추운 날씨의 전기차 주행거리: 배터리 손실의 과학적 원리

매년 겨울마다 같은 수치가 돌아다닌다. 전기차(EV)는 추운 날씨에 항속거리(range)의 약 40%를 잃는다는 것이다. 미국 연방정부는 이 수치를 41%로 공표한다. 틀린 말은 아니다. 하지만 그것이 당신의 차에 실제로 일어나는 일도 아니며, 이 둘 사이의 간극이야말로 모든 유용한 판단이 시작되는 지점이다.

그 수치는 2019년에 특정 방식으로 진행된 특정 테스트에서 나온 것이다. 같은 기관이 2026년 5월 더 신형 차량들로 실험을 재현했고, 39.0%라는 결과를 얻었다. 히트펌프, 옥토밸브(octovalve), 열관리 시스템 관련 보도자료가 쏟아진 7년 동안 이 수치는 겨우 2%포인트 움직였다.

두 번의 테스트 모두에서 정말 흥미로운 결과는 헤드라인 수치가 아니었다. 엔지니어들이 히터를 껐을 때 무슨 일이 일어났는지가 진짜 핵심이었다.

EV는 겨울에 실제로 항속거리를 얼마나 잃을까?

세 가지 독립된 근거 자료가 있는데, 서로 일치하지 않는다. 여기서부터 시작해 보자.

2019년 수치는 AAA의 전기차 항속거리 테스트 보고서에서 나온 것으로, 2018년형 BMW i3s, 2018년형 쉐보레 볼트, 2018년형 닛산 리프, 2017년형 테슬라 모델 S 75D, 2017년형 폭스바겐 e-골프를 온도 조절 챔버 안 섀시 다이나모미터 위에 올려놓고 배터리가 방전될 때까지 주행시킨 결과다. 냉난방공조(HVAC) 시스템을 가동한 상태로 20°F에서 주행했을 때, 75°F 기준 대비 복합 주행 항속거리는 평균 41% 감소했다. 이것이 바로 미국 에너지부(DOE)가 공표하는 수치이며, DOE는 이를 명확히 밝히고 있다. “EV에 대한 추정치는 2019년 AAA 연구를 기반으로 한다.”

2026년 5월, AAA는 최신 EV 3대와 하이브리드 3대로 같은 테스트를 재현했다. 저온 시 항속거리 손실은 39.0%로 나왔다. 7년간의 열관리 기술 발전이 헤드라인 수치를 겨우 2%포인트 바꾼 셈이다.

한편 Recurrent는 챔버에서 5대를 테스트하는 대신 34개 모델, 30,000대 이상의 실주행 차량에서 텔레메트리 데이터를 수집하는데, 이에 따르면 EV는 32°F에서 최대 항속거리의 78%, 20°F에서 70%를 유지한다. 이는 실험실 수치가 39%라고 말하는 지점에서 30% 손실에 해당한다.

두 수치 모두 거짓이 아니다. 실험실은 실내 온도를 72°F로 유지하고 송풍기를 최대로 튼 채 배터리가 완전히 방전될 때까지 주행시킨다. 이는 의도적으로 설정한 상한선이다. 실주행 데이터는 실제 사람들이 코트를 입고 출근할 때 벌어지는 일이다.

배터리 탓일까, 히터 탓일까?

이것이야말로 당신이 무엇을 해야 하는지를 바꾸는 질문이며, 검색 결과 첫 페이지에서 이 질문에 답하는 글은 거의 없다.

AAA는 동일한 5대의 차량을 20°F에서 HVAC를 끈 상태로도 테스트했다. 복합 주행 항속거리는 12% 감소했고, 등가 연비(MPGe, 갤런당 가솔린 등가 마일)는 8% 감소했다. 히터를 켜면 손실은 12%에서 41%로 뛴다.

즉, 영하의 날씨에 잃는 41퍼센트포인트 중 약 29포인트가 실내 난방 때문이라는 뜻이다. DOE도 스스로 같은 결론을 내리고 있다. “추가로 소비되는 에너지의 약 3분의 2는 실내 난방에 사용된다.”

