By BEN PURVIS, WIRED UK

전기차의 방전된 배터리를 전력이 가득한 배터리로 교체하는 방안은 10년 넘게 제시된 의견이다. 그러나 중국 전기차 브랜드 니오(Nio)가 교체형 배터리 보급을 위한 최선의 노력을 펼치고 있으나 여전히 성공에 애를 먹고 있다. 그러나 이륜 전기 교통수단 세계에서는 이례적으로 여러 제조사가 전 세계적으로 협력해 여러 브랜드와 모델에 걸쳐 표준화된 배터리 개발 노력을 펼치고 있다. 그와 동시에 전기차 개발 방식을 새로이 생각할 가능성을 열어주고 있다.

서양에서는 전기 오토바이의 진화와 판매 수준이 사륜구동 전기차보다 뒤처진 상태이다. 상대적으로 적은 판매량과 생산량, 이윤, 더 긴 사용 주기, 기존 내연기관 차량 기술에 열광하는 동시에 급격한 변화를 경계하는 태도를 지닌 소비자층 모두 전기 자전거 개발과 거액 투자 제안은 지금까지 어떤 기업도 진정한 상승세를 기록한 적이 없는 힘겨운 과제이다.

그러나 탄소 배출을 일으키는 이륜 교통수단 판매를 종료할 법안 추진과 함께 주행거리와 성능, 전기 자전거 가격을 소비자 유지가 가능한 방식으로 균형을 맞출 방법이라는 질문의 해결책을 찾아야 할 필요성이 커지는 상황이다. (현재 정부 발의안이 무사히 통과할 시 영국에서는 이르면 2030년에 성능이 낮은 소규모 자전거의 탄소 배출 모델 판매가 금지될 예정이다.) 배터리 교체가 문제 해결책의 중요한 부분을 차지할 것으로 보인다.

전기차 시장에서 교체형 배터리 보급을 향한 과제는 매우 중요한 과제이다. 차량 설계 시 배터리 교체를 염두에 두어야 하며, 배터리 팩의 거대한 크기와 무게는 자동화 기계식 시스템에도 배터리 교체를 염두에 둔 작업이 필요하다는 점을 의미한다. 게다가 배터리를 차량 구조에 통합하여 무게와 차량 부품 공간을 절약하는 전기차가 증가하는 가운데, 손쉽게 교체할 수 있는 배터리 제작은 차량 공학을 처음부터 다시 구상해야 한다는 부분을 의미한다. 중국의 니오가 선보인 바와 같이 전기차 배터리 교체가 현실이 되었으나 여전히 니오 차량에만 한정적으로 적용되는 현실이다. 100년 전 차량 제조사가 자사 차량에만 사용할 수 있는 연료를 사용하면서 경쟁사 차량과는 호환할 수 없도록 차량을 설계했다고 생각해보아라. 바로 현재 차량의 배터리 교체 기술 상황과 같다.

이륜 차량에서 분명한 문제점이 드러나기 시작한다. 일부 브랜드는 맞춤 배터리 팩을 차량 프레임의 구조 구성요소로 제작하면서 더 크고 성능이 뛰어난 전기 오토바이가 자동차의 선례를 따르도록 집중한다. 하지만 상당수 차량 브랜드 집단이 배터리 교체 기술이 차량 주기 장점의 핵심이 될 수 있다는 사실을 깨닫고, 표준화된 교체형 배터리 확립을 위해 협력 중이다. (초기 전기 기업이 AA 셀과 C 셀, D 셀, 오늘날에도 사용하는 AAA 셀을 두고 협력했던 것과 같다.) 더불어 교체형 배터리 개발에 협력하며, 고정된 배터리 설계와 관련된 주행거리를 걱정할 필요가 없는 저렴하면서 가벼운 전기 오토바이와 스쿠터 보급을 향한 기회를 열어준다.

