레오모터스 전기차 S65 시승기

레오모터스 전기차 S65 시승기


레오모터스의 개조 전기차 S65를 시승했다. 토요타 RAV4를 개조한 순수 전기자동차다. 기존 내연기관 차량의 엔진을 들어 내고 그 자리에 전기모터와 컨트롤러를 탑재하고 트렁크 공간 아래에 BMS(Battery Management System)와 배터리를 탑재하는 정도로 개조가 완료되는 간편 시스템이 특징이다. 작은 용량 고출력 배터리 기술의 노하우를 보유한 코캄과 공동 개발한 리튬 폴리머 배터리를 사용하고 있다. 중요한 것은 순수 전기차 보급의 핵심인 가격문제에서 가장 높은 경쟁력을 보유하고 있다는 점이다. 전기자동차의 현재와 레오모터스의 S65의 이모저모를 소개한다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
사진 / 원선웅 (글로벌오토뉴스 기자)

전기자동차가 뜨거운 이슈로 부상해 있다. 에너지 안보와 온실가스 감축이라는 시대적인 과제를 해결할 수 있는 대안으로 등장한 전기차가 미국 오바마 정부의 연비강화 강제화에 힘입어 실용화에 박차를 가하고 있다. 하지만 먼저 알아야 할 것이 있다. 전기자동차는 ‘Tank to Tire”의 관점에서는 완전무공해차인 것은 분명하다. 하지만 “Well to Tire(애너지 생산에서 주행까지)의 관점에서는 나라에 따라 더 많은 이산화탄소와 공해물질을 배출한다. 화력발전의 의존도가 높을 경우를 말하는 것이다.

그럼에도 전기자동차가 부상하는 것은 화력발전 외에도 수력, 원자력, 풍력 등 다양한 에너지원을 활용할 수 있다는 점에 있다. 수소연료전지차에 비해서는 상대적으로 낮은 가격대도 장점으로 꼽히고 있다.

현 시점에서 양산자동차회사 중 충전으로 동력을 확보하는 순수 전기차를 시판하고 있는 것은 일본 미쓰비시밖에 없다. 2010년에는 닛산을 필두로 많은 글로벌 자동차회사들이 전기차 출시를 예고하고 있다. 하지만 뉴스의 양에 비해 순수전기자동차의 시장 점유율에 대한 예측은 그다지 낙관적이지만은 않다. 일본 노무라 연구소의 경우 2015년에 약 50만대, 2020년에는 ‘불확실하지만’ 150만대 정도가 될 것이라고 예측하고 있다. 전 세계 자동차 판매 예측대수 1억대의 1.5%가 순수전기차가 될 것이라는 얘기이다.

양산차 메이커 중 가장 적극적인 자세를 보이고 있는 닛산자동차는 미국을 비롯해 세계적인 환경규제의 강화와 리튬 이온 배터리의 성능 향상이 전기차 시대를 앞당길 것으로 보고 있다. 특히 완전무공해차의 도입을 주도하고 있는 미국 캘리포니아주의 경우 ZEV(Zero Emisson Vehicle)규제에 의해 2009년에는 11%, 2012~2014년에는 12%의 환경대응차를 판매하지 않으면 안된다.

클린 디젤 기술에서 상대적으로 뒤진 업체들은 그런 규제에 대응해 총량 연비규제를 클리어하기 위한 수법으로 하이브리드카와 플러그인 하이브리드카, 전기차등을 일정 수준 이상 판매하지 않으면 안되게 되어 있는 것이다. 세계 최대 부품업체인 독일 보쉬는 2020년 전 세계 신차 판매대수 1억대 중 전기장치를 일부 또는 전부의 구동력으로 사용하는 자동차의 비율을 9%인 900만대로, A.T. 카니 같은 경우는 23%인 2,300만대에 달할 것이라고 전망하고 있다.

그러나 양산 메이커들은 본격적으로 뛰어들지는 않고 있다. 소극적인 이유는 순수전기차의 필요성에는 공감하지만 규모의 경제를 추구하는 입장에서 미래에 대한 확실한 보장이 없기 때문이다.

무엇보다 큰 걸림돌은 높은 배터리 가격이다. 티코만한 크기의 차인 미쓰비시 아이미브(i-MIEV)의 가격은 459만 9,000엔. 베이스차의 가격은 60만엔인 것에 비하면 현실성이 없다. 닛산자동차는 이런 점을 고려해 리스 판매를 우선으로 고려하는 전기차를 개발하고 있다. 리프(Leaf)의 배터리 용량 24kW, 항속거리 160km(lA4모드 기준)이상, 차량 가격은 C세그먼트 수준을 목표로 하고 있다.

