검색창 닫기
화학이야기

전기자전거 구매가 고민된다면? 전기자전거에 대한 오해와 진실!

2016년 10월 24일

가을철이 되면 한 여름의 무더위와 뜨거웠던 태양빛이 한풀 꺾여 대표적인 야외 스포츠인 자전거 라이딩을 하는 사람들이 늘어납니다. 하지만 평지나 트랙이 아닌 경사길이나 장거리 라이딩을 하게 되면 체력적인 부담을 느껴 힘겨워 하는 분들도 있습니다. 이런 분들에게 도움이 될 만한 것이 바로 전기자전거입니다.

전기자전거가 줄지어 서있다.

전기자전거는 전기배터리와 구동 모터를 장착하여 자전거를 타는 탑승자의 주행을 돕습니다. 최근 몇 년 사이 우리나라에서도 많이 상용화되어 주변에서도 찾아보기가 쉬워지고 있는 추세인데요. 세계적으로는 전기자전거가 이미 하나의 교통수단으로 떳떳이 자리잡고 있는 새로운 시장으로 발돋움하고 있습니다. 혹시 주위에서 전기자전거 구매에 관심을 갖고는 있지만 그 성능과 원리, 그리고 전기자전거 자체에 대한 이해가 부족하여 고민만 하는 분이 계신가요? 그런 분들을 위해서 오늘은 블로그지기가 전기자전거의 원리부터 전기자전거와 관련된 기본 상식들에 대해 이야기 해보도록 하겠습니다.


전기자전거란?

전세계 전기자전거 시장과 향후 성장성 원형 그래프-2013년 시장규모(전기 자전거66%, 전기 자동차 27%, 전기스쿠터:7%), 2018년 시장규모(전기 자전거:49%;전기 자동차:33%, 전기스쿠터:18%)

전기자전거는 현대화된 문명사회에서 공업기술에 의한 환경오염이 심해지면서 전 세계적으로 관심을 갖고 발전시키고 있는 기술분야입니다. 지구온난화 등 화석 에너지에 의한 환경오염을 개선하기 위해 전기차와 더불어 발전하게 되었습니다. 2015년 기준, 전 세계 전기자전거 시장의 판매량은 4,000만대 규모로 집계되었습니다. 이제 그 시장의 규모는 물론 기술력의 발전 속도로 보아 전기자전거도 엄연한 하나의 교통수단으로 인식되고 있는 모습입니다. 전기모터의 힘을 빌려 사람이 단독으로 주행했을 때 보다 더 멀리, 더 쉽게 자전거를 탈 수 있게 된다는 점에서 우리나라에서도 하나의 새로운 대체 교통수단으로 자리잡을 것으로 기대되고 있습니다.

전기자전거의 원리

전기자전거의 원리-전기자전거 핸들 스로틀 방식과 PAS방식

그럼 전기자전거는 어떤 원리로 작동하고, 어떤 방식으로 자전거 주행에 도움을 줄까요? 일반적으로 전기자전거는 2가지 방식으로 작동이 되는데요. 우선은 핸들의 버튼을 누르면 버튼에 의해 전달된 전기신호에 의해 전기모터가 작동하여 동력을 전달하는 핸들 스로틀(Throttle) 방식으로 우리나라를 비롯해 중국과 미국에서 주로 사용되고 있습니다. 거리에서 마치 스쿠터를 타듯 다리는 가만히 있고 작은 전기모터 소리를 내며 이동하는 전기자전거가 바로 여기에 해당됩니다. 또 다른 형태는 페달에 가해지는 압력을 센서가 감지하고 그 부하 여부에 따라 모터가 판단한 후 자동으로 동력을 더해주는 PAS(Pedal Assist System) 방식입니다. 이런 형태의 경우 상대적으로 자전거를 즐겨 타는 유럽과 일본 시장에서 많이 사용되며 스쿠터처럼 온전히 전기모터의 힘으로만 간다기보다는 힘 좋은 조력자를 탑승자에게 붙여주는 개념으로 이해하면 쉽습니다.