물리학적으로 보면 그리 대단한 이야기는 아니다. 가솔린 엔진은 효율이 약 25%에 불과해 엄청난 폐열을 방출하며, 히터는 이 폐열을 공짜로 재활용하는 것이다. 전기 구동계는 워낙 효율이 높아서 재활용할 폐열이 거의 없기 때문에 실내 온기를 인위적으로 만들어내야 한다. 저항 방식 시스템에서는 고저항 발열체에 전류를 흘려보내는 방식을 쓰는데, AAA는 이때 소비 전력이 차종에 따라 보통 2~4킬로와트에 달한다고 측정했다. 시트 열선은 수십 와트를 소비한다. 비교가 안 되는 수준이다.

배터리 자체는 상대적으로 작은 범인이다. 추위는 셀 내부의 확산, 전도도, 반응 속도를 늦추며, 테스트한 모든 차량은 손상을 막기 위해 20°F에서 최대 방전 용량을 낮췄다. 이것이 바로 그 12%다. 실재하는 손실이고 피할 수 없는 손실이지만, 겨울철 항속거리 손실 대부분을 차지하는 원인은 아니다.

히트펌프를 달면 해결될까?

부분적으로는 그렇지만, 아마 당신이 생각하는 지점은 아닐 것이다.

히트펌프는 열을 만드는 대신 옮기는 방식이기 때문에, 전기 1단위당 열 34단위를 만들어낼 수 있다. Recurrent의 실주행 데이터에 따르면 히트펌프 탑재 차량은 약 30°F 부근에서 겨울철 항속거리를 810% 더 확보한다. 이는 실질적이고 측정 가능한 이점이며, 겨울철 EV 관련 조언 중 가장 자주 반복되는 내용이다.

그런데 AAA 자체 실험 결과를 보면 이야기가 달라진다. AAA가 테스트한 5대 중 2대, BMW i3s와 닛산 리프는 극저온용 보조 저항 히터를 갖춘 히트펌프를 탑재했고, 볼트와 모델 S, e-골프는 저항식 히터만 갖추고 있었다. AAA는 히트펌프 탑재 차량이 손실이 훨씬 적을 것이라는 가설을 세우고 실험에 들어갔다. 결과는 그렇지 않았다. i3s는 이 실험군 중 가장 큰 손실인 50%를 기록했고, 리프는 가장 작은 31%를 기록했으며, 저항식 히터를 쓴 나머지 세 차량은 각각 47%, 38%, 36%로 그 사이에 자리 잡았다. 히트펌프 탑재 차량 2대가 전체 결과의 양극단을 차지한 셈이다.

AAA의 결론은 그대로 인용할 가치가 있다. 여기서 “방식(mechanism)“이란 히터를 사용했는지 여부가 아니라 장착된 히터의 종류를 의미한다는 점에 유의하라. 같은 보고서 바로 앞 문장은 HVAC 사용 자체가 모든 차량에서 큰 손실을 일으켰다는 점을 확인해 준다. “실내 난방 방식이 에너지 소비량, 주행 항속거리, 등가 연비 측면에서 차량 성능에 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 히트펌프는 극한의 저온 환경에서는 대체로 효과가 없다. 20°F에서는 실내 온도를 유지하기 위해 보조 저항 히터가 사용되었을 가능성이 높다.”

5대라는 표본은 작고, 크기와 무게, 기본 항속거리도 제각각이어서 이것이 난방 방식에 대한 엄격하게 통제된 비교라고 보기는 어렵다. 하지만 그 작동 원리는 두 결과를 모순 없이 설명해 준다. 히트펌프는 외부 공기에서 열을 뽑아낸다. 바깥 공기가 차가워질수록 뽑아낼 열은 줄어들고, 결국 시스템은 포기하고 원래 대체하려던 저항식 발열체에 그 역할을 넘긴다. Recurrent도 같은 현상을 언급하며, 히트펌프가 “극도로 낮은 온도에서는 PTC 히터에 비해 효과가 떨어진다”고 설명한다. 여기서 PTC란 정온도계수(positive temperature coefficient) 저항 발열체를 뜻한다.

