전기자전거 배터리 관리하기

전기자전거 스토리 7회

2013년 05월호 원고

 

제목. 전기자전거 배터리 관리하기

부제목. 평범하지만 알아두고 지키면 좋은 배터리 관리법

 

머리글.

왜 배터리가 중요할까? 배터리는 전기자전거에서 가장 비싼 부품이다. 그리고 아쉽게도 소모품이다. 비싸지만, 소모품이라는 사실을 인정하고 나면 우리는 현명한 판단과 행동을 할 수 있다. 이 소모품을 별 탈 없이 오래 사용할 수 있는 것이다. 잘 관리하면 남들보다 오래 더 나은 성능을 유지할 수 있다. 전기자전거 배터리 관리에는 고도의 주의와 노력이 필요한 전문분야가 아니다. 조금만 신경 쓰면 불필요한 지출을 막고 즐거운 라이딩을 오래 지속할 수 있는 것들이 있다. 이번 호에서는 그 점을 알아보자.

 

하이브리드 자동차에서도 배터리는 가장 비싼 부품이다.

1997년에 최초의 양산 하이브리드 자동차인 1세대 프리우스(모델명 XW10)가 등장하였다. 이후 우리나라도 현대자동차가 하이브리드 자동차를 생산하면서 하이브리드 자동차의 생산국이 되었다. 예나 지금이나 여전히 하이브리드 자동차에 있어서도 배터리는 가장 비싼 부품이다. 전기자전거에 있어서도 배터리는 가장 비싼 부품이다.

 

1세대 프리우스

1997년에 출시된 최초의 양산 하이브리드 자동차이다. 1997년에 출시 당시 소비자 가격은 20,000달러로 이 중 배터리 가격만 3,000 달러여서 배터리 가격이 전체 자동차 가격의 15%나 되었다.

 

사용하지 않을 때에는 배터리의 전원을 꺼준다.

전기자전거 배터리에는 일정시간 동안 움직임이 없으면 자동으로 슬리프(Sleep) 모드로 전환되어 전기를 소모하지 않는 기능이 대부분 적용되어 있다. 이러한 일을 담당하는 부분을 배터리 매니지먼트 시스템(BMS, Battery Management System)이라고 한다. 하지만, 라이더가 먼저 전원 스위치를 꺼주는 습관을 들이면 적지만 그만큼 전기를 절약할 수 있다. 정차해있을 때에는 자동차의 시동을 끄듯이 전기자전거 배터리의 전원도 꺼주자.

 

한동안 타지 않을 때에는 한 달에 한번 충전하여 보관한다.

한겨울이나 출장, 여행 등으로 장기간 사용하지 않을 때에는 한 달에 한번 정도 충전하여 보관하는 것이 좋다. BMS에서 슬리프(Sleep) 모드를 완벽하게 지원하지 않는 모델의 경우, 만일 3개월 정도 사용하지 않았고 중간에 한번도 충전을 하지 않았다면 배터리는 그 기능을 상실하여 재충전이 되지 않을 수도 있다. 이렇게 배터리가 오랜 시간 방치로 충전되지 않는 경우를 '배터리가 죽었다(Battery Died)'라고 표현한다. 이럴 때에는 AS 센터를 찾아야 하는 불편함이 발생한다.

 

라이딩 후에는 항상 충전을 해놓는다.

예전에 니켈카드뮴(NiCd) 전지의 경우에는 메모리효과(Memory Effect)란 것이 있어서 완전히 방전하고 충전해야만 배터리를 오래 쓸 수 있다는 이야기가 있었다. 그러나 이것은 요즘 대부분의 전기자전거에 사용되고 있는 리튬이온 전지에는 해당되지 않는 이야기로 메모리효과를 걱정할 필요가 없다. 즉 자주 충전해도 된다. 짧은 거리를 주행하고 왔더라도 충전하는 습관을 들이면 갑자기 장거리를 가야 할 경우에도 걱정이 없다. 최근 휴대폰도 리튬이온 배터리를 사용하므로 자주 충전해도 성능이 크게 저하되지 않는 것과 같다. 아이폰의 경우에 음악을 넣기 위해 컴퓨터와 동기화하는 과정에 충전도 함께 되듯이 전기자전거 배터리도 자주 충전하자. 

 

납산 배터리 전기자전거를 타면 안 되는 것일까?

납산 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 절반 이상 저렴하다는 장점이 있으나 3배 정도 무겁고 충방전횟수도 300회 정도로 오래 사용할 수 없다는 단점이 있다. 납산 배터리로 인하여 전기자전거의 전체 무게도 늘어나기 때문에 에너지 효율도 당연히 떨어져서 주행거리도 짧아진다. 또한 전문적인 수거업체에 넘기지 않고 폐기하였을 경우에는 환경을 오염시키는 문제도 발생한다.