우리나라에서 전기자전거를 이야기하면 대부분의 분들은 보통 버튼을 통해 전기모터를 작동시키는 방식을 많이 생각합니다. 실제 자전거의 사전적 의미가 ‘사람이 타고 앉아 두 다리의 힘으로 바퀴를 돌려서 가게 된 탈 것’이라는 점을 생각한다면 이런 형태의 전기자전거는 자전거라기보다는 PHEV(플러그인 하이브리드) 자동차처럼 아예 그 동력원 자체를 이원화하여 사용하는 것으로 이해됩니다. 기술력이 추구하는 취지도 조금 다른데요. 핸들 스로틀 방식이 지친 사람을 대신해 전동모터가 대신 달리는 형태라면 유럽과 일본에서 주로 사용되는 페달 부하 인식을 통한 전기모터 구동 방식(PAS방식)은 많은 에너지를 요하는 언덕 길이나 장거리 운행 시 탑승자의 조력자 역할을 하는 보조에너지의 역할을 하게 됩니다.

전기자전거에 대한 오해와 진실

그럼 이번엔 전기자전거에 대해 공공연히 알려져 있는 다양한 상식들의 오해와 진실에 대해 알아보도록 하겠습니다.

전기자전거는 운동이 되지 않는다?  NO!

실제 우리나라에서 전기자전거에 대해 가장 많이 퍼져있는 잘못된 상식이 전기자전거는 전기모터로 달리기 때문에 이를 타는 탑승자에게 아무런 운동효과가 없다는 것입니다. 하지만 앞서 이야기 했듯이 우리나라에서 주로 사용되는 전기자전거의 형태가 버튼을 통한 전기모터 구동방식이기 때문에 생긴 오해입니다. 가만히 앉아 핸들만 잡고 주행을 하니 운동효과가 없을 것이라고 생각하는 것입니다.

전기자전거는 운동이 되지 않는다? NO!(실제 전기자전거를 통해 127kg을 감량한 여성의 다이어트 전후 사진)출처:론다 마틴의 페이스북(www.facebook/Living/LivingInsteadOfExisting)

최근에 등장한 전기자전거는 유럽과 일본에서 주로 사용되는 페달 부하 인식을 통한 전기모터의 자동 작동 방식이 주로 적용되고 있어 전기자전거를 타더라도 얼마든지 유산소운동을 할 수 있습니다. 또한 버튼을 통해 전기모터를 구동하는 핸들 스로틀 방식이라 하더라도 핸들을 잡고 균형을 잡으면서 근육을 사용하기 때문에 그 자체만으로도 충분히 운동효과가 있습니다.

실제 사례로 론다 마틴(Rhonda Martin)이라는 미국의 중년 여성은 2012년 몸무게가 207kg에 달했으나 전기자전거를 이용한 운동으로 127kg의 감량에 성공했습니다. 그녀는 식이요법과 걷기로 다이어트를 시작했지만 걷는 것에 한계를 느끼고 전기자전거를 타기 시작했다고 합니다. 물론 전기자전거만으로 론다 마틴이 다이어트에 성공한 것은 아니고 여러 가지 요인이 복합적으로 작용했겠지만, 그녀는 전기자전거가 준 동기부여가 가장 컸던 것으로 이야기하고 있습니다.

전기자전거는 타고 다니기만 하면 충전이 된다?  NO!

전기자전거는 여러 가지 다양한 형태의 동력원 구조를 갖고 있습니다. 전기자전거는 전기로 배터리를 충전하여 충전된 전기에너지를 소모하며 주행하는 방식이 가장 널리 사용되고 있습니다. 국내에서 출시된 전기자전거 중에는 달리는 동안 발생하는 에너지를 조금씩 배터리에 충전하여 주행에 다시 사용하는 회생 제동 장치를 통한 방식도 있습니다. 하지만 그렇다고 모든 전기자전거가 달리는 동안 충전이 되지는 않습니다. 그 이유는 달리는 동안 발생하는 에너지를 전기에너지로 전환해서 배터리에 저장한 후 다시 운동에너지로 전환해서 사용하는 것보다 그 에너지를 직접적으로 주행에 사용했을 때 에너지의 사용효율이 더 좋기 때문입니다. 가령 100kg이 넘는 자동차나 전동차의 경우는 그 무게와 주행속도로 인해 주행 중 발생하는 바퀴의 마찰에너지, 그리고 제동 중 발생하는 제동 에너지의 양이 많아 회생 제동 장치를 통해 전기에너지로 변환해도 그 효율이 우수합니다.

