전기차 충전기로 100% 충전해도 실제 운행에 사용되는 에너지는 100%가 아니다?

​충전한 에너지의 양과 실제 사용할 수 있는 양이 달라서 당황했던 경험, 아마 한 번씩은 있으실 겁니다. 분명 내연차보다 전기차의 효율이 높다고 하는데, 도대체 전기차에서 충전한 만큼의 에너지를 모두 사용하지 못하는 이유는 뭘까요. 에너지 소실은 항상 발생할 수밖에 없는 것이라면 소실되는 에너지의 양은 대체 어느 정도인 걸까요.

​오늘 체인라이트닝의 [전기차 초보 가이드]는 이러한 궁금증을 해결해보고자 합니다. 충전했지만 충전되지 않는 에너지의 정체, ‘충전 손실(Charger Loss)’에 대해 알아보겠습니다.

교류(AC) 충전과 직류(DC) 충전

​충전 손실에 대해 이해하기 위해서는 우선 전기차의 충전 방식에 대해 짚고 넘어가야 합니다. 전기차를 충전하는 방식은 충전되는 전류의 종류에 따라 크게 두 가지로 구분됩니다. AC 충전(교류 충전 : Alternating current)과 DC 충전(직류 충전 : Direct current)인데요. AC와 DC가 어떻게 다른지 알아볼까요.

​AC(교류)와 DC(직류)는 모두 전류의 종류입니다. AC는 전자가 방향을 바꿔가며 흐르지만, DC는 전자가 한 방향으로만 흐르는 전류입니다. 아래 표를 볼까요.

​표를 보면 AC는 전압(Voltage)이 일정하지 않은 반면, DC의 전압은 일정합니다.

​이처럼 서로 다른 전압의 특성을 고려하여 AC와 DC는 각각 다른 분야에서 쓰입니다. 전기 제품의 어댑터는 AC를 적용한 대표적인 제품입니다. 우리가 어댑터를 콘센트에 꽂을 때, ‘좌’ ‘우’를 구별해서 꽂지 않아도 사용이 가능하죠. 좌우에 상관없이 콘센트에 꽂아도 작동할 수 있는 이유는 AC의 전압의 변칙적인 특성을 활용했기 때문입니다. 이 밖에도 전기를 생산할 때, 주택이나 사무실 건물로 전력을 전송할 때 AC를 사용합니다.

​반면 DC는 전압이 일정합니다. 때문에 정교한 동작이 필요한 제품 등에 주로 활용됩니다. 건전지를 비롯해 TV, 컴퓨터, 라디오, 지하철 등에 활용되는 전류가 바로 DC입니다.

​전기차 충전기에서 AC와 DC는 어떤 차이를 만들까요.

​AC 충전은 AC로 충전합니다. 충전기에서 유입된 AC는 차량 내부 OBC(On-Board Charge: 전류 변환 장치)에서 DC로 변환됩니다. DC 충전은 DC로 충전합니다. 충전기 자체에서 DC를 공급하기 때문에 차량 내에서 별도로 변환 과정을 거칠 필요가 없습니다. 결국 AC 충전과 DC 충전의 차이는 차량 내부에서 전류의 변환이 발생하는지 여부에 따라 구분된다고 볼 수 있습니다. AC 충전은 ‘차량 내부(OBC)’에서 AC가 DC로 변환된다면, DC 충전은 이러한 변환 과정이 필요가 없지요.

주로 주거지 등에 설치되는 완속 충전기는 AC를 사용하고, 공공기관 등에 설치되는 급속 충전기는 DC를 사용하는 경우가 많습니다.

전기차 충전 손실의 원인 = ‘열’

​​전기차를 충전하는 과정에서 에너지 손실이 발생하는 이유는 ‘열’ 때문입니다. 손실의 원인이 되는 ‘열’은 크게 두 가지로 유형을 나눌 수 있습니다.

​첫 번째는 말 그대로 ‘손실되는 열’입니다. AC 충전기를 사용하면, AC를 DC로 변환하는 과정에서도 열이 발생합니다. 이때 발생하는 열의 양만큼 에너지가 방출되면서 충전 손실이 발생합니다. 배터리에 충전되는 에너지가 최대 용량에 도달할수록 열이 발생하기도 하는데, 이 역시 충전 손실의 원인이 됩니다.

​두 번째는 ‘충전을 위해 사용되는 열’입니다. 충전되는 에너지의 일부는 전기차 운행에 사용되지 않고, 충전 자체의 효율을 위해 사용되기도 합니다. 전기차 배터리는 충전 효율을 위해 적절한 온도를 유지해야 하는데, 이 과정에서도 ‘열’로 변환된 에너지가 소모되는 것이죠.

충전을 위해 열이 사용되는 원리를 좀 더 자세히 볼까요. 전기차 배터리는 액체 전해질을 통해 이온을 이동시켜서 충전합니다. 액체 전해질의 저항이 작을수록 이온이 더 잘 움직여서 충전이 잘 되는 것이죠. 하지만 충전 환경의 온도가 너무 낮아지게 되면 액체 전해질이 두꺼워집니다. 이에 저항도 커져서 이온이 움직이기 어려워지죠. 날씨가 너무 추우면 충전이 잘 안 되는 이유입니다. 따라서 전기차 배터리는 충전을 원활하게 하기 위해 최적화된 온도를 유지하는 데에 열을 사용합니다.

‘충전 손실’ 얼마나 발생할까?

​​전기차 업계에서는 보통 12~15% 정도의 충전 손실이 발생한다고 알려져있습니다. 내 전기차 배터리 용량의 100%를 충전해 사용하려면 실제로는 112~115%만큼의 에너지를 충전해야 한다는 의미입니다.

​실제로 충전 손실이 발생하는 사례는 주변에서도 쉽게 확인할 수 있는데요. 대표적으로 테슬라의 데이터에 따르면, 2021 TESLA MODEL Y의 배터리에 77.702kWh를 충전하기 위해서는 87.868kWh의 에너지가 필요했다고 합니다. 실제 사용가능한 에너지보다 13% 많은 에너지가 충전에 소모된 것이죠. MODEL Y PERFORMANCE 버전의 경우에도 비슷했습니다. 배터리에 81.052kWh를 충전하기 위해서는 92.213kWh의 에너지가 필요했습니다. 14% 더 많은 에너지가 필요했습니다.

‘충전 손실’ 고려한 체인라이트닝 충전기, 밤 사이 충전해 135km 달린다!

​​어차피 충전을 해도 손실이 발생할 수밖에 없다면, ‘충전 손실’까지 고려하여 충전하는 현명한 전기차 충전기가 필요할 것입니다.

​체인라이트닝은 ‘충전 손실’을 반영한 ‘집에서 편안한 충전’ 서비스를 제공합니다.

현대 아이오닉 5 신형을 ‘충전 손실’을 고려한 체인라이트닝 과금형 충전기로 충전한다고 가정해보겠습니다.

*현대 아이오닉 5 신형 기준
충전량 (배터리 용량의 3~50%): 26.04kW~43.4kW
충전 시간 : 약 7시간 26분~12시간24분
주행 가능 거리 : 135.408km~225.68km
(체인라이트닝 과금형 충전기 기준, 배터리 용량 전체를 112%로 가정하여 ‘충전손실’ 반영)

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