리튬이온 배터리의 경우에 지난 호에 기술하였듯이 충방전 횟수가 600~800회 정도이고 그 이후에도 배터리의 성능은 70~80%를 보일 정도로 뛰어나므로 가능한 리튬이온 배터리 모델을 추천하고 싶다. 하지만, 리튬이온 배터리의 전기자전거를 살 수 있는 경제적인 여건이 허락하지 않고 전기자전거는 꼭 필요한 상황이라면 납산 배터리 전기자전거도 하나의 선택이 될 수 있다.

 

배터리를 20% 정도 사용하고 완전히 충전하였다면?

리튬이온 배터리의 충방전 횟수는 600~800회 정도라고 이야기하였다. 그렇다면 짧은 거리를 주행하여 배터리를 20%밖에 사용하지 않았고 완전히 충전을 하였다면 충방전 횟수 1회에 해당할지 궁금할 것이다. 답은 '1회의 충방전 횟수에 해당되지 않는다'이다. 그렇다고 '20%씩 사용하고 충전하고'를 5번 반복한다면 '20곱하기 5'로 계산하여 배터리 사용량은 100%가 되므로 1회의 충방전횟수로 볼 수 있을까? 비슷하겠지만, 정확하게 같다고 볼 수는 없다. 자주 충전한다고 하여 그 '자주'가 매번 1회로 카운트 되는 것은 아니므로 자주 충전해도 무방하다.

 

배터리 수명보다 전기자전거를 오래 타고 싶다.

배터리는 수명이 있으므로 완전히 충전해서 타도 주행거리가 예전만 못해서 불편하다면 새로운 배터리를 구입해야 한다. 이 때에 전기자전거를 팔았던 회사가 문을 닫거나 그 모델이 단종되었다는 이유로 배터리를 팔지 않는다면 라이더의 입장에서는 큰 낭패가 아닐 수 없다. 그러므로 구입시에는 3~4년 후에 배터리의 수명이 다했을 때에도 배터리만 따로 구매할 수 있는 회사인지 판단해보는 것이 좋다. 특히 물건을 남들보다 오래 쓰는 편인 라이더라면 지속적으로 A/S를 받을 수 있는 물건인지 봐야 한다. 배터리보다 자전거의 내구성이 더 길기 때문이다. 중고로 팔 때에도 배터리만 따로 구매할 수 있는 모델이라면 더 좋은 가격을 받을 수 있겠다.

 

별도로 구입할 수 있는 배터리

대부분의 전기자전거는 배터리만 따로 구입할 수 있다. 3~5년 후에 배터리의 성능이 떨어져서 불편하다면 배터리만 구입할 수 있다. 배터리의 가격은 모델마다 다른데 일반적으로 30~60 만원 정도이다. 사진은 야마하 전기자전거 배터리이다.

 

라이딩 후에 배터리는 분리해서 실내에 보관하자.

배터리를 오래 사용하고 싶다면 라이딩 후에는 배터리를 분리해서 실내에서 보관하는 것이 좋다. 특히 열은 배터리의 성능을 저하시키는 주요 원인이므로 직사광선에 장시간 노출시키거나 고온의 차량 안에 두지 않도록 주의해야 한다.

배터리는 영하의 날씨에도 작동은 하지만 그 성능은 떨어진다. ‘상온’이라고 부르는 섭씨 25도 정도의 날씨에 최적의 컨디션을 유지하며 수명에도 영향을 준다. 평소에도 우리가 생활하고 있는 실내 환경의 온도에서 보관하면 가장 좋다.

 

충방전 횟수가 배터리의 수명과 직결된다.

전기를 한꺼번에 많이 쓰게 되면 바로바로 충전을 해야 하므로 충방전 횟수는 잦아지게 된다. 그러므로 스로틀 기능으로만 주행하면 전기를 많이 쓰게 된다. 스로틀의 편안함만을 추구하기보다는 스로틀과 파스 방식을 적절하게 잘 섞어서 쓰게 되면 배터리의 소모량이 상대적으로 줄어들 것이기 때문에 배터리도 더 오래 쓸 수가 있다. 만일 내 자전거가 파스 방식만을 지원한다면 모터가 도와주는 힘의 정도를 조금 덜 쓰는 것도 도움이 된다. 전기자전거는 사람과 전기의 힘이 하모니를 이루는 자전거이다. 모터만의 힘으로 가기 위해 배터리를 혹사시키면 배터리의 수명은 그만큼 줄어든다.

 

물기와 습기는 피하자.

