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전기자동차 배터리 성능저하 관리 제도

한국자동차공학회
2023-07-23
조회수 2653

동차 산업은 현재 다양한 동력을 중심으로 한 패러다임의 급격한 변화를 겪고 있다. 특히 2022년 전기자동차의 글로벌 점유율이 10%를 넘어서며 전기자동차 보급이 확산되고 있어 배터리 수명에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근 미국과 EU를 중심으로 배터리 성능 저하에 대한 규제를 도입하고 있어, 관련 동향을 소개하고자 한다.


전기자동차 보급 확산과 배터리 성능 저하 문제의 대두

최근 전 세계적으로 전기자동차의 비중이 증가하는 추세이다. 작년 판매된 글로벌 전기차 수는 약 1,000만 대로 2025년 판매될 전기자동차의 대수가 2,500만 대를 넘으로 것으로 예상된다. 연간 글로벌 시장에 판매되는 자동차 수가 약 8,000만 대인 것을 고려할 때 매우 큰 수치의 증가이다.


2025년 판매될 것으로 예상되는 신차 4~5대 중 1대는 전기차가 될 것이라는 전망이다.1 국내에서도 지속적인 수송 부분 친환경 차량 보급 비중 확대를 목표로 하고 있다. 「제1차 국가 탄소중립,녹색성장 기본계획」에서 수송부문 2030년까지 온실가스 감축 목표를 37.8% 가량으로 제시하였으며, 육·해·공 모빌리티 전반의 친환경화 추진, 도로 교통 부문 2030년까지 자동차 등록 기준 16.7%의 무공해차 등록 비중을 목표로 하였다.


이렇게 전세계적으로 자동차 산업은 내연기관 자동차에서 전기 동력을 중심으로 하는 패러다임의 급격한 전환으로 인하여 2030년 가량에는 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자동차, 수소전기자동차 등이 공존할 것으로 예측되고 있다.


전기자동차 하면 궁금증이 드는 부분이 있다. 배터리 수명이 얼마일까 하는 내용이다. 배터리가 탑재된 전자 제품을 오래 사용하다 보면 배터리가 점점 빨리 닳는 현상을 한번씩 경험해 보았을 것이다. 그렇다면 전기자동차 배터리에서도 그런 현상이 나타날 수 있다는 것은 경험적으로 알 수 있다. 이러한 배터리 성능 저하 문제는 전기자동차 산업에서도 대두되어 왔다.


이렇게 발생한 전기자동차 및 탑재되는 배터리의 성능 감소는 1회 충전 주행거리의 감소를 야기하고, 이로 인하여 전기자동차 소비자의 신뢰성 하락, 전기자동차 시장의 축소 및 에너지 소비 효율 감소에 따른 상위 온실가스 배출량에 영향을 줄 수 있다. 또한 전반적인 배터리 성능의 하락으로 재활용되는 배터리의 비율이 감소할 수 있다는 것이 UNECE의 소견이다.2


각국에서는 이러한 문제를 인식하고 해결하고자 조사를 진행하였다. 미국 환경보호청(U.S. Environmental Protection Agency, 이하 EPA)는 전기자동차가 8년 혹은 누적 주행 거리 약 16만km 이내에서 70%의 성능을 나타내는 것으로 조사하였으며, 유엔 유럽 경제 위원회(United Nations Economic Commission for Europe, 이하 UNECE)는 평균적으로 6년 내에 전기자동차 배터리 성능이 6% 감소하는 것으로 조사하였다.


이렇듯 전기자동차에서도 노후화가 진행됨에 따라 배터리 성능이 일부 감소하는 것이 조사 결과로 나타나며, 미국 및 유럽에서는 이러한 성능 감소를 최소화하고 배터리 성능의 최소한의 규제를 마련하고자, 전기자동차 내구성 보증에 대한 규제를 진행하였다. 


대표적으로 미국 캘리포니아 대기환경청(California Environmental Protection Agency, 이하 CARB)는 2035년까지 무공해 차량 100%(판매 비중) 보급 정책을 수립하였으며, 무공해 차량이 만족해야 하는 기준에 배터리 성능 규제, 정보 제공 등의 항목을 포함시켰다. 유엔유럽경제위원회(UNECE)의 경우 전기자동차가 가져야 할 최소 내구도 수치를 누적 주행 기간 및 주행 거리에 따라 단계적으로 규제를 진행할 것임을 발표하였다.


