Tesler전기자동차에 대해서

잘아시는 분은 잘 아시겠지만, 테슬라 모터스(테슬라 자동차, Tesla Motors)는 미국의 전기자동차 회사이다. 2003년  페이팔의 최고경영자이던 엘론머스크가, 회사 이름을,  물리학자이자 전기공학자인 니콜라이 테슬라이름을 따서.설립했다.  이후 7년간 아직 흑자를 내지 못했다. 하지만, 2010년 6월 나스닥에 상장되었다.  

 

 

<테슬라 전기자동차>

 

테슬라 전기자동차 사양표

 

바닥에 깔린 배터리

 

앞서 올린 '전기자동차에 대하여'에서 전기자동차가 극복해야할 과제로 일반적으로 다음 항목이라 설명한바가 있다. 즉,

1) 1회충전 주행거리
2) 충전시간
3) 충전인프라
4) 가격

기존전기자동차는 1회충전거리 100~150km, 충전시간 급속 40~60분, 완속충전 6~8시간이고, 가격은 기존가솔린 차량의 약 2배정도로 알려져 있다. 가격은 정부보조형태로 어느정도 다운이 가능하였으나, 그렇더라도, 이 사양으로는 특수 환경목적이 아닌이상, 일반대중을 구매토록 설득하기는 쉽지 않는 사양이다. 또 보조금으로 첫구매에서 도움을 받아 구매했다고는 하나, 배터리수명등으로 교체시 부담등 유지보수비용도 만만찮은 문제도 있었다. 또 충전시간이 완속이면 6~8시간, 급속이라 하드라도 60분정도 걸리는 것이 문제지만, 충전인프라가 부족등 편이성부족 현실도 큰 문제이다.

그런데, 테슬라 전기자동차는

(A)표에서 보듯이, 1회충전에 300mile(480km)로 충전거리를 가솔린차량의 90%정도로 확보했다. 이것은 (B)에서 보듯이 배터리는 차 바닥에 깔고, 소형Cell를 엄청나게 병렬연결로 설치유연성을 올리고, 많은 배터리Cell수를 증가시켜 1회충전 주행거리를 늘린 것으로 판단된다. 배터리의 종류도, 긍극적인 Solution인 금속배터리가 아니고, 현재 Cell 양산중인, 삼성SDI와 구매상담을 한다하니, 아마도 리튬폴리머이거나 리튬이온 배터리 일 것이다.

테슬러식 배터리는 직경 18㎜,길이 65㎜ 크기의 소형 리튬이온전지 7000개 가까이를 병렬 연결하여, 1회 충전으로 400㎞를 넘겨 달렸다하니, 150㎞ 안팎인 기존 전기차의 두 배가 넘는 능력이다. 보통은 약 수백개의 배터리를 병렬연결하는데 비하여 엄청난 소형배터리를 병렬연결한 탓이다.

배터리단위 무게(kg)당 충전되는 전기에너지량(wh)을 비에너지라(wh/kg)이라 하는데 리튬폴리머배터리의 현재 이값이 약 150wh/kg~200wh/kg이다. 배터리 용량 85kwh라는 이야기는 85,000wh이니 이것을 담기위해서 는 비에너지가150wh/kg 이면 85,000/150 =500kg, 비에너지가 200wh/kg이면 85,000/200= 425kg이다. 즉, 배터리 무게가 425kg이상이 나간다는 것이다.

테슬러식 배터리 기술로, 앞선 계산치보다 가벼운 중량으로 주행거리를 달성할 수 있었는 지?, 그러기 위해서는 7,000개 가까운 소형배터리(= 배터리Cell이라고 함)를 병렬연결하는 기술이나 작업시간도 문제지만, 충전시나 전기소모시 각Cell의 전기에너지가 일정하게 충전되거나 방전되어 Cell간에 바란스가 맞도록 제어하는 기술도 상당하여 하는 데, 이역시 해결을 한 것으로 봐야한다.