히트펌프는 ‘적당히 추운’ 환경을 위한 장치다. 30°F 부근에서는 제 몫을 하지만, 0°F 부근이 되면 조용히 존재감을 잃는다.

아무도 테스트하지 않는 40°F의 겨울

AAA도 Recurrent도 35°F~45°F 구간에 대한 수치는 발표하지 않는다. AAA의 챔버 테스트는 20°F, 75°F, 95°F만 다뤘다. Recurrent는 32°F와 20°F 수치만 보고한다. 이 공백은 정확히 미국 대다수 인구가 겨울을 보내는 구간이며, 태평양 연안 북서부(Pacific Northwest)처럼 해양성 기후 지역이라면 겨울 내내 머무는 구간이기도 하다.

데이터에서 확인할 수 있는 것은 이렇다. 이 구간에서는 배터리로 인한 손실이 거의 없다시피 하는데, 20°F에서조차 히터를 끈 상태의 손실이 12%에 불과하기 때문이며, 히트펌프도 거의 최상의 성능을 발휘하고 있는 구간이다. 이 구간에서 손실의 대부분을 차지하는 요인은 아직 추위에 무릎 꿇지 않은 시스템에서의 실내 난방이다. 즉, 온화한 겨울을 보내는 운전자일수록 목록에서 가장 저렴한 대책의 효과를 가장 크게 누릴 수 있고, 다른 차를 사는 것에서 얻을 이득은 가장 적다는 뜻이다.

다만 이 구간에 대해서는 전체 차량군 데이터가 아닌 단일 소유주 비교이긴 하지만, 실제 사례 하나가 존재한다. Recurrent는 EV Charger Reviews의 Michael Kim이 진행한 테스트를 인용하는데, 그는 저항식 히터를 쓰는 테슬라 모델 3와 히트펌프를 쓰는 모델 Y를 약 30°F에서 비교했고, 모델 3의 에너지 소비량은 26% 증가한 반면 모델 Y는 8% 증가하는 데 그쳤다. 여기서 중요한 차이는 2021년 리프레시 이전에 생산된 모델 3는 저항식 히터를 쓰는 반면, 모델 Y는 출시 당시부터 히트펌프를 탑재했다는 점이다. 같은 제조사, 같은 시대의 차량인데도 난방으로 인한 손실이 세 배 차이가 난다.

가솔린차와 하이브리드차도 추위에 항속거리를 잃을까?

그렇다. 그리고 그 비교 결과는 인터넷에서 흔히 말하는 것보다 가솔린차에게 그리 유리하지 않다.

일반 가솔린차의 도심 연비는 77°F에 비해 20°F에서 약 15% 낮으며, 3~4마일의 단거리 주행에서는 최대 24%까지 떨어질 수 있다. AAA의 2026년 테스트에서는 하이브리드차가 20°F에서 연비 손실 22.8%를 기록했다.

이 결과는 테스트를 진행한 사람들조차 놀라게 했다. AAA의 자동차 엔지니어링 및 연구 담당 이사인 Greg Brannon은 이렇게 말했다. “EV는 온화한 온도에서는 효율적이지만 추운 날씨에는 항속거리를 크게 잃습니다. 이전 연구를 통해 어느 정도 예상했던 결과이지만, 추운 날씨에서 하이브리드의 연비가 23%나 감소한 것은 예상 밖이었습니다.”

그럼에도 EV의 손실이 더 큰 것은 사실이다. 정직하게 정리하면, 겨울은 모든 동력계에 부과되는 일종의 세금이고 그중 EV가 가장 많은 세금을 내지만, 그 격차는 “EV는 겨울에 무용지물”이라는 식의 통설이 암시하는 것보다는 훨씬 좁다.

