운송 수단으로 전기 자동차(EV)를 사용하는 것의 매력은 영리한 홍보와 확실한 사실 모두에 기반을 두고 있습니다. EV는 지난 10년 동안 상당히 빠른 변화를 거쳤습니다. 업계의 투자, 연구 개발, 그리고 창의적인 마케팅은 EV를 공학적 호기심의 대상에서 잠재적인 환경 챔피언으로, 그리고 어쩌면 현명한 소비자 선택으로까지 끌어올렸습니다. 

저희는 2023년 3월 블로그에서 EV 분야의 몇 가지 개발 과제에 대해 다룬 바 있으며, 해당 글은 이 사이트에서 읽으실 수 있습니다. 그러나 여전히 사실인 것은, 유능한 엔지니어들의 노력 덕분에 EV가 여러 가지 강점을 갖추고 있다는 점입니다. 여기에는 석유 수요 감소, 대기 오염 감소, 차량 유지보수 비용 절감 등이 포함됩니다. 하지만 문제는 잠재 소비자들이 EV 판매 약속을 실제로 받아들이고 있는지, 그렇지 않다면 판매를 더 빠르게 끌어올리기 위해 엔지니어링 분야에서 무엇을 해야 하는지입니다. 

수요 현황

최근 운송 수단 전동화에 대한 관심은 소매 연료 비용 상승, 내연기관(ICE) 배출가스에 대한 관심 증가, ICE 차량을 단계적으로 폐지하려는 각 주 및 국가의 규제, 그리고 소비자의 EV 구매에 대한 정부 보조금 등 여러 요인에 의해 촉진되었습니다. 이로 인해 새로운 EV 제조업체와 모델이 급증했습니다. Kelly Blue Book에 따르면 2023년에는 약 33종의 신형 EV 모델이 출시되었으며, 2024년에는 50종의 신규 또는 개선된 모델이 출시될 예정입니다.

EV 엔지니어링 업계 역시 EV 기술 개선에 자원을 집중함으로써 이에 대응해 왔습니다. 그러나 다양한 이유로 인해 소비자의 EV 구매 결정 증가세는 여전히 비교적 더딘 편입니다. 주된 이유는 가격과 주행거리로 요약됩니다. 

무엇이 바뀌어야 하는가

Cox Automotive의 최근 설문조사에 따르면, EV의 가격 부담 이 소비자들이 EV 구매를 망설이는 가장 큰 이유입니다. Cox에 따르면 2023년 5월 기준 신형 ICE 차량의 평균 가격은 48,528달러였던 반면, 이에 상응하는 신형 EV의 가격은 55,488달러로 약 14%의 가격 프리미엄이 붙었습니다.   

EV 가격이 하락 추세를 보이고 있지만, 정부의 구매 보조금을 폐지하려는 압력은 이러한 하락 추세의 매력을 둔화시킬 것입니다. 역사를 돌아보면 차량 가격 책정은 엔지니어링보다는 제조상의 문제에 가깝지만, 생산 효율성은 효율적인 제조에 적합한 엔지니어링 설계에 의해 좌우되는 경우가 많습니다. 말할 필요도 없이, 수많은 신규 EV 모델로 인한 경쟁 심화 역시 이러한 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

주행거리에 대한 우려

소비자의 또 다른 우려 사항은 EV 주행거리, 즉 완전 충전 시 주행할 수 있는 평균 거리입니다. 미국 에너지부에 따르면 2021년 ICE 차량의 중간값 주행거리는 413마일이었습니다. EV의 중간값 충전 주행거리는 217마일이었습니다. 이러한 주행거리 차이는 대체로 현재의 배터리 기술에 기인하지만, 소비자는 이와 더불어 미국 내외에서 여전히 광범위한 EV 충전 인프라가 부족하다는 점도 함께 고려해야 합니다. 

ICE 차량 대비 EV의 이러한 주행 가능 거리 차이는 소비자에게 이른바 “주행거리 불안감”을 유발하는데, 이는 제조사들의 과장된 주행거리 예측과 더불어 주행거리를 감소시키는 기타 엔지니어링 관련 요인들에서 비롯됩니다. 이러한 추가 요인에는 추운 날씨에서의 배터리 성능 저하, 배터리 노후화에 따른 충전 용량 저하, 그리고 다양한 운전 스타일과 지형의 영향 등이 포함됩니다. 

짐작하시다시피, 이러한 주행거리 관련 우려 각각에 대한 해결책은 창의적인 엔지니어링, 신기술, 그리고 확장된 충전 네트워크의 조합에 달려 있습니다.   

배터리 기술 발전

주행거리에 대한 우려는 우리를 소비자가 요구하는 배터리 기술 개선으로 이끕니다. 충전식 배터리 화학 기술은 초창기 니켈카드뮴(NiCAD) 설계 이후 크게 발전해 왔으며, 현재의 리튬이온 배터리를 넘어서고 있습니다. 주행거리 향상과 충전 시간 단축에 초점을 맞추면서, 현재 다양한 유망 기술들이 연구되고 있습니다. 여기에는 아연공기, 리튬공기, 리튬황, 리튬니켈코발트망간, 리튬인산철, 나트륨이온, 그리고 전고체 설계 등이 포함됩니다. 개발 활동은 크게 증가했지만, 배터리 기술을 양산 가능한 솔루션으로 전환하는 데에는 엔지니어링 시간과 재정적 투자가 필요할 것입니다.