캘리포니아 무공해 차량 배터리 성능 저하 규제

CARB의 주 내용을 살펴 보자면, 2026년 판매되는 무공해 차량의 경우 주행 기간 10년 혹은 누적 주행 거리 24만km 이내에서, 최초 인증 주행 거리 대비 65% 이상을 유지해야 하며, 연식에 따라 단계적으로 강화되어 최종적으로 2033년 이후 판매되는 무공해 차량의 경우 주행 기간 10년 혹은 누적 주행 거리 24만km 이내에서, 최초 인증 주행 거리 대비 80% 이상을 유지해야 함을 명시하였다.


또한 소비자가 직관적으로 배터리의 수명을 인지할 수 있도록 배터리 SOH 수치를 표기하도록 하였다. 배터리 SOH란 State of health의 약자로 배터리가 최초 성능 대비 현재 얼마의 성능을 가지는 지를 의미하여, 배터리 잔존 수명이자 현재 성능 상태를 알려주는 지표이다. 이러한 SOH 수치를 대시 보드 등을 통하여 표기하여 전기자동차 소비자가 직관적으로 배터리 성능에 대한 정보를 인지할 수 있도록 하였다.


SOH 정보의 신뢰성을 확보하고자 2030년 이후의 차량에서 표기되는 SOH 수치가 적어도 5%p 이내의 정확도를 가져야 할 것을 명시하였다. 이러한 SOH 수치는 배터리 보증에 대한 수치로 사용되며, 전기자동차 제조사는 2026년~2029년식 전기자동차의 경우 8년 혹은 16만km 이내에서 SOH 수치 70%까지 보증해 주어야 하며, 2029년식 이후 전기자동차의 경우 8년 혹은 16만km 이내에서 SOH 수치 75%까지 보증해야 주어야 함을 명시하였다. 여기서 배터리 보증이라 함은, 명시된 주행 기간 혹은 주행 거리 이내에서 보증 SOH 수치 이하 차량에 대하여 배터리 교환 등의 시정 조치를 진행해야 함을 의미하며, 이를 통하여 배터리 최소 성능에 대한 규제를 마련하고 소비자에게 전기자동차의 신뢰성을 제공하도록 하였다.


유엔 유럽 경제 위훤회 배터리 성능저하 규제

유럽 경제 위원회의 경우 배터리 SOCE(State of Certified Energy)와 SOCR(State of Certified Range)라는 두 가지 지표를 새로 설정하고 이를 통해 규제를 진행할 것임을 명시하였다. 규제는 2026년 이후 판매되는 차량에 대하여 적용 될 예정이며, 현재 단계적으로 규제안의 수정/보완을 진행 중에 있다. 여기서 SOCE란 최초 인증 사용 가능 배터리 에너지 수치 대비 현재 측정된 사용 가능 배터리 에너지 수치를 의미하며, SOCR은 최초 인증 1회 충전 주행 거리 대비 현재 측정된 1회 충전 주행 거리 수치를 의미한다.


이렇게 유럽의 경우 두 가지의 지표를 설정하고 이를 통하여 규제를 진행할 예정이다. 특히 유럽의 경우 주행 거리 및 주행 기간에 따라 단계적으로 규제 수치를 부여하여 규제할 예정이며, 이를 MPR(Minimum Performance Requirement) Matrix라 칭하였다. <그림 3>과 같이 전기자동차의 누적 주행 기간 및 주행 거리 증가에 따라 배터리가 가져야 할 최소 내구 수치에 대한 규제를 규제한 것이 유럽 배터리 내구도 규제의 가장 큰 특징이라고 할 수 있다.


현재까지 정해진 MPR 수치에 따르면 누적 주행 기간 5년 이내 주행 거리 10만km 이내에서 80% 이상의 SOCE 수치를 가져야 하며, 누적 주행 거리 8년 이내 주행 거리 16만km 이내에서 70% 이상의 SOCE 수치를 가져야 할 것을 명시하였다. 현재까지는 SOCE 수치에 대한 규제만 명시되어 있으며, SOCR 수치에 대한 규제안 적용은 추후 제정될 예정이다.


이렇듯 국내외에서 전기자동차 배터리의 최소한의 성능을 보장하고자 배터리 성능 저하에 대한 규제를 도입하고 있다. 배터리 성능 저하 규제를 통해 전기자동차를 안정적으로 보급하는데 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 국내에도 관련 제도의 도입이 필요할 것으로 사료된다.


<참고자료>

1. IEA (2023), Global EV Data Explorer, IEA, Paris/https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/global-ev-data-explorer

2. UN(2022), United Nations Global Technical Regulation No.22, ECE/TRANS/180/Add.22

3. CARB(2021), Advanced Clean Cars(ACC) II Workshop May 6, 2021 ppt, 83p


* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2023년 7월호


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