예열(preconditioning)은 실제로 항속거리를 아껴줄까?

충전 케이블이 꽂혀 있을 때만 그렇다. 이 부분은 흔히 잘못 알려진 조언 중 하나다.

충전기에 연결된 상태에서 예열하면 난방에 필요한 에너지 부담이 벽면 콘센트(전력망) 쪽으로 넘어간다. DOE도 이를 명시하고 있다. “플러그인 하이브리드나 전기차를 운전한다면, 충전기에 연결된 상태에서 실내를 예열하면 항속거리를 늘릴 수 있습니다.” AAA의 2026년 권고 사항도 같은 내용을 담고 있으며, “충전 케이블을 꽂은 상태에서 EV를 예열하라”고 구체적으로 명시한다.

케이블을 꽂지 않은 상태에서 예열하면, 결국 아끼려던 배터리에서 그만큼의 에너지를 그대로 소비하는 셈이다. 쾌적함과 더 빠른 충전을 위해 배터리를 데워둔다는 장점은 있지만, 두 가지 모두 나름의 가치는 있다. 다만 주행거리를 벌어주지는 못한다.

효과가 있는 방법들, 순위별 정리

DOE가 제시하는 EV용 목록은 짧으며, 에너지를 절약하고 항속거리를 늘리기 위해 실내 히터 대신 시트 열선을 사용할 것, 타이어 공기압을 정기적으로 확인할 것, 그리고 더 따뜻한 곳에 주차할 것을 포함한다. AAA는 여기에 타이어 공기압을 적정하게 유지하고 극한 기온에서는 온건하게 운전할 것을 덧붙인다.

여기서 주목할 점은, 이 목록 어디에도 제품을 구매하라는 항목이 없다는 것이다. 가장 효과가 큰 두 가지 대책은 이미 당신의 계기판에 있는 버튼과 이미 당신이 가지고 있는 케이블이다.

윈터 타이어는 그래도 사둘 가치가 있는 유일한 구매 품목이지만, 이는 항속거리보다는 안전에 관한 결정이다. 흔히 윈터 타이어에 따라붙는다는 효율 손실은 여러 가이드가 말하는 것보다 실제로는 훨씬 규명하기 어려운 것으로 드러났으며, 윈터 타이어에 관한 질문에서 이 부분을 별도로 자세히 다룬다.

추위는 실제로 얼마나 비용을 치르게 할까?

AAA는 2026년 3월에 이를 비용으로 환산했다. 20°F에서 가정용 전기요금으로 충전하는 EV의 운영 비용은 1,000마일당 32.11달러 상승했고, 공용 충전망을 이용하는 경우에는 1,000마일당 76.93달러 상승했다. 하이브리드차는 1,000마일당 28.44달러 상승했다.

행동을 바꿔야 할 만한 수치는 공용 충전 쪽이다. 겨울은 자택에 콘센트가 없는 것에 대한 페널티를 대략 두 배로 키운다. 같은 저온 테스트에서, 가정에서 충전한 EV는 여전히 하이브리드보다 1,000마일당 36.19달러 더 저렴했지만, 공용 충전망에서 충전한 동일한 EV는 오히려 86.26달러 더 비쌌다.

겨울이 EV의 운영비가 저렴한지 여부를 결정하는 것이 아니다. 어디서 충전하느냐가 그것을 결정하며, 겨울은 그 답을 양방향으로 증폭시킬 뿐이다.

배터리 화학 방식이 다르면 답도 달라질까?

이는 지금까지의 모든 내용에 대한 가장 강력한 반론이며, 무시하고 넘어갈 것이 아니라 정직하게 답할 가치가 있다.

12%라는 ‘배터리만의 손실’ 수치는 2019년, 2017~2018년식 니켈계 양극재를 사용하는 차량 5대를 대상으로 측정된 것이다. 오늘날 많은 보급형 트림에는 리튬인산철(LFP) 배터리가 표준으로 탑재되고 있으며, LFP는 저온 성능이 더 약하다고 널리 알려져 있다.