동급 가솔린차의 일본 10.15모드 연비를 기준으로 한 달에 1,000km 주행한다고 가정했을 때 가솔린 주유에 드는 비용은 8,500엔 정도가 든다고 한다. 이에 대해 전기차인 리프의 전기요금은 1,500엔으로 약 1/5 수준. 리튬 이온 배터리 1kW 당 가격이 일본에서 10만엔 정도이므로 리프의 배터리 비용만으로 240만엔이 필요하다. 그래도 5년을 주행했을 경우 가솔린보다 비용이 더 드는데 그것을 정부차원의 보조금을 해결한다는 생각이다. 더불어 배터리의 생산량이 늘게 되면 비용도 줄어들 수 있다는 계산을 하고 있다. 이는 단순히 배터리에 들어가는 비용만을 상정한 것으로 충전시간 등 사용자의 불편은 고려하지 않은 것이다.

두 번째는 항속거리 문제다. 사실 최근 각종 모터쇼에 전기차를 발표하는 CEO들은 한결 같이 선진국의 하루 주행거리가 60km~80km라는 점을 전제로 하고 있다. 그래서 항속거리가 130~180km 정도의 전기자동차는 한정된 수요층이기는 하지만 실용성이 있다는 주장을 한다. BMW는 그런 점을 감안해 Mega City Vehicle이라는 프로젝트 하에 도심에서 사용될 수 있는 전기차 개발에 역점을 두고 있다. 하지만 현재 400~1,000km 정도 주행할 수 있는 내연기관에 비한다면 턱없이 부족하다.

세 번째는 자동차의 개발과 생산에 큰 지식이 없어도 전기로 구동하는 자동차로 개조하는데는 그다지 어려운 기술력이 필요로 하지 않다는 점이다. 현 시점에서 전기차를 생산하고 있는 벤처기업들의 면면을 보면 알 수 있다. 우리에게 알려진 업체로는 미국의 테슬라(Tesla)를 비롯해 AC프로펄전(Propulsion), 압테라(Aptera), 노르웨이의 Think 사 등이 있고 우리나라에 레오모터스를 비롯해 CT&T, 에이디텍스(AD-TECS) 등이 있다.

이들 업체들은 벤처기업이라는 특성 외에 완성차업체들의 자동차를 가져다가 전기차로 개조하고 있다. 긍정적일지 부정적일지 알 수 없지만 중국의 세계적인 배터리업체 BYD가 전기차 개발에 몰두하고 있는 것도 변수로 작용할 가능성이 크다. 사용상의 불편한 점을 제외하고라도 이들 배터리에 대한 성능, 즉 항속거리와 가격 문제의 해결은 생각보다 쉽지 않은 것이 현실이다.

역으로 말하면 전기차로 개조하거나 전기차를 개발하는데 들어가는 배터리의 가격이 현실적이 되고 항속거리가 획기적으로 늘어난다면 달라질 수 있다는 얘기이다. 다시 말해 소비자들이 가솔린차보다 더 경제적이라고 생각하게 되면 전기차의 수요는 가속화될 가능성이 있다는 얘기가 된다.

네 번째로 사용 단계에서도 배터리 충전을 위한 시간이 해결되어야 한다. 가정용 전원으로 플러그만 꽂으면 충전이 가능하지만 8시간~13시간 가량이 소요된다. 이렇게 해서는 보급 확대가 어렵다. 급속 충전을 위해서는 별도의 설비가 필요하다. 가정용 전원이 아닌 삼상전기를 사용하는 급속충전시설이 있어야 한다. 그렇게 해도 30분 이상의 시간이 소요된다. 이 정도의 불편을 감수할만한 메리트가 있다면 소비자들은 움직일 수도 있을 것이다.

한국의 경우는 여기에 아직까지 완성되지 않은 제도적인 문제도 있다. 국토해양부가 근거리 전기차에 대해 도로 주행을 허용하는 `자동차관리법` 개정안을 2010년 3월부터 시행하겠다고 밝혀 그나마 전기차 제조업체에게는 좋은 기회로 여겨지고 있다.

레오모터스 전기차 기술의 핵 리튬 폴리머 배터리와 BMS

국내에는 에이디텍스와 CT&T , 그리고 오늘 시승하는 S65를 개발한 레오모터스 등의 전기자동차 제조업체가 있다. 각기 나름대로의 기술력을 바탕으로 이미 시판하거나 또는 시판을 준비 중에 있다.

