“中 배터리 교환 판 커진다” 충전 기다릴 필요 없이 3분 교체, 전기차 급속충전 병목 해소

전기차 충전 부담에 배터리 교환 수요 확대
기업 공동 투자·지방정부 지원으로 교환망 확충
호환 차종 늘며 충전 시장 내 비중 확대 전망

중국에서 배터리 교환이 전기차의 충전 부담을 덜어주는 수단으로 자리 잡고 있다. 장거리 이동이 집중된 연휴 기간 교환 서비스 이용이 늘어난 가운데, 완성차·배터리 업체들도 사업 통합과 공동 투자로 교환 인프라 확충에 나섰다. 지방정부가 설비 보조금으로 이를 뒷받침하고 있으며, 중국의 교환 기술을 도입하려는 유럽 기업과의 협력도 구체화하는 추세다. 차세대 배터리인 전고체 배터리의 대중화까지 수년이 걸릴 것으로 예상되는 만큼, 교환망과 호환 차종이 확대되면서 전기차 충전 시장에서 배터리 교환의 비중도 커질 것으로 전망된다.

국경절 배터리 교환 119만 건

12일 중국 전기차 업체 니오의 충전·배터리 교환 실적에 따르면 이번 국경절 연휴(10월 1~7일) 중국 전역의 교환소 4,168곳에서 총 119만2,221건의 배터리 교환이 이뤄졌다. 하루 평균 약 17만 건으로, 지난해 같은 기간보다 22% 늘어난 규모다. 특히 연휴 초반과 귀경 시기에 이용이 몰리면서 하루 최다 기록도 두 차례 바뀌었다. 연휴 첫날인 1일에는 18만3,469건을 기록해 종전 최고치인 올해 춘제 연휴의 17만7,627건을 웃돌았고, 귀경 수요가 집중된 5일에는 18만3,664건까지 증가했다. 충전 서비스를 포함한 전체 이용 실적도 증가세를 보였다. 전국 충전·교환 시설 9,567곳에서 제공한 서비스는 총 207만1,582건으로 집계됐으며, 하루 평균 이용 건수는 전년 동기 대비 20.5% 늘었다.

장거리 이동이 집중된 고속도로에서도 배터리 교환 이용이 활발했다. 니오는 중국 내 550여 개 도시를 연결하는 고속도로 교환소 1,073곳을 운영 중으로, 이 가운데 250곳이 이번 연휴에 자체 하루 최다 교환 기록을 경신했다. 같은 기간 고속도로 충전·교환 시설의 전력 공급량은 2,483만 킬로와트시(kWh) 이상으로 전년 동기 대비 30.8% 증가했는데, 이는 중국 전체 고속도로 전기차 전력 공급량의 13.7%를 차지하는 수준이다. 연휴 장거리 여행에서 배터리 교환만으로 차량에 필요한 전력을 보충한 이용자는 20만3,581명으로 집계됐다. 산둥성 선양~하이커우 고속도로의 르자오 휴게소 교환소는 하루 최대 211건을 처리해 니오의 고속도로 교환소 가운데 이용량이 가장 많았다.

표1. 중국 배터리 교환망 확대를 위한 기업 협력 및 정책 지원

지리·니오, 배터리 교환 사업 통합 추진

세계 배터리 시장을 주도하는 중국은 이미 교환 서비스 확대에 필요한 생산 기반을 갖추고 있다. 이를 뒷받침할 교환망을 늘리기 위해 완성차 업체들도 지분 투자와 사업 통합에 나서고 있다. 지리홀딩스와 니오가 지난달 28일 발표한 충전·배터리 교환 사업 협력이 대표적이다. 지리는 배터리 교환 자회사 이이파워 지분 전량과 현금 6억4,000만 위안(약 1,277억5,000만원)을 출자해 니오파워 지분 30%를 확보하기로 했다. 거래가 마무리되면 이이파워의 영업용 차량 대상 교환 사업은 니오파워로 통합된다. 양사는 일반 소비자용 차량에 적용할 공통 교환 기술과 표준도 공동 개발할 계획이다. 지리가 배터리 교환형 차량을 출시하면 니오파워가 서비스를 맡아 교환망을 함께 이용하는 구조다. 충전 부문에서도 니오가 지리 산하 하오한에너지 지분 10%를 취득하고 양사의 충전망을 연결하기로 했으며, 니오파워는 2030년까지 교환소를 1만 곳으로 확대한다는 목표를 내놨다.

배터리 제조사와 국영 에너지 기업의 협력에 지방정부의 투자 지원도 더해지고 있다. 중국 최대 배터리 기업인 닝더스다이(CATL)는 지난해 시노펙과 전국 배터리 교환망 구축을 위한 협약을 맺고 장기적으로 교환소 1만 곳을 조성하기로 했다. CATL의 배터리·교환 기술과 시노펙의 전국 주유소망을 결합해 승용차와 대형 트럭의 교환 수요를 함께 확보하겠다는 전략이다. 교환소 설치에 드는 초기 비용은 지방정부가 보조한다. 상하이시는 지난해 4월부터 여러 브랜드와 차종이 이용할 수 있는 범용 교환소에 배터리를 제외한 충전·교환 장비 투자비의 40%를 지원하고 있다. 보조금 한도는 설비 용량 1킬로와트(kW)당 600위안으로 정했다.