전기자전거도 비 오는 날 타게 되는 경우가 있다. 맑은 날 출발했는데 돌아올 때는 소나기가 오는 경우도 많이 있다. 대부분의 전기자전거는 생활방수가 되도록 설계되어있기 때문에 비를 맞아도 괜찮다. 하지만, 전자제품의 성격도 있기 때문에 될 수 있으면 습기를 피하는 것이 좋다. 장마철의 비처럼 장대비가 많이 오는 날은 라이딩하지 않고 세워두는 것이 좋다. 불가피하게 비를 맞았다면 목적지에 가서 물기를 제거해주는 것이 좋다. 특히 배터리 또한 전자제품이므로 묻어있는 물기를 꼼꼼하게 닦아준 후에 보관해야 한다. 정리하자면, 비가 올 때에도 전기자전거를 탈 수 있지만, 아주 많이 오는 날은 피하는 것이 좋고 보관할 때에는 물기를 제거하자.

 

비 오는 날의 전기자전거

비를 맞고 있는 전기자전거다. 비 오는 날 전기자전거를 타도 될까? 된다. 하지만 배터리는 온도와 습도에 민감한 부품이므로 비 오는 날 타고 난 다음에는 물기를 닦아주고 건조한 곳에 보관하는 것이 좋다. 비가 아주 많이 오는 날이라면 라이딩을 피하는 것이 좋다.

 

리튬이온 배터리와 리튬폴리머 배터리의 차이점

마지막으로 요즘 전기자전거 배터리의 주류를 이루고 있는 리튬이온 배터리와 리튬폴리머 배터리의 차이점에 대해 알아보자. 리튬폴리머 배터리는 리튬이온 폴리머 배터리의 준말이다. 그래서 결론부터 이야기하자면 둘다 리튬이온 배터리여서 화학적인 성질이 유사하며 기능상의 차이는 없다. 다만 어떻게 패키징(Packaging)을 했는가가 차이점이다.

리튬이온 배터리는 작은 단위의 셀(Cell)을 배터리 케이스 안에 여러 개 배치하여 하나의 전기자전거 배터리로 만든 것이다. 예를 들어 18650 리튬이온 원통형 셀은 리튬이온 배터리를 만드는데 있어서 핵심부품이며 세계적인 히트상품이다. 이러한 셀은 액체인 화학 물질을 금속재질의 깡통모양(원형과 각형이 있다.) 안에 담아 보관하므로 충격에 강한 특성을 가지고 있어서 안전하게 사용할 수 있다.

리튬 폴리머 배터리는 전지를 셀 단위가 아니라 폴리머 팩(Pack) 단위로 만들어서 몇개의 팩을 묶어서 하나의 배터리 팩을 만든다. 팩은 화학적인 물질을 액체가 아닌 영양갱처럼 생긴 겔(Gel)안에 넣어 안전하게 만든 후, 이 겔을 알루미늄 팩 안에 담아서 만든다. 액체가 아니므로 화학물질이 새어 나오거나 서로 섞여서 문제가 발생될 확률이 낮으므로 안정적이지만, 알루미늄 팩이 셀보다 단단하지 못한 단점도 있다. 그렇다면 리튬이온과 리튬폴리머, 둘 중에 어떤 것이 더 우수할까? 답은 서로 장단점이 있으므로 한쪽에 손을 들어줄 수는 없다. 셀은 강한 케이스 안에 액체로 보관되고 있어서 안전하고 팩은 강한 케이스에 들어있지는 않지만, 안전한 겔 형태로 보관되어 있어서 안전하다.

보쉬나 바이오넥스같은 경우에는 원통형 셀을 이용하여 완성 배터리 팩를 만들고 알톤 이알프스나 삼천리 팬텀은 폴리머 팩을 이용하여 배터리 팩을 만든다. 그러므로 보쉬와 바이오넥스는 리튬이온 배터리이며 알톤과 삼천리는 리튬폴리머 배터리이다.

 

리튬이온 18650 전지셀

리튬이온 원통형 셀은 얼핏 건전지와 비슷한 모양을 하고 있지만, 재충전이 가능한 2차 전지로 전기자전거 배터리를 만들 때 사용되는 핵심부품이다.

 

리튬폴리머 팩

리튬이온 원통형 셀과 비교하여 다른 모양을 하고 있다. 폴리머 팩은 충전과 방전이 가능한 화학물질을 겔(Gel) 형태로 만들고 이것을 알루미늄 시트(Sheet)로 감싸서 위와 같은 형태로 만든 것이다. 이러한 팩을 여러장 겹쳐서 전기자전거 배터리 팩을 만든다.

 

보쉬 전기자전거 배터리

보쉬 전기자전거 배터리를 분해하면 18650 원통형 셀이 나온다. 이와 같이 전기자전거 배터리 안에는 건전지와 비슷한 모양의 작은 셀들이 여러 개 들어있다.

 

마치며

전기자전거 배터리에 대한 관리는 특별한 것이 없다. 타고 난 후 충전해서 보관하고, 실내에 보관하고, 타지 않을 때에는 한 달에 한번씩 충전해 두고, 비를 맞았다면 물기를 닦아주는 것 등이다. 평범하지만 작은 관심이 내 전기자전거를 남들보다 오래 사용하도록 해준다.