배터리 무게가 425kg이상은, 보통의 70리터 연료탱크는 가득찬 연료가 50kg, 연료통이 최대 20kg정도로 전체무게는 약 70kg정도인데 비하면 약 6배이상의 무게가 나갈 것이다. 이 무게를 어느정도 상쇄시키기 위해서는, 2013년에 나오는 BMW i3처럼, 차체전체나 대부분을 Carbon Fiber로 했을 것이다.

이 정도 무게의 밧테리면, 상당한 부피도 존재하는 바(비에너지 단위에 단위부피당 wh도 있다),그림 (B)에서 처럼 배터리는 바닥에 깔아서 해결한 것으로 보인다. 그러기 위해서는, 바닥에 깔린 배터리는 하체로부터 오는 진동, 충격, 이물질유입 특히 침수등으로부터 완전 보호되는 것이 쉽지 않은 일이지만, 이것도, 해결되고 있다고 봐야한다.

또, (A)사양표에보면, 배터리 보증이 8년, 125,000마일(200,000km) 하니, 그런 내구보증이 정말되는지, 기존의 완성차처럼 충분한 내구시험을 통한 검증이 이루어졌는지 이것은 정말 궁금하다. 또, 배터리를 바닥에 깔았고, 7,000개가까이 Cell을 조립했으니, 사고나 고장시 A/S하기도 만많찮을 것이고, A/S센터도 흔하지 않을 것이다. 그래서 관련전문가 뿐만아니라 실소비자는 당연히 A/S성도 충분히 따져봐야 하는 입장이다.

노트북 PC에서 화재가 발생하는 사건이 심심찮게 발생하는 데, 리튬폴리머나, 리튬이온배터리라면, 안전성에 대한 검증이 완벽해도, 양산제품에서 종종 폭발등 화재문제를 일으키는데, 특히나 바닥전체를 배터리로 깔고, 더구나 수천개의 Cell를 병렬연결했다니, 오히려 안전성에 유리할 지, 복잡도가 증가하여 불리할 지, 궁금하네. 더구나 침수나 습기침투에 대비해서 완벽방수는 하였을 것이고, 대신 발열등 내부 발생열를 냉각 시키는 냉각기술이 엄청 정교하지 싶은데, 이것이 A/S편이성, 과 A/S시간, 비용에도 영향을 주지 않을까?

2013년 10월16일자 조선일보에, '한대 5억짜리 서울전기버스 날마다 결행.고장'기사가 실렸는데, 남산 순환관광버스이니 시범운행차량이야기라 아직은 내구검증이 부족한 상태라 할 수 있겠지만, 테슬라전기자동차는 양산차량이기 때문에, 이런 내구문제가 검증되었다하더라도, 고장율은 분명히 높을 것이다.

충전시간문제는 완속 7시간에서 45분으로 단축됐다고 하는데, 이것이 확실하다면, 주유소처럼 5~10분안에 주유시간이 필요한 긴급상황을 피하고, 그 정도 여유을 가지고 대응하고, 충전소가 확보된다면, 어느정도 감수할 수 있는 시간이다.

마지막 문제는 가격이다. 5만불형 세단, 6~8만불 세단, 11만불 SUV차량이라 하니, 아무래도 가솔린엔진차량에 비해 약 1.5배이상은 되지 싶다.

내가 직접구매해서 점검하지 않았기 때문에 Real한 답안이 아닐 수도 있지만,

Spec을 훑어보고, 이런저런 사정을 고려해보니, 결론적으로, 보조금여부나, 소득에 비해 가격문제에 별로 신경을 안쓰고, 비교적 단거리며, 영업용이나, 택시같이 그렇게 급하게 빈번한 충전 수요가 없고, 친환경(매연Zero)이 필요한 수요층 입장에서는 구매력이 충분히 존재할 만한 하다.

다만, 아직도 내구문제, 중장거리주행문제, 충전 편이성, 충전속도, 특히 A/S장소문제나, 그중에서도, A/S비용, 특히 배터리A/S비용이 상당할 것이기 때문에, 시간이나, 돈에 빠듯하게 사는 사람들에게는 아직은 구매결정이 시기상조인 것 같다.