전기 오토바이는 차량보다 주행거리가 더 큰 우려 사항이 된다. 사륜 차량의 확립된 해결책은 더 큰 배터리를 추가하는 것이었다. 현재 최신 허머 전기차(Hummer EV)에는 최대 210kWh 대용량 배터리 팩을 탑재한다. 그리고 전기 모터에서 추가 무게를 상쇄할 거대한 잉여 토크에 의존한다.

하지만 오토바이에는 훌륭한 해결책이 아니다. 오토바이는 항상 주행거리가 추가될 때마다 성능과 핸들링 사용 측면에서 불이익이 더해지며, 끊임없이 배터리 용량을 늘릴 공간이 없다. 결과적으로 현재 업계 최고 기업 지도자는 종종 현실 세계 주행 거리를 100마일 확보하는 데 난항을 겪으며, 배터리 충전소 확대 때문에 어려움을 겪는다. 전기 자전거의 배터리 용량은 전기차보다 상대적으로 적을 것이다. 그러나 충전 속도가 훨씬 더 빠른 것은 아니며, 보통 냉각 과정과 고속 충전소의 가장 빠른 충전 속도라는 장점을 누리기 위해 필요한 전기가 없다.
 
배터리 용량이 클수록 배터리 무게와 모터, 브레이크가 더 크면서 서스펜션이 더 강하며, 질량과 규모를 추가하는 대형 배터리를 자전거에 적용하는 악순환은 배터리 교환 기술로 번복할 수 있다. 배터리 교환소의 널리 확산된 네트워크를 제공하면서 방전된 배터리를 새로운 배터리로 교체하는 일은 단 몇 초 만에 완료할 수 있는 일이며, 번거로운 일을 덜어준다. 휘발유 탱크를 채우는 것보다 더 빠르고 저렴하면서 환경 친화성이 뛰어난 일이기도 하다.

자전거 주행 거리를 50마일 줄어들 수 있지만, 배터리 교체 과정을 신속하고 손쉽게 처리하는 등 다른 부분에서 보상받을 수 있다. 배터리와 모터, 브레이크, 섀시, 서스펜션 모두 성능 저하로 이어지지 않도록 하면서 규모와 무게를 줄이고 여러모로 효율성을 더할 수 있다. 기본적으로 배터리를 차주가 직접 소유하는 대신 대여하는 방식으로 사용하므로 대여 형태로 사용하는 배터리가 기본적으로 저렴하며, 배터리 노후화 우려도 사라진다. 배터리 교환소 네트워크의 배터리 팩은 최소한의 표준으로 유지할 수 있기 때문이다.

더 큰 장점은 기술 발전에 따라 성능이 뛰어나거나 더 가벼운 신규 배터리를 똑같은 물리적 크기와 연결 표준을 충족하도록 개발하여 자전거의 성능이나 주행거리를 향상할 수 있다는 부분이다. 갈수록 더 많은 오토바이 제조사가 이미 감지한 잠재적인 장점이기도 하다. 매빙(Maeving)의 RM1과 혼다의 벤리(Benly e), 자이로(Gyro e), 야마하의 네오(NEO) 스쿠터까지 현재 배터리 교체형 자전거를 이미 구매할 수 있는 가운데, 표준화된 배터리와 배터리 교환소 네트워크의 도입이라는 변화의 단계가 다가올 것이다.

교체형 배터리의 표준 채택이라는 목표를 추진하는 제조사 동맹은 이미 대대적으로 빠른 속도로 성장한다. 2019년 4월, 일본의 4대 제조사인 혼다와 야마하, 스즈키, 가와사키는 표준 배터리 사양 합의를 위해 열심히 협력했다. 그리고 2년이 지난 2021년 3월, 결과를 두 눈으로 보게 되었으며, 새로운 배터리 표준이 일본 자동차 기술 협회의 기술 서류에 등록됐다.

2021년 9월, 일본의 4대 제조사와 비슷한 컨소시엄이 유럽에서 똑같은 노력을 펼쳤다. 이번에는 혼다와 야마하, KTM(KTM과 허스크바나, 가스가스(GasGas) 소유 기업), 파이지오 그룹(Piaggio Group)이 참여했다. (피아자오 그룹은 베스파와 아프릴리아, 모토구찌, 더비, 그리고 현재 사업을 중단한 Laverda 등을 소유한 기업이다.)

