캘리포니아주 콜링가에 있는 테슬라의 배터리 스왑 스테이션 (출처: Teslarati)

국내외로 전기차의 판매가 급증하고 있는 가운데 여전히 해결되지 않은 문제로 긴 배터리 충전 시간이 있다. 전기차 업체들은 여러 방면으로 충전 시간을 줄이기 위한 방안을 강구하고 있으며, 이번 글에서는 그 중 하나인 배터리 교환식 충전 기술에 대해 알아보고자 한다. “스왑 스테이션(Swap Station)”이라 불리는 이 기술은 2013년 테슬라가 처음 선보였으며 당시 테슬라 CEO인 엘론 머스크는 “90초 안에 배터리 교환이 가능하도록 하겠다”고 한 바가 있다. 하지만, 전기차 소유주들 사이에서 해당 기술에 대한 여론이 좋지 않다는 것을 인식해 테슬라에서는 관련 서비스를 중단한 상태이다. 과거 테슬라는 스테이션에 진입한 차량의 아래 지하부에서 배터리를 교체하는 시스템을 선보였지만, 이번 글에서 다룰 “배터리 교환 시스템 및 기술” 특허에서는 리프트로 차량을 들어 올려 배터리를 교체하는 방식으로 시간을 단축시키겠다고 말하고 있다.

스왑 스테이션에서 리프트 된 차량

실시예에 따르면, 스왑 스테이션에는 배터리 교체를 위한 2개의 리프트가 있다. 차체(12)를 위아래로 움직이는 인보드 리프트(14)와 배터리를 위아래로 움직이는 아웃보드 리프트(16)이다. 스테이션에 진입하고 가이드에 의해 제 위치에 자리잡은 차체(12)는 인보드 리프트(14)에 고정되어 들어올려 진다. 차체 하단부의 사용된 배터리(34)는 아웃보드 리프트(16)에 의해 탈착되고 완충된 배터리 역시 아웃보드 리프트(16)에 의해 새로이 부착된다. 이 특허에서는 배터리 탈부착이 로봇으로 진행되는지 작업자에 의해 진행되는지는 언급하지 않고 있다. 사용 전, 사용 후 배터리는 이송 레일을 통해 배터리 저장장소로 운반된다.

스왑 스테이션 배치도

위 그림을 통해 스왑 스테이션의 배치를 확인할 수 있다. 스테이션 내에 보관된 새 배터리 역시 가위형 리프트를 통해서 자동으로 이송 레일까지 운반될 수 있다. 이후 차체가 위치한 곳까지는 이송 레일을 통해 운반된다. 사용자는 스테이션 입구로 들어와 차량을 리프트가 있는 위치까지 운전하고, 배터리 교체가 완료되면 출구를 통해 나가면 된다. 배터리 탈부착 과정을 제외하곤(언급되어 있지 않음) 스테이션에서의 모든 작업은 자동화되어 있어 인력이 필요하지 않을 수 있다.

중국의 전기차 스타트업 니오(NIO)의 배터리 교체 시설 (출처: 니오)

테슬라가 처음 선보인 스왑 스테이션은 현재 운영되고 있지 않다. 자신이 구매한 전기차의 배터리를 다른 사용자에게 주어야 한다는 부정적인 인식 때문에 테슬라 고객들의 관심을 받지 못했기 때문이다. 하지만 이 특허에서 다루고 있는 배터리 교체 시스템은 최근 중국에서 주목을 받고 있다. 제2의 테슬라로 불리는 중국의 니오(NIO)에서 2018년부터 스왑 스테이션을 운영하고 있으며 교체량이 지속적으로 상승하고 있는 것을 통해 확인할 수 있다. 게다가 중국 정부의 신재생자동차 보급 계획에 충전 인프라 구축이 포함되어 있어 스테이션의 대규모의 설치가 예상된다.

테슬라는 미국에서만 이 특허를 출원, 등록하였고 중국을 포함한 다른 국가에서는 특허출원하지 않았기 때문에 속지주의에 따라 니오는 특허 침해 우려 없이 중국 내에서 해당 기술을 자유로이 실시할 수 있다. 현재 스테이션 설치에는 약 6억원의 비용이 소요되어 이용 확산에 따른 수익성 개선만 따라준다면 전기차 충전소처럼 스왑 스테이션이 보편화될 것으로 기대해도 좋을 것이다.

특허법인ECM

변리사 이은심

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