전기자전거를 충전하는 모습

하지만 상대적으로 무게가 가볍고 속도가 느린 자전거는 에너지 변환 및 저장을 위한 기기설치로 추가되는 무게가 오히려 에너지 소모량을 늘려 발전량 대비 비효율적인 구조를 갖게 됩니다. 때문에 주행과 제동에너지를 전기에너지로 바꾸는 것보다 차라리 직접적으로 주행에 사용하는 것이 더 효율적인 것입니다. 이런 이유로 많은 기업에서 전기자전거에 자체적인 발전기나 회생 제동 장치를 설치하는 것은 가능하나 실제 이런 기술을 적용하는 사례는 많지 않습니다.

전기자전거의 주행 시간은 정해져 있다?  NO!

전기자전거의 주행 시간은 전기자전거 구매를 고민하는 분들이 가장 궁금해하는 것 중 하나입니다. 하지만 실제 전기자전거도 교통수단인 만큼 주행 시간보다는 주행 거리를 기준으로 논하는 것이 맞습니다. 일반적으로 전기자전거의 주행 거리는 배터리의 용량에 영향을 받게 되어있습니다. 자동차의 연료탱크 용량과 같은 개념인데요. 하지만 이런 연료탱크 용량은 물리적인 용량에 해당하고 실제 주행 거리는 전기자전거를 타는 탑승자의 주행 습관 및 체중의 영향을 많이 받습니다. 자동차로 생각하면 바로 연비에 해당하는 것입니다. 자동차의 경우에도 차체에 많은 인원이 탑승하거나 짐을 실어 무거워지면 연비가 떨어지고, 급제동과 급정거가 많아도 연비 효율이 떨어지게 됩니다. 전기자전거 역시 탑승자의 무게가 무거워지거나 달리는 주행 속도가 빨라지면 그만큼 주행 가능 거리도 줄어들게 됩니다. 때문에 딱 정해진 주행 가능 시간이나 거리는 없으며 다만 표준조건(탑승자 체중 70kg / 평지 / 시속 25km 내외) 기준에서의 가늠 수치만 알 수 있습니다.

전기자전거는 무겁다?  NO!

전기자전거는 무겁다? NO! LG화학의 소형 전지 중 전기자전거에 사용되는 원통현 배터리- 특징: 높은 에너지 밀도/고출력/표준화 사이즈, 사용용도: 노트북, 전동공구, 전기자전거, 전기오토바이, 보조배터리, 무선청소기, 정원공구

2000년대 초반 우리나라에 전기자전거가 처음 출시되고 어느새 10여 년의 시간이 흘렀습니다. 많이 상용화되어 주변에서도 찾아보기가 쉬워지고 있는 추세라고 하지만 지난 2015년 기준 우리나라의 전기자전거 판매량은 17,000여 대 수준에 그쳤습니다. 전기자전거의 상용화가 이뤄졌음에도 이렇게 보급 속도가 생각보다 더딘 이유는 바로 전기자전거에 대한 편견 때문인데요. 과거 전기자전거 기술이 발달되지 않아 납 배터리를 사용할 당시의 전기자전거의 무게는 지금의 리튬 이온 배터리 적용 모델과 비교해 10kg 이상 더 무거웠습니다. 배터리 성능은 더 열악해 지금과 비교해 주행 가능 거리도 짧았는데요. 이런 무게와 주행 성능의 한계로 인해 전기자전거는 무겁고 비효율적이라는 인식이 생겼던 것입니다. 하지만 최근에는 LG화학의 뛰어난 리튬 이온 배터리 기술로 인해 고효율, 경량의 전기자전거 제작이 가능해졌습니다. 실제 지금 전기자전거에 장착되는 배터리와 모터의 무게는 국내외 기업들의 꾸준한 기술발전을 통해 3~10kg 내외로 경량화되어 이제는 전기자전거의 배터리가 모두 소진 되더라도 얼마든지 사람의 힘만으로도 주행할 수 있게 되었습니다.

