서 가장 빠른 충전 구간은 대략 10%에서 60% 사이에 있습니다. 그 이후부터 출력이 줄어들기 시작하며, 80% 부근에서는 속도 저하가 훨씬 뚜렷해집니다. 그래서 많은 제조사는 충전을 위해 정차한 후 여행을 재개하는 기준으로 80%를 사용합니다. 그 수준을 넘으면 충전 속도가 상당히 떨어지기 때문입니다. 이것이 제조사가 0에서 100%까지 완충하는 데 걸리는 시간이 아니라 10%에서 80%까지 걸리는 시간을 발표하는 경우가 많은 이유를 설명합니다.

왜 차량은 항상 최대 출력으로 충전되지 않는가?

차량과 충전기는 배터리가 받을 수 있는 전압과 전류를 지속적으로 협의합니다. 차량은 매 순간 안전하다고 판단하는 출력을 요청하고, 충전 스탠드는 자체 한계 내에서 가능한 최대 출력을 공급합니다. 관여하는 주요 요인은 다음과 같습니다.

• 충전 상태: 배터리가 10%일 때는 80이나 90%에 있는 배터리보다 훨씬 더 많은 출력을 받아들일 수 있는 경우가 많습니다. 가득 차는 지점에 가까울수록 과정은 더 천천히 이루어져야 합니다. 이는 넘치지 않게 그릇을 채우는 것과 비슷합니다. 처음에는 수도꼭지를 활짝 열 수 있지만, 거의 다 찼을 때는 유량을 줄여야 합니다.
• 배터리 온도: 리튬이온 배터리에는 급속 충전을 가장 잘 받아들이는 열적 범위가 있습니다. 너무 차가우면 내부 저항이 증가하고, 음극에 금속 리튬이 석출되는 것과 같은 유해한 현상을 막기 위해 시스템이 전류를 제한합니다. 너무 뜨거워도 셀을 보호하고 빠른 열화를 막기 위해 출력이 줄어듭니다.
• 사전 조절(프리컨디셔닝): 장거리 주행에 더 잘 준비된 차량은 충전기에 도착하기 전에 배터리를 가열하거나 냉각할 수 있습니다. 많은 경우 내비게이션에서 급속 충전소를 목적지로 선택하기만 하면 됩니다. 차량은 연결하는 순간에 최적 온도에 도달하도록 언제 조절을 시작해야 하는지 계산합니다. 이 기능은 특히 겨울철에 중요합니다. 250 kW에 도달할 수 있는 차량이라도 밤새 저온에 노출된 후 사전 조절 없이 연결하면 그 수치에 훨씬 못 미칠 수 있습니다. 모든 모델이 같은 방식으로 작동하지는 않습니다. 어떤 차량은 내비게이션에 충전소를 입력하면 자동으로 작동하고, 어떤 차량은 수동으로 작동시킬 수 있으며, 일부 차량에서는 사용할 수 없습니다. 구매 전에 확인하는 것이 좋습니다.
• 배터리 용량과 화학 조성: 대용량 배터리는 같은 퍼센트 구간에서 소용량 배터리보다 더 많은 에너지를 흡수할 수 있습니다. 가용 용량이 100 kWh인 배터리를 10%에서 80%까지 충전하면 약 70 kWh가 들어가고, 60 kWh 배터리에서는 약 42 kWh가 들어갑니다. 따라서 용량을 고려하지 않고 시간만 비교하는 것으로는 충분하지 않습니다. 두 차량이 20분이 걸리더라도 첫 번째 차량은 잠재적으로 훨씬 더 많은 주행 거리를 추가했을 것입니다. 화학 조성도 영향을 미칩니다. NMC와 LFP 배터리는 에너지 밀도, 열 반응, 수명 및 허용 출력에서 서로 다른 특성을 보입니다. 하지만 어떤 화학 조성이 항상 다른 것보다 더 잘 충전된다고 일반화할 수는 없습니다. 이는 셀의 구체적인 설계와 전체 시스템에 따라 달라집니다.
• 충전기의 한계: 350 kW 충전 스탠드가 차량이 그 출력을 받는다는 것을 보장하지는 않습니다. 충전기는 최대 전압, 케이블이 허용하는 전류, 또는 설비에서 사용 가능한 총 출력에 의해 제한될 수 있습니다. 일부 충전소는 두 개 이상의 커넥터가 출력을 나눠 씁니다. 다른 차량이 도착하면 각 차량에 할당되는 에너지가 줄어들 수 있습니다. 충전기에는 열 보호 시스템도 있습니다. 매우 더운 날이나 고출력 충전을 여러 번 연속으로 한 후에는 과열을 막기 위해 충전기가 일시적으로 전류를 줄일 수 있습니다. 당연히 최종 속도는 가장 느린 요소에 의해 제한됩니다. 250 kW를 수용하는 차량도 100 kW 충전기에 연결하면 최대 100 kW로만 충전됩니다.

장거리 여행을 위해 전기차를 살 때 살펴볼 것

최대 충전 출력은 여전히 중요한 데이터이지만, 다른 매개변수와 함께 분석해야 합니다.