그 중 레오모터스는 리튬 폴리머 배터리와 BMS(Battery Management System)에서 월등한 기술력을 바탕으로 전기차 사업을 주도하고 있는 업체다. 레오모터스는 일본 자동차부품상사 글로벌커머스와 함께 중고 버스를 전기차로 바꾸는 개조 키트를 일본 시장에 수출하기로 되어 있다. 레오는 현대자동차의 24인승 버스를 고속 전기차로 개조해 시속 110㎞로 도로주행시험에 성공한 바 있다.

현재 전기차에 사용되고 있는 배터리는 산업용 납 2차전지부터 니켈 수소, 리튬 이온, 리튬 이온 폴리머 등이 있다. 순수 전기자동차의 상용화를 위해서는 출력밀도가 높은 니켈수소보다는 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 배터리가 필수요소로 여겨지고 있다.

그러나 리튬 이온 배터리는 배터리 셀에 전해액을 사용하기 때문에 열에 약하다. 그래서 휴대폰에 사용되는 리튬 이온 배터리의 폭발 위험성에 대해 논란이 있는 것이다. 레오모터스는 그런 점을 극복한 리튬 폴리머 배터리를 사용하고 있다. 액체 대신 겔 타입의 전해질이 사용되는 것으로 안전성면에서 월등하다. 레오모터스는 배터리 셀을 코캄으로부터 공급받아 배터리 팩은 자체적으로 개발하는 시스템을 채용하고 있다. 현대자동차도 LG화학과 리튬 폴리머 배터리를 개발한다고 발표했으나 기술적인 문제로 아직 진전이 이루어지지 않는 것으로 알려졌다.

전기차의 안정성과 실용화에 키라고 할 수 있는 BMS의 기술은 레오모터스가 세계 특허 6개를 출원한 것으로 리튬 폴리머 배터리와 함께 가장 뚜렷하게 차별화되는 기술이다. 기존에는 PCM(Power Controle Management)을 사용해 일정 볼트 이상 충전이 되지 않고 또 일정 수준 이하로 방전이 되지 않게 하는 전압 안정장치의 개념이 강했다.

이에 반해 레오모터스의 BMS는 셀 밸런싱에서 우위를 보이고 있다. 레오모터스의 배터리팩은 3.7V 전후의 배터리 셀 80~100개 정도가 하나의 팩을 이루게 된다. 참고로 테슬라가 사용하는 전지팩 내부에는 621개의 셀을 하나의 모듈로 해 모두 11개의 모듈(6,831셀)로 구성한다. 5A(암페어)셀을 사용하며 용량은 53kWh다.

레오모터스의 배터리는 배터리 셀의 수량을 1/10로 줄여 중량과 부피를 줄인 것도 포인트다. 100A 짜리 80개의 셀만을 사용한다. 여기에서 테슬라 등에서 사용하는 배터리셀과의 기술력 차이가 크게 난다. 코캄으로부터 공급받는 이 셀 기술을 바탕으로 완성된 배터리 팩은 또 레오모터스가 개발한 바로 그 BMS에 의해 제어된다.

배터리 셀의 용량이 나라와 업체에 따라 다르지만 레오모터스의 경우는 2.7V에서 4.2V의 전 영역을 커버한다고 한다. 밸런싱 범위는 0.05가 보통인데 레오모터스의 BMS는 0.01V까지 제어가 가능하다는 것이 핵심이다. 이는 배터리의 소모를 최소화할 수 있는 중요한 기술이다.

문제는 가격과 항속거리다.

오늘 시승하는 토요타 RAV4를 베이스로 개발된 S65의 경우 30kW의 전기모터와 12kW의 배터리가 탑재되어 있다. BMS와 함께 모두 레오모터스 자체 개발에 의한 것이다. 여기에 LS산전으로부터 컨트롤러를 공급받는다. 파워트레인의 냉각은 수냉식. 이들 부품을 가지고 가솔린 엔진을 들어 내고 전기차로 개조하는데 드는 비용은 약 1,700만원 가량. 이 시스템으로 가능한 항속거리는 100km. 물론 원하면 배터리와 전기모터의 용량은 얼마든지 늘일 수 있다. 배터리를 두 배로 늘이면 그만큼 항속거리도 증가한다.

배터리의 국제 가격은 현재 wh 당 1달러 정도. 그래서 30kW 용량의 배터리를 사용하려면 배터리 가격만 3,000만원 가량이 필요하다. 레오모터스의 배터리는 그 2/3 인 2,000만원까지 낮춘 상태. 앞으로 이를 더욱 낮추어 경쟁력을 확보한다는 방침이다.