中 배터리 교환 기술 유럽 진출 본격화

이런 가운데 전기차 업계에서는 중국의 배터리 교환 모델이 유럽 등 해외 시장으로 확산할 가능성에 주목하고 있다. 독일 프라운호퍼 물류연구소(IML)는 최근 분석에서 운행 일정이 촘촘하고 전력망 접속 여건이 제한된 화물 운송 분야에 배터리 교환이 유용할 것으로 평가했다. 차량이 충전을 위해 멈춰 있는 시간을 줄이고, 교환소에 보관된 배터리의 충전 시점을 조절해 전력 수요를 분산할 수 있다는 설명이다. 중국의 교환 기술을 유럽에 도입하려는 사업도 구체화하고 있다. CATL과 영국 옥토퍼스에너지는 지난 6월 전기트럭용 배터리 교환망을 공동으로 구축하겠다고 발표했다. 양사는 2027년 영국에서 첫 교환 거점을 가동하고, 2035년까지 유럽 전역에 30곳 이상을 조성할 계획이다.

배터리 교환의 최대 장점은 차량이 충전을 마칠 때까지 기다리는 시간을 줄일 수 있다는 데 있다. 초급속충전은 짧은 시간에 많은 전력을 공급해야 하는 만큼 전력망 접속 용량과 저장장치 확보가 중요하고, 배터리의 발열·열화를 억제할 기술도 뒷받침돼야 한다. 게다가 충전기 최대 출력이 충전 내내 유지되는 것도 아니다. 미국 에너지부에 따르면 대부분의 전기차 배터리는 충전율 80~100% 구간에서 충전 출력을 낮추기 때문에 완충까지 추가 시간이 길어질 수 있다. 반면 배터리 교환은 미리 충전해 둔 배터리를 장착하는 방식으로, 니오가 제시한 평균 교환 시간은 고작 3분이다. 운전자가 충전된 배터리로 운행을 재개하는 동안 교환소에서는 회수한 배터리를 별도로 충전한다.

전고체 배터리 보급에 가격·생산량 과제

전문가들은 전고체 배터리의 대중화까지 수년이 더 걸린다는 점에서, 당분간 배터리 교환이 전기차의 충전 부담을 줄이는 주요 수단으로 활용될 것으로 보고 있다. 전고체 배터리가 일부 차종에 탑재되더라도 일반 소비자가 구매할 수 있는 가격과 공급 규모를 갖추기까지는 추가 시간이 필요하기 때문이다. 특히 대량 생산 단계에서는 개발 과정에서 확보한 성능을 제품마다 균일하게 구현해야 한다. 전극과 고체 전해질의 접촉이 불안정하면 내부 저항이 커지고 충·방전 성능이 떨어질 수 있어, 소재 간 접촉 상태를 정밀하게 관리하는 제조 공정이 요구된다. 이 과정에서 불량률을 낮추고 생산 속도를 높여야 차량 가격에 반영되는 배터리 원가도 줄일 수 있다.

중국 정부와 배터리 업체가 제시한 상용화 일정에도 양산 기술을 확보하는 데 필요한 시간이 반영돼 있다. 중국 정부는 지난달 2030년 전고체 배터리의 초기 대규모 적용을 목표로 제시하면서 고체 전해질의 성능 개선과 제조 비용 절감 등을 추진 과제로 명시했다. 차량 탑재를 확대하기에 앞서 성능과 생산 비용 문제를 함께 해결하겠다는 구상이다. CATL 역시 2027년 소량 생산을 계획하면서도 2030년 이전에 수백만 대의 차량에 보급할 가능성은 낮게 평가했다. 소량 생산에 성공한 이후에도 품질을 안정적으로 유지하며 생산량을 늘리는 과정이 남아 있어, 초기 차량 탑재와 본격적인 대중화 사이에는 시차가 생길 전망이다.

中 배터리 교환망 확충으로 급속충전 의존도 완화

전고체 배터리의 상용화 일정을 고려하면 기존 배터리를 활용한 교환 서비스에 투자할 유인은 당분간 이어질 것으로 관측된다. 이미 판매 중인 교환형 차량을 대상으로 사업을 확대할 수 있고, 차세대 배터리 개발 상황에 맞춰 서비스에 적용할 기술도 추가할 수 있어서다. CATL은 향후 개발하는 신규 배터리 기술을 초코스왑을 지원하는 차종에 적용하겠다는 방침을 제시한 바 있다. 동시에 올해 공개한 충전·교환 통합 구상에는 승용차용 초코스왑과 대형 트럭용 치지 교환소에 초급속충전 설비를 함께 설치하는 방안을 담았다. 교환소의 변전 설비와 충전 모듈을 공동으로 활용하고, 필요할 때는 보관 중인 배터리에서 충전기로 전력을 공급하도록 설계했다.

충전·교환망 확대는 소비자의 전기차 이용 방식에도 변화를 가져올 것으로 전망된다. 집이나 직장에 충전 공간이 없는 운전자도 가까운 교환소에서 배터리를 바꿀 수 있게 되면 공용 급속충전기에 대한 의존도를 낮출 수 있어서다. 여기에 공통 교환 규격을 적용한 차종이 늘어나면 서비스 이용을 위해 특정 브랜드를 선택해야 하는 제약도 줄어들 수 있다. 소비자가 가격과 성능에 맞춰 차량을 고르면서 여러 브랜드가 공유하는 교환망을 이용할 여지가 커지는 것이다. 특히 교환소 접근성과 차량 선택 폭이 함께 개선되는 지역부터 배터리 교환이 급속충전 수요 일부를 흡수할 것으로 예상된다.