테슬라처럼, 설립목적부터, 전기자동차전문으로 출발한 소형회사외. 이번에 BMW i3 처럼, 전기자동차 전용차체로 출발하는 회사는, 기존의 자동차회사에서는 BMW가 거의 유일한 것으로 알고 있다. 대부분 메이커들은, 차체개발에 비용이 크서, 기존가솔린이나, 디젤차의 Platform을 기반으로 개조해서 개발해왔기 때문에, 그래서, 이른바, '테슬러배터리 처럼, 7,000여개의 소형 Cell을 병렬연결로 어느정도 형상자유도를 높여, 바닥에 배터리를 전부 깔고, 배터리 탑재용량을 늘리는 시도' 를 하지 않았거나, 늘리는데, 한계를 가졌다고 볼 수 있다.

하지만, 이번에 BMW 가 비록 주행거리 160km짜리지만, 전용차체로 전기자동차를 만들기 시작했으므로, 앞다투어 타 메이커들도, 머지않아 전용차체 전기자동차 시작품을 내놓지 싶다. 한국의 현대.기아도, 기아에서 레이와 같은 플랫폼으로 전기자동차를 소형 만들어 왔지만, 전용차체로 전기자동차 만드는 계획이 있는 것으로 알고 있다. 자동차 모터쇼들은 그동안 기존차량쇼로 식상했는데, 아마도, 올해 프랑크푸르트 모터쇼를 깃점으로, 내년이나 후내년의 자동차 모터쇼들은 전기자동차를 선보이는 각축장이 될 것이다. 그러니, 머지않아(하지만, 아쉽게도 내 은퇴 한참 후에나) 본격적으로 전용차체 전기자동차시대가 다가오리라 본다.

테슬러는 그런 측면에서, 앞에서 서술한대로, 상당히 앞선 측면이 있다. 다만, 다시 언급하자면, 시험상으로는 내구가 완료되었는지 모르지만, 8년이라는 실사용 내구기간이 아직 지나지 않았으므로, 어떤 내구문제가 나타날지 아직 확인, 예측할 수가 없다. 8년의 한 사이클이 지나고 나면, 아마도 내구문제, 충전시간, 충전소문제, 가격문제등이 어느정도 완벽 해결될 것으로 보이고, 특히나, 궁극적인 배터리 Solution인 리튬공기전지가 그 동안에 양산까지는 아니라도, 기술적 문제해결의 단서가 나올 것이기 때문에, 적어도 2020년 ~2025년 경부터, 전기자동차시대가 활짝 개화하리라는 것이 유수 전문가들도 같은 시각이다. 나역시 그런 의견을 여러차례 홈페이지에 올린 바가 있다.

*'활짝개화' 의 개념은, 신규개발에 전기자동차 개발이 활짝 활성화되어, 많아진다는 의미이다. 그렇더라해도, 당분간은 절대다수의 차량은 여전히 내연기관차량일 것이다

아직은 석유산업, 대부분 기존차량회사들이, 땅딛고 헤엄치고 있는 사업(?)에 방해(?)가 되는 전기자동차사업에, 앞서 문제점을 명분으로, 굳이 적극적으로 나서지 않았고, 심지어는 알게 모르게, 눈에 보이지 않게 무시하고, 지연, 저항하는 형태를 보여왔다고 할 수 있다. 국가 역시, 기존 산업의 균형발전의 왜곡, 공동화 문제로, 즉, 산업변화의 소프트랜딩을 명분으로 겉으로는 요란해도, 적극적이지 못한 것이 사실이었다.

그러나, 원자력 발전이 제약을 받고, 경제성장으로 인한 전력 수요가 우리나라 뿐만아니라, 전세계적으로 증가하면, 석유수요증가로 가격이 폭등할 위험성이 상당하다.

전기자동차는 앞의 글, 이전의 글에서도 수차 언급했지만, 그 배터리가 이동형 축전역활을 하기 때문에, '스마트그리드(Smart Grid)'로 전력분산저장의 효과가 커서 전력수급측면에서도 상당한 문명사적 가치를 가지고, 문명의 발전을 위해서도 필연적으로 다가올 것이다. 그 개화시기는 어쩌면 더 빨리 올 지도 모르겠다.