당장에는 수치상으로만 본다면 정부의 보조금 등의 지원이 없다면 초기에 개인 유저가 접근하기에는 쉽지 않은 비용이다. 때문에 레오모터스는 택배회사라든가 우체국 등 일정거리의 운행을 하는 경우를 대상으로 마케팅을 하고 있다. 한 택배회사와의 조사에서 하루 평균 70km 정도를 주행하는 것으로 나타났는데 전기차로 개조했을 경우 유류비가 1/10수준으로 떨어졌다고 한다. 이 때문에 일본 우정국에서 레오모터스에 의뢰해 닛산자동차의 미니밴을 개조해 실험 운행을 하고 있다고 한다.

또 하나는 충전에 관한 것이다. 인프라도 필요하지만 충전에 걸리는 시간이 소비자들에게는 걸림돌이 될 수도 있다. 레오모터스가 개발한 차량의 경우 일반 가정에서도 3,300원이면 충전할 수 있다. 가솔린 가격의 1/10 수준으로 해결이 가능하다. 대신 충전하는데 걸리는 시간이 7시간 정도로 길다. 물론 레오모터스와 카이스트가 공동개발한 삼상전기를 사용하는 급속충전기로 충전하면 10분만에 완전 충전이 된다.

충전과 비용면에서 핸디캡이 있지만 내연기관 엔진을 사용하는 자동차에서 했던 메인터넌스가 없어진다는 장점이 있다. 엔진오일을 교환한다거나 하는 소소한 관리가 필요없다는 것이다.

레오 S65, 일상 주행에서 실용성 충분

일단은 S65라고 명명된 개조 전기차의 스티어링 휠을 잡아 보았다. 차체 외부에 전기자동차라고 하는 글자 외에는 베이스 모델과 다른 점은 없다. 엔진 룸을 열면 컨트롤러와 그 아래 전기모터가 보인다. 공간이 많이 남는다. 전기모터는 수동변속기와 직결되어 있다. 디지털 수온계가 특이하다. 에어컨을 사용하지 않는 계절이라 컴프레서 벨트를 풀어 놓았다. 배터리와 BMS는 트렁크 공간쪽에 탑재된다. 주유구를 열면 가정용 전원과 급속충전용 전원을 위한 플러그 삽입구가 나타난다.

차 안으로 들어가서도 베이스 모델과 다른 점은 거의 없다. 시동키를 돌리고 스티어링 휠 칼럼 왼쪽에 있는 컨트롤러 버튼을 누르는 것만으로 주행 준비는 끝이다. 특이한 점인 변속기가 수동이라는 것. 통상적으로 전기자동차는 감속기를 사용한다. 전기모터의 강력한 회전을 그대로 바퀴에 전달할 수 없어 그 회전수를 낮추어 주는 기능을 하는 것이다.

레오모터스는 수동변속기를 채용하고 있다. 감속기와 자동변속기, CVT, 수동변속기 모두 조합이 가능하지만 효율성의 차이 때문에 수동변속기를 조합했다고 한다. 동력의 손실이 감속기의 경우 -25%, AT는 -8~24%, MT는 -8~-10% 가량이 나왔다고 한다. 트랜스미션과 기어박스가 직결되어 있다.

오랜만에 수동변속기를, 그것도 전기차에서 경험하니 새롭다. 항상 수동변속기가 사라져가는 상황에 대해 아쉬워했는데 전기차로 접하고 보니 그 역시 특별한 느낌이 든다. 클러치를 밟고 2단 또는 3단 출발이 가능하다. 발진하는데는 역시 토크가 강한 전기자동차의 특성이 그대로 살아난다. 수동변속기의 직결감은 내연기관에서와 똑 같지는 않다. 다만 기어를 넣은 상태에서 클러치에서 발을 떼도 시동이 꺼지지 않기 때문에 다루기는 훨씬 쉽다.

발진해 나가면 완전 무음은 아니다. 파워트레인쪽에서는 무음이지만 기차 로드 노이즈라든가 하는 잡소리가 들린다. 밖에서는 완전 무음이다. 시승차의 경우 브레이크를 밟으면 배큠 펌프쪽에서 잡음이 들렸으나 이 역시 해결이 되어 다른 차는 조용하다고 한다. 속도가 빠르면 타이어 소음이라도 있지만 저속에서는 아무런 소음이 없다. 그것인 오늘날 전기차의 문제점(?)으로 역으로 부상하고 있다.