전기자전거의 미래

전기자전거는 교통수단 시장에 처음 등장한 이후 꾸준한 기술 발전을 거듭해왔습니다. 납 배터리를 사용하던 시대에는 무게도 많이 나가고 효율도 낮아 전기자전거의 상용화는 이뤄져도 하나의 교통수단으로 인식하기엔 무리가 있었습니다. 하지만 지금은 핸들 스로틀 방식과 PAS 방식 외 다양한 방식으로 구동 방식도 발전하고 있고, LG화학을 비롯한 배터리 분야의 기업들이 괄목할 만한 기술발전을 거듭하며 과거와 비교할 수 없을 만큼 발전한 상태입니다. 실제 세계적인 경쟁력을 갖춘 LG화학의 리튬 이온 배터리는 리튬이온이 양극, 음극 사이를 이동하며 전기를 생산하는 2차 전지로, 스마트폰, 노트북과 같이 경량화된 전자제품에 주로 사용되고 있는 배터리입니다. LG화학은 1999년 국내 최초로 리튬이온전지 개발에 성공한 이후에 지금은 우수한 기술력과 혁신적인 제품개발로 세계적 기업으로 발돋움한 상태입니다.

유럽 전기자전거 판매량&국가별 자전거시장 대비 전기자전거 비중 및 교통 분담율 그래프(독일, 네덜란드, 일본 대비 한국이 가장 낮다)-상세내용 하단 참조

유럽 전기자전 판매량&구가별 자전가 시장 대비 전기자전거 비중 및 교통 분담율을 안내하는 표입니다.
구분시장규모(반대)전체 자전거 시장 대비(%)자전거 교통 분럄률(%)
독일4110.915
네델란드19.21932
일본446.514
한국1.50.52.16

이처럼 전기자전거와 전기자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리의 기술력은 우리나라가 최고임에도 막상 전기자전거의 보급률은 타 국가들 대비 낮은 편에 속합니다. 한편, 지금도 환경 문제에 민감한 유럽의 경우 전기자전거 개발에 박차를 가하고 있고 이미 많은 사람들이 전기자전거를 대체교통수단으로 사용하고 있습니다. 중국의 경우도 배기가스와 관련해 전 세계적인 압박을 받으며 전기자전거를 이용하는 인구의 비중이 급증하고 있는 만큼 향후 전기자전거가 전기자동차의 뒤를 이어 세계적인 교통 트렌드로 자리 잡을 것으로 예상됩니다.

우리나라도 뛰어난 리튬 이온 배터리 기술력을 바탕으로 이런 세계적인 추세에 발 맞춰 환경오염의 개선과 에너지절약, 건강증진까지 도모할 수 있는 전기자전거 개발에 힘써야 할 때가 아닐까 하는데요. 전화가 스마트폰으로, 슈퍼 컴퓨터가 노트북으로 발전했듯 지금의 전기자전거 역시 미래에는 초경량 배터리로 부피도, 무게도 감소한 편리한 형태로 발전할 날을 기대해봅니다.

 

3개의 댓글이 있습니다.

    • LG화학 블로그지기

      안녕하세요, LG케미토피아의 글에 관심 가져주셔서 매우 감사드립니다. 해당 기사의 경우 하단에 당사 콘텐츠를 바탕으로 작성한 기사로, 하단에 당사 출처가 명기되어 있습니다. 앞으로도 LG케미토피아에 지속적인 관심을 부탁드립니다. 감사합니다.


새 댓글을 입력하세요.

소셜 로그인

TOP