전기 자동차(EV)의 리튬 이온 배터리는 충전 및 방전을 반복하는 과정에서 저장 가능한 전력량이 감소하고, 주행 거리가 짧아지는 것 외에도 중고차로서의 가치에도 영향을 미칩니다. 중국의 상하이電機学院 연구팀이 15대의 EV에서 얻은 실주행 데이터를 분석한 결과, 가장 거친 운전에서는 친환경 운전과 비교하여 1,000회 충방전 후 예측되는 배터리 용량 감소율이 약 2.5배에 달할 가능성이 제시되었습니다. Physics-aligned causal inference of driving styles on electric vehicles battery aging | Scientific Reports https://www.nature.com/articles/s41598-026-66428-x There's One Type of Driving to Avoid if You Want Your EV Battery to Last 2.5x Longer : ScienceAlert https://www.sciencealert.com/driving-your-ev-like-a-jerk-could-wear-out-the-battery-2-5-times-faster
분석 대상이 된 것은 중국·광저우시를 달리는 동일 모델의 EV 15대에서 2022년에 1년 동안 수집된 데이터입니다. 데이터에는 도심 교통 체증·郊외 간선 도로·고속도로에서의 주행이 포함되어 있으며, 속도·배터리 전류·충전 상태·전압·온도 등이 10초 간격으로 기록되었습니다. 연구팀은 정차 중이나 장시간 정지 등 데이터에서 특정 데이터를 제외하고, 남은 데이터를 60초 단위로 나누어 분석했습니다. 연구팀은 주행 데이터를 기계 학습으로 특징이 유사한 5개의 그룹으로 나누고, 배터리 부담이 적은 순서대로 레벨 1~5로 분류했습니다. 분류에는 속도나 가속도뿐만 아니라 배터리에서 흐르는 전류의 크기 등도 사용되었습니다. 레벨 1은 “친환경 운전”, 레벨 5는 “가장 거친 운전”으로 분류되었습니다. 레벨 2~4에는 개별 명칭이 지정되지 않았지만, 레벨이 상승함에 따라 가속이 격렬해지고 배터리에서 흐르는 전류도 커지는 중간적인 그룹입니다. 연구팀이 각 레벨에서 배터리에서 흐른 전류의 크기를 비교한 결과, 레벨 1~4에서는 단계적으로 증가하고, 레벨 5에서는 크게 폭발적으로 증가했습니다. 아래 그래프는 주행 중 배터리에서 얼마나 큰 전류가 흐른かを5단계의 운전 스타일별로 비교한 것으로, 가로축은 레벨, 세로축은 방전 전류의 실효값(effective value)을 나타냅니다. 상자(box)와 위아래로 뻗은 선은 동일한 레벨에서도 주행 구간에 따라 값이 넓게 분포한다는 것을 나타냅니다.
한편, 평균 속도는 레벨 1~4까지 상승하지만, 레벨 5에서는 레벨 1에 가까운 수준까지 하락합니다. 아래 그래프는 동일한 5단계의 운전 스타일에 대해 평균 주행 속도를 비교한 것으로, 가로축은 레벨, 세로축은 주행 구간별 평균 속도를 나타냅니다.
수치적으로 볼 때 레벨 5의 평균 속도는 레벨 1과 거의 동일한 시속 약 15.5km였지만, 배터리에서 흐르는 전류의 크기는 약 3.2배였습니다. 연구팀은 레벨 5의 운전에 대해 “교통 체증 중에 저속으로 반복적인 출발을 하거나, 무거운 짐을 싣고 언덕길을 오르느라 발생하는 상황이 포함된다”고 설명했습니다. 주행 속도가 느리더라도 모터에 반복적으로 큰 힘을 가하게 하는 방식은 배터리에 큰 부담을 줍니다. 다만, 도로의 경사 및 차량의 적재량은 기록되지 않았으므로 레벨 5의 부하가 운전자의 횡포한 조작으로 인한 것만이 아니라는 의미입니다. 연구팀은 각 레벨에서 관찰된 배터리 부하를 손상 예측 모델에 입력하여 1,000회 충전/방전 후 용량 감소율을 예측한 결과, 레벨 1~4에서는 21.15%에서 26.66%로 서서히 증가한 반면, 레벨 5에서는 53.22%에 도달했습니다. 가장 횡포한 운전에서는 친환경 운전의 약 2.5배에 해당하는 배터리 용량이 소모될 것으로 예측되었습니다. 아래 그래프는 60초 동안의 주행으로 배터리에 가해지는 부하를 비교한 것으로, X축은 5단계의 운전 스타일, Y축은 부하를 0부터 1로 환산한 지표입니다. 레벨 1~4에서는 서서히 증가하며, 레벨 5만이 크게 솟아오르는 것을 확인할 수 있습니다.
분석 대상이 광저우를 주행한 동일 모델의 15대 한정으로, 분석 시작 시점의 배터리 상태, 적재량, 도로 경사, 충전 기록 등을 기록하지 않았으므로, 연구팀은 “운전자의 횡포한 조작이 배터리 손상의 원인이라고 단정적으로 입증된 것은 아니며, 운전 외의 조건에 따른 영향을 가능한 한 배제하고 추정한 관련으로 해석해야 한다”고 밝혔습니다.
원문 보기 | 출처: Gigazine