저속에서의 가속감은 넘친다. 내연기관처럼 엔진회전이 상승하면서 가속이 되는 것이 아니기 때문에 느낌이 조금은 다르다. 시승차의 경우 대시보드에서 주행을 위해 필요한 정보는 배터리 잔량 정도다. 계기판의 클러스터 등과의 매칭은 되지 상태였다. 전기차를 탈 때마다 배터리 잔량을 보고 스트레스를 받는 시대에 살아야 한다는 생각이 다시 한 번 강하게 다가온다. 자동차에 대한 페라다임의 변화를 다시 한 번 실감한다. 시승일은 추운 날씨로 배터리의 소모가 더 많은 날이었다.

고속 주행으로 올라가면서도 크게 달라진 느낌은 없다. 시프트 업을 하며 속도를 높였다. 높은 기어를 사용하면 그만큼 동력의 소모가 적다. 동력을 아끼기 위한 것이다. 물론 브레이크를 밟으면 에너지 회생이 이루어진다. 대신 약간 긴 언덕길에서는 가속감이 초기 발진시와 같지는 않다. 시승차의 공차 중량이 1,400kg에 두 명이 탑승한 상태이기 때문에 통상적으로 1.6리터 가솔린차와 비슷한 수준이다. 그래서인 고속에서의 가속감은 저속에 비해서는 떨어진다.

짧은 시승이었지만 의외의 완성도라는 점은 부인할 수 없었다. 무엇보다 전기모터와 수동변속기의 매칭이 인상적이다.



레오모터스의 전기차 사업 프로젝트

레오모터스는 이륜차와 내연기관자동차를 전기차로 개조하는 사업에서 출발하고 있다. 승용차의 경우 이미 기아 모닝과 닛산 큐브, 토요타 RAV4 등을 개조해 실제 시험 주행을 완료한 상태다. 이륜차의 경우는 이미 네 가지 모델을 개발해 시판을 앞두고 있다. 승용차보다 업무용으로 또는 농촌에서의 수요가 많다는 판단이다. 이는 자동차성능시험연구소로부터 인증까지 받았다. 버스 개조는 48kW의 배터리와 120kW(60kW+60kW 멀티모터)의 전기모터를 탑재해 시험 주행에 성공했다. 이렇게 해서 완성된 개조 전기버스의 항속거리는 70km. 최고속도는 110km/h. 버스를 전기차로 개조하는데 드는 비용은 5,000만원 전후라고.

두 번째 단계로는 신차 개발 초기부터 별도의 전기차 버전을 개발하는 일이다. 이는 협력 업체와 공동 작업이 필요하기 때문에 비즈니스가 훨씬 더 커진다. 그 때까지 자금력을 확보하는 것이 관건이다.

세 번째는 독자 모델을 개발하는 것이다. 레오모터스는 이미 중국과 일본 등에서 수차례 방문해 기술력 제공을 타진해왔지만 독자기술력 확보 차원에서 완성품을 판매하는 형태를 고수하고 있다고 한다. 레오모터스는 에너지 안보 차원에서 결국은 전기자동차의 수요는 증가할 수밖에 없고 그럴 경우 확실한 기술력을 확보한 업체가 주도권을 장악할 수 있다고 보고 있다.

레오모터스는 순수 전기차에 더해 디젤엔진을 보조 엔진으로 사용할 수 있는 플러그인 하이브리드차도 개발이 완료된 상태다. 또한 충전을 하면서 주행할 수 있는 전기차를 위해 레오모터스는 아연을 에너지로 하는 연료전지도 개발 중이다. 아연연료전지는 최신형 리튬 폴리머 배터리보다 에너지 밀도는 3배가 높지만 가격은 1/5 수준으로 맞추기 위해 개발을 진행하고 있다. 수소가 아닌 아연연료전지가 실용화되게 되면 전기자동차는 획기적인 전환점을 맞게 된다는 점에서 기대되는 부분이다.

레오모터스는 전기자동차의 상용화를 위한 기술력은 경쟁 업체에 비해 상대적으로 앞선 것으로 평가되고 있다. 그 핵은 물론 배터리와 BMS다. 문제는 규모의 경제를 이루어 가격을 낮추어야 한다. 사회 인프라 구축에 대한 노력도 필요하다. 무엇보다 많은 엔지니어들이 공통적으로 인정하는 것처럼 전기차 시대가 도래할 수밖에 없다는 그와 관련한 기술력을 구축하고 그에 대한 특허를 확보해야 한다.

세계적인 투자가 워렌 버핏은 ‘20년 후에는 전기차 시대가 도래한다.’고 했다.