 

그럼에도 불구하고, 새로운 배터리 설계에서의 흥미로운 발전과 주행거리 증가 및 충전 시간 단축을 실현하겠다는 그 약속은 거의 매일 뉴스에 오르내리고 있습니다. 도요타가 최근 발표한 전고체 배터리 관련 신기술에는 1회 충전당 700마일이 넘는 주행거리 전망이 포함되어 있습니다. 그러나 EV 판매의 문제는 이러한 약속이 향후 모델에서 실현될 수 있다 하더라도, 현재 딜러 재고에 있는 EV의 성능은 여전히 다소 실망스럽다는 점입니다. 소비자들의 전략은 지켜보자는 쪽인 것으로 보입니다.

충전 인프라 부족

더 나은 배터리 기술에 대한 필요성과 밀접하게 연관된 것은, 차량 충전 시간을 단축하기 위한 이용 가능한 충전소 수의 증가와 개선된 충전 기술 에 대한 동시적인 필요성입니다. 소비자의 주행거리 불안감은 1회 충전당 배터리 주행거리, 이용 가능한 충전소 간의 거리, 그리고 충전 시간의 산물입니다. 그리고 개인용 가정 충전소가 전체 충전 환경에서 하나의 요인이기는 하지만, 차량이 장거리 주행에 나섰을 때의 주행거리 불안감을 해소해 주지는 못합니다. 

미국 에너지부의 최근 보고서에 따르면, 현재 미국 전역에는 테슬라 전용이 아닌 공공 EV 충전 포트(일반 충전 및 급속 충전 포함)가 약 105,000개 있습니다. 이러한 포트의 28% 이상이 캘리포니아주에 위치해 있습니다. 이는 미국 석유협회가 추산한 145,000개의 이용 가능한 공공 주유소와 비교되는데, 각 주유소에는 일반적으로 몇 분이면 이용 가능한 다수의 주유기가 설치되어 있습니다. 

급속 충전 기술의 개발은 엔지니어링 과제이지만, 추가 충전 설비의 설치는 재정 및 표준화 문제에 해당합니다. 자금 조달은 민간과 공공 모두의 관심사이지만 본 논의의 범위에는 포함되지 않습니다. 

충전 기술, 장비, 네트워크의 표준화는 더디게 진행되고 있습니다. 현재 미국 에너지부에 등록된 충전 네트워크는 32개에 달합니다. 장비와 네트워크 모두를 단순화하는 것이 주행거리 문제 해결의 상당 부분을 차지할 수 있습니다.    

추가적인 요인들

지금까지의 논의에서는 소비자의 EV 구매 증가 속도를 더디게 만드는 주요 문제들을 다루었습니다. 그러나 아시다시피, 그 외에도 영향을 미치는 다른 요인들이 있습니다. 각 요인이 최종 EV 소비자에게 갖는 중요도에 대해서는 이견이 있을 수 있습니다. 하지만 이를 종합해 보면, 더 강력한 소비자 수용이 이루어지기에 앞서 EV가 개선해야 할 다양하고 광범위한 영역들이 드러납니다. 이러한 추가적인 문제들 중 일부는 다음과 같습니다.    

• 특히 배터리 교체 또는 수리에 드는 높은 수리 비용
• 가정용 충전 장비의 초기 비용
• 충전에 드는 전기 요금 
• 배터리 화학 물질에 대한 환경적 우려 
• 배터리에 필수적인 광물의 안전한 조달 
• 배터리 및 차량 재활용
• 배터리 과열
• EV의 재판매 가치
• 주(州) 정부의 유류세 상쇄 수수료

결론

EV는 운송 분야에서 ICE 엔진 사용에 따른 지속적인 문제들에 대한 실행 가능하고 매력적인 대안으로 남아 있습니다. 그러나 소비자의 EV 구매를 늘리기 위해서는, 일반 대중이 EV를 구매하고 사용하려는 의향을 높이기 위해 다른 요소들과 더불어 다루어야 할 “4대” 핵심 사항에 주의를 기울여야 할 것입니다.  

• 구매 가격 인하
• 배터리 1회 충전당 주행거리 개선
• 배터리 충전 시간 개선
• 공공 충전소 이용 가능성 확대

EV 및 이에 필요한 지원 네트워크의 엔지니어링 개발에 관여하고 계시거나, 이 시장을 겨냥한 제품을 설계하고 계시다면, 시장의 잠재력과 함께 아직 해결해야 할 많은 과제가 남아 있다는 사실을 잘 알고 계실 것입니다. 

CircuitBread.com의 동료들은 EV 기술 개선을 위한 여러분 자신의 탐구를 촉진하는 데 도움이 되도록, 전력 전자공학 의 기초에 관한 훌륭한 튜토리얼을 제공하고 있습니다. 또한 해당 웹사이트에서는 EV 기술에 관한 추가적인 논의도 제공하고 있으며, 다음에서 확인하실 수 있습니다. 전기 자동차의 수용을 확대하기 위해 필요한 것은 무엇인가? 언제나 그렇듯, 창의적인 엔지니어링이야말로 우아하고 효율적인 해결책입니다.