당시 피아지오 최고 전략 관리자였던 미셸 코라니노(Michele Colaninno)는 “교체형 배터리는 차량 충전 시간의 속도에 대한 올바른 답이며, 사용자에게는 선택 시 추가 가치를 제공한다”라고 말했다. KTM 모기업인 피에러 모빌리티(Pierer Mobility) CEO 스테판 피에러(Stefan Pierer)는 여러 협력사와 함께 저전력 차량(48V)의 최대 11kW에 해당하는 교체형 배터리 시스템을 전달하기 위해 협력하고자 한다. 이 과정은 국제 기술 표준을 기준으로 한다”라고 덧붙여 전했다.

피에러가 말한 바와 같이 일본에 확립됐으며, 유럽 컨소시엄이 실험하고자 하는 교체형 배터리 사양은 48V 배터리 팩이다. 기본적으로 혼다가 2018년 공개한 자사 모바일 파워 팩(Mobile Power Pack e) 교체형 배터리의 생태계를 반영한다. PCX 일렉트릭(PCX Electric)과 자이로, 벤리 등 일본 시장에 출시된 혼다 스쿠터에 이미 사용하는 교체형 배터리는 눈 치우는 기계부터 파워 월(power wall)까지 다양한 장비에도 사용할 의도로 개발 중이다. 2021년, 컨셉 자전거에 가까운 생산 제품으로 공개된 스웨덴 제조사 허스크바나의 e-필렌(e-Pilen)도 혼다의 48V 배터리 팩 설계와 매우 비슷한 탈착형 배터리 팩 3개를 사용했다. 추후 교체형 배터리는 로봇 잔디깎이와 동력 사슬톱, 잔디 관리 기계, 가지치기 기계, 정원 트랙터 등에도 사용할 수도 있다.

하지만 배터리 표준화가 첫 번째 단계이다. 훨씬 더 큰 규모의 작업은 공급과 충전, 교환 네트워크를 확립하는 것이다. 2022년 4월, 일본 교체형 배터리 컨소시엄은 현지 최대 규모의 석유 기업인 ENEOS 홀딩스(ENEOS Holdings)과 손을 잡고 교체형 배터리 공급, 충전, 교환 네트워크 확립을 담당할 합작 법인 가차코(Gachaco)를 설립했다.

전기 오토바이와 스쿠터의 ‘서비스로서의 배터리’는 이륜 교통수단 시장에서 전기차의 장악력을 향한 중대한 장벽인 충전 시간과 주행거리 우려를 없앨 의도를 지녔다. 혼다의 모바일 파워 팩 e를 표준 배터리로 사용하게 될 것이며, 배터리 교환소는 2022년 가을, 도쿄부터 시작하여 일본 전역에 설립될 예정이다. 기차역과 ENEOS 충전소와 같이 편리한 곳에 설치하고, 즉시 전국 네트워크 접근성을 부여할 것이다.

유럽 교체형 배터리 컨소시엄이 일본과 비슷한 배터리 사양을 채택할 확률이 높으므로 혼다가 설계한 배터리 팩이 기본적으로 세계 표준이 될 수 있다. 따라서 일본 모델은 교체형 배터리를 채택한 세계에서 1~2년 이내에 출시될 가능성이 있다.

이를 염두에 두면, 표준화된 교체형 배터리를 사용하는 오토바이가 급속도로 증가하게 될 것이다. 대부분 피크 파워가 매우 높을 수도 있지만, 11kW(15hp) 이하의 연속 전력을 생산하고 유럽 학습자법을 준수하는 125cc 가솔린 모델과 동등하다. 따라서 전체 오토바이 면허의 필요성을 없애면서 누구나 단 하루 동안의 교육으로 의무 기초 훈련(CBT) 인증을 받아 전기 오토바이를 사용하게 될 수 있다.

** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Battery-Swapping Tech Gives Electric Motorcycles an Edge