• 실제 10%에서 80%까지 걸리는 시간: 차량을 비교하기 위한 가장 간단한 기준입니다. 제조사가 공인한 수치만이 아니라 서로 다른 온도에서 진행된 독립 시험의 결과라면 더욱 좋습니다.
• 평균 충전 출력: 피크가 유지되는지 아니면 단지 형식적인 수치인지를 알려줍니다. 추가된 에너지를 소요 시간으로 나누어 구합니다. 예를 들어 차량이 20분 동안 56 kWh를 추가했다면, 그 구간의 평균은 약 168 kW이며, 순간적으로는 250 kW에 도달했을 수도 있습니다.
• 분당 회복되는 주행 거리: 장거리 여행에서는 이 데이터가 kW보다 더 유용할 수 있습니다. 17 kWh/100 km를 소비하는 매우 효율적인 차량은 25 kWh/100 km가 필요한 SUV보다 추가된 킬로와트시당 더 많은 거리를 회복합니다. 후자가 더 높은 출력으로 충전하더라도 비슷하거나 더 낮은 속도로 거리를 회복할 수 있습니다. 따라서 급속 충전과 효율은 함께 분석해야 합니다.
• 고속도로 실제 소비량: WLTP 주행 가능 거리는 여러 시나리오를 혼합하므로 시속 120 km로 달릴 때 실제로 일어날 일을 반드시 나타내지는 않습니다. 여행을 계획하려면 특히 겨울철에 고속도로에서의 실제 주행 가능 거리를 아는 것이 중요합니다. 차량은 WLTP 600 km를 발표하더라도, 공기역학이나 고속에서의 소비가 더 나쁘면 WLTP 520 km인 다른 차량보다 더 일찍 정차해야 할 수 있습니다.
• 사전 조절 기능의 존재: 자동이어야 하고, 활성화하기 쉬워야 하며, 내비게이션의 충전소 데이터베이스와 호환되어야 합니다. 외부 앱으로 여행을 계획할 때 배터리를 미리 준비할 수 있도록 수동 활성화 기능도 유용합니다.
• 경로 계획기: 좋은 경로 계획기는 어디서 정차해야 하는지, 어떤 비율로 도착하게 되는지, 얼마나 충전해야 하는지, 다음 정차지나 목적지에 어떤 수준으로 도착하는지를 계산합니다. 더 발전된 시스템은 충전기의 출력, 가용성 및 운영사도 고려하며, 주행 중 소비가 바뀌면 경로를 조정하기도 합니다.
• 연속 충전 시의 성능: 장거리 여행에서는 같은 날 여러 번 급속 충전이 필요할 수 있습니다. 열 시스템이 부족하면 누적된 배터리 가열 때문에 두 번째나 세 번째 세션이 더 느려질 수 있습니다.
• 인프라와의 호환성: 차량이 수용하는 최대 전압, 400볼트 충전기에서의 동작, 커넥터 유형, 그리고 추가 앱이나 카드 없이 차량을 자동으로 식별하고 결제를 처리하는 Plug & Charge 기능 제공 여부도 확인하는 것이 좋습니다.

배터리가 적은 상태로 충전소에 도착하는 것이 좋은가?

일반적으로 그렇습니다. 배터리가 적절한 온도라면 대개 낮은 상태로 도착했을 때 더 빨리 충전됩니다. 8이나 10%로 충전소에 들어가면 곡선의 가장 강력한 구간을 활용할 수 있습니다. 35나 40%로 도착하면 출력이 떨어지기 시작하는 구간에 도달하기 전의 여유가 줄어듭니다. 정차 시간은 더 짧을 수 있지만, 추가되는 에너지가 적고 아마 다시 더 일찍 정차해야 할 것입니다.

물론 여유 없이 한계까지 쓰는 것은 바람직하지 않습니다. 도착 시 잔량 비율은 충전소의 신뢰성, 대체 충전기의 존재, 기상 조건 및 운전자의 경험에 맞춰야 합니다. 올바르게 설정된 경로 계획기는 8이나 10%의 안전 여유로 작동할 수 있지만, 인프라가 부족한 지역에서는 더 많이 남겨두는 것이 신중할 수 있습니다.

100%까지 충전하는 것이 좋은가, 아니면 두 번의 짧은 정차가 좋은가?

대부분의 여행에서는 100%에 도달할 때까지 연결된 채로 있는 것보다 곡선의 유리한 구간 안에서 짧게 자주 정차하는 것이 더 빠릅니다.

차량이 10%에서 70%까지 매우 빠르게 충전되고, 그 지점부터 출력이 줄어들며 80% 이상에서는 특히 느려진다고 가정해 봅시다. 마지막 20%포인트는 처음 50 또는 60%포인트를 채우는 데 거의 맞먹는 시간이 걸릴 수 있습니다. 이 경우 다음이 더 효율적입니다.

1. 배터리가 적을 때 도착하기.
2. 여유를 두고 다음 충전소에 도달하는 데 필요한 에너지만 충전하기.
3. 출력이 분명히 떨어졌을 때 여행을 재개하기.
4. 다음 정차지에서 같은 과정을 반복하기.