IBM이 2008년에, 2020년 1회충전에 500마일 (800KM)가는 배터리 개발을 시작했다는 것은 공공연히 알려진 사실이다. 또, 음흉한(?) 도요타가 2008년부터 리툼공기배터리 연구를 시작하여, 2015년이면 개발완료한다고 흘러나온 유력한 정보가 있다. 도요타가 미래자동차 정책을, 하이브릿드 위주인 것처럼 하다가, 현대같은 경쟁자가 하이브릿드 시장에서 덤벼들어, 그 시장의 메리트가 줄어든다 했을 때, 그동안 준비한 순수전기자동차를 극적으로 선보일 개연성이 크다.

이게 음흉한(?) 도요타의 虛虛實實 전략일지, 聲東擊西전략일지, 아니면, 混水模漁전략일지? 아마도 깡통은 아닐게고....

도요타 역시 테슬라에 비록 소규모지만,투자를 하고 있다고 한다.

다음기사는 2013년 10월6일 전자신문기사이다

[일본 자동차 제조사 도요타가 전기차에 대규모 투자는 없다고 선언했다.

6일 우치야마다 다케시 도요타 회장은 지난 30일 미국 워싱턴DC에서 열린 경제클럽 연설에서 전기차 시장성을 높게 판단하지 않으며 막대한 투자나 간판급 순수 전기차를 출시하는 일을 없을 것이라고 밝혔다.

도요타는 전기차 제조사 테슬라모터스와 긴밀한 제휴관계를 맺고 있다. 하지만 순수 전기차 등에 대한 투자를 확대하지는 않겠다고 선을 그은 셈이다.

현재 도요타는 크로스오버 전기차 `RAV4` 생산을 위해 테슬라서 배터리와 모터를 공급받고 있다. 도요타 직원들은 테슬라의 벤처기업가 정신을 배우기도 했다. 이외에도 도요타는 테슬라 지분 294만1000주를 취득해 약 5억300만달러의 장부상 이득을 봤다.

우치야마다 회장은 “테슬라에 대한 투자 결정을 내린 이유는 이익을 얻기 위한 것이 아니며 양사 제휴 관계를 강화하기 위한 것”이라며 “테슬라 지분을 이득을 위해 취득했다면 나는 매각을 고려했을 것”이라고 밝혔다.

현재 도요타의 테슬라 지분은 약 2.4%에 이르러 취득 시보다 지분이 줄었다. 도요타가 3%의 지분을 취득한 이후 테슬라가 신주를 추가 발행하면서 전체 지분 중 도요타 지분이 감소했다]

어찌되었던, 도요타가 테슬러에 투자를 하여, '테슬라의 벤처기업가 정신을 배우기' 명분으로 포장하고 있는데, 도요타가 누구인가? 세계초일류 삼성전자도 제조나 기업운영에서 항상 몇수를 배우는 도요타이니, 아마도 이른바, '테슬러밧테리' BMS(Battery Management System) 정보파악이나, 언젠가는 통째로 인수하기 위한 전략의 일환이 아닌지 모르겠다.

이것 역시, 음흉한(?) 도요타의 虛虛實實 전략일지, 聲東擊西전략일지, 아니면, 混水模漁전략아닐지? 2015~2017부근, 다른 회사들보다 3보,4보 앞서는 준비를 하면서, 마치 겨우 반보정도 앞서는 행보처럼 위장할 것으로 예상되는 음흉한 도요타로서, 가장 적절한 싯점이라 생각되는 시점에 그 반보정도나마 앞선전략이라 에상되는 실체가 드러나리라.

*도요타 전략의 핵심은 앞도적인 기술력, 자금력, 기업가정신으로 단계적으로 충분한 중장기 기술을 확보하고, 시장 상황에서 이익이 극대화되는 방향으로 전략을 선도적으로 리드하고, 사업화를 주도하는 고약한 First Mover 로서, 종종, 뒷 쫓아가는 불쌍한 Follower를 닭 쫓던 개로 만드는 것인데, 더욱 핵심은 뒷쫓는자가 '닭 쫓던 개' 신세인줄 모르게 구사한다는 것이다.