10에서 60 또는 70%까지 두 번 충전하면, 100%까지 길게 충전하는 것보다 같은 거리를 더 짧은 시간에 주행할 수 있습니다. 또한 일찍 분리하면 충전기를 다른 사용자가 쓸 수 있게 되고, 운영사가 시간제 요금이나 점유 페널티를 적용하는 경우 킬로미터당 회복 비용이 덜 유리한 구간에 머무는 것도 피할 수 있습니다.

100%까지 충전하는 것이 의미가 있을 때

보편적인 규칙은 없습니다. 특정 상황에서는 충전을 끝까지 하는 것이 합리적일 수 있습니다.

• 여행을 시작하기 전에 집에서 천천히 충전할 때.
• 다음 구간이 가용 주행 거리를 넘을 때.
• 이후의 충전 인프라가 부족하거나 신뢰할 수 없을 때.
• 어차피 일어났을 긴 정차 중일 때.
• 목적지에 도착했을 때, 차량을 곧 많이 사용하지 않을 예정이라면.
• 충전기가 특히 유리한 가격을 제공하고 기다리는 다른 사용자가 없을 때.

핵심은 출발 전에 100%에 도달하는 것과 여행 도중에 도달하는 것을 구별하는 것입니다. 집에서는 마지막 구간이 느린 것이 그다지 중요하지 않은데, 차량이 몇 시간 동안 연결된 채로 있을 수 있기 때문입니다. 도로변 충전기에서는 1분 1분이 중요하며, 배터리를 끝까지 채울 때까지 기다리는 것은 보통 이득이 되지 않습니다.

또한 리튬이온 배터리를 충전 상태가 매우 높은 상태로 오래 유지하면 열화를 촉진할 수 있다는 점도 고려해야 합니다. 일상적인 사용에서는 많은 제조사가 80% 부근의 한계를 설정하고, 100%는 여행이나 전체 주행 거리가 필요한 상황을 위해 남겨두라고 권장합니다. 정확한 영향은 각 브랜드가 적용한 화학 조성과 관리 방식에 따라 다릅니다.

가장 좋은 전략은 더 많이 충전하는 것이 아니라 필요한 만큼만 충전하는 것입니다

전기차로 하는 여행에서 최적의 정차는 항상 배터리를 80%로 남기는 것이 아닙니다. 때로는 55나 60%에 도달하는 것만으로 다음 충전기에 도착하기에 충분하며, 거기서 차량은 곡선의 빠른 구간을 다시 활용하게 됩니다. 경로 계획기는 바로 이 균형을 최적화하는 경우가 많습니다. 10분의 정차가 더 나은 위치에 있거나 출력이 더 높거나 사용 가능한 커넥터가 더 많은 충전소까지 계속 가기에 충분할 수 있습니다.

가장 빠른 전략은 보통 배터리를 충분히 채운 채로 집을 나서고, 첫 번째 충전소에는 낮은 잔량으로 도착하여 곡선의 가장 유리한 부분을 활용하며 짧은 충전을 여러 번 하는 것입니다. 하지만 사람의 요인도 작용합니다. 가족은 15분 두 번보다 식사를 위한 30분 정차를 선호할 수 있습니다. 다른 운전자는 차량이 계속 갈 수 있더라도 두 시간마다 쉬는 것을 반길 수 있습니다. 그리고 절대적인 여행 시간보다 편의시설, 화장실, 식당이 있는 충전소를 우선시하는 사람도 있을 것입니다.

가장 좋은 급속 충전은 반드시 가장 높은 피크 출력을 기록하는 것이 아니라, 평소의 휴식을 바꾸지 않고 여정에 자연스럽게 통합되는 것입니다.

급속 충전을 비교하기 위한 다섯 가지 핵심 데이터

장거리 여행용 전기차를 고를 때는 다음 순서로 살펴보는 것이 좋습니다.

1. 고속도로 실제 소비량과 정차 사이의 가용 주행 거리.
2. 실제 조건에서의 10%에서 80%까지 충전 시간.
3. 최대 피크뿐만 아니라 곡선의 형태와 평균 출력.
4. 사전 조절과 경로 계획기의 품질.
5. 추위, 더위 및 연속 급속 충전 시의 동작.

800볼트 구조는 특히 대용량 배터리와 매우 높은 출력을 갖춘 차량에서 중요한 기술적 장점입니다. 그러나 이것이 자동으로 좋은 장거리 주행 차량이 되는 것은 아닙니다. 효율적이고 적당한 크기의 배터리, 안정적인 곡선, 잘 보정된 열 시스템을 갖춘 전기차는 공인 주행 거리가 더 길고 최대 출력이 더 높은 다른 차량보다 도로에서 더 빠를 수 있습니다.

결론은 간단합니다. 전기차를 살 때는 단지 몇 kW로 충전하는지만 물을 것이 아니라, 우리가 정차해 있기로 한 몇 분 동안 몇 킬로미터를 회복할 수 있는지를 물어야 합니다. 여행할 때 결국 차이를 만드는 것은 바로 그 수치입니다.