정직하게 말하면 현재 증거의 상태는 이렇다. 이 글이 근거로 삼는 두 데이터셋 모두 양극재 화학 방식별로 결과를 구분하지 않는다. AAA는 특정 차량 5대를 테스트하고 차종별 수치를 보고했을 뿐, 화학 방식별로 그룹화하지 않았다. Recurrent는 34개 모델을 아우르는 전체 차량군 평균치를 보고한다. AAA가 히터 대 배터리를 놓고 했던 것과 같은 수준의 비교를, LFP 대 니켈에 대해 수행한 사례는 아직 아무도 없으며, 인터넷에 떠도는 관련 수치들은 순위를 뒤집을 만큼 서로 엇갈린다. 그런 이유로 이 글에서는 그런 수치를 인용하지 않았다.

따라서 이 글의 핵심 발견에는 다음과 같은 명시적 한계가 있다는 점을 알아두어야 한다. ‘손실의 3분의 2는 실내 난방 때문’이라는 분석은 니켈계 배터리 차량을 대상으로 측정된 것이며, 만약 당신이 LFP 차량을 운전한다면 이 결론은 당신에게는 덜 들어맞을 가능성이 크다. 그 차이가 정확히 얼마나 되는지를 밝힌 수치는 아직 아무도 발표하지 않았다.

이는 우선순위를 바꾼다. LFP 차량 소유자에게 가장 먼저 권할 대책은 시트 열선이 아니라, 외부 전원으로 배터리 팩을 예열하는 것이다. 출발 전 배터리를 데워두는 것이야말로 이 목록에서 유일하게 시트 열선이 손대지 못하는 손실 부분을 건드리는 대책이기 때문이다. 조언 자체가 무너지는 것은 아니다. 다만 우선순위가 바뀔 뿐이다.

나트륨이온 배터리가 겨울철 항속거리 문제를 해결할까?

가능성은 있지만, 아직은 시기상조이며 적어도 미국에서 살 수 있는 차량 이야기는 아니다.

나트륨이온 화학 방식은 실제로 저온에 더 적합한데, 나트륨 이온과 전해질 사이의 결합력이 약해서 전해질이 걸쭉해지는 저온에서도 이온이 계속 이동할 수 있기 때문이다. CATL은 자사의 나트륨이온 배터리 Naxtra가 “영하 30°C에서 동급 LFP 배터리 대비 거의 3배에 달하는 방전 출력을 제공하며, 영하 40°C에서도 90% 이상의 용량 보존율을 유지하고, 영하 50°C에 이르는 온도에서도 안정적인 출력을 낼 수 있다”고 밝혔다. 이는 독립적으로 검증된 결과가 아니라 제조사 자체 발표 수치다. CATL과 창안(Changan)은 CATL이 “나트륨이온 배터리를 탑재한 세계 최초의 양산형 승용차”라고 설명하는 차량을 공개했으며, CATL에 따르면 2026년 중반까지 시장에 출시될 예정이다. 미국에서 판매되는 차량은 아니다.

이를 향후 10년 안에 이 문제가 줄어들 것이라 기대할 근거로 받아들이되, 지금 구매를 미룰 이유로는 삼지 말아야 한다. 이 글을 포함해 어떤 기사에 나온 수치를 그대로 믿기보다는, CATL의 공식 페이지에서 현재 상황을 직접 확인하기 바란다.

겨울철 항속거리 체크리스트

추위가 본격화되기 전에:

1. 충전 케이블에 연결된 상태에서 매번 예열하고, 차량이 지원한다면 예약 기능을 활용하라. 이것이 유일하게 진짜 공짜인 대책이다.
2. 시트·스티어링 휠 열선을 먼저 사용하고, 실내 히터는 그다음에 사용하라. 추가로 소비되는 에너지의 약 3분의 2는 실내 난방에 쓰인다.
3. 실주행 데이터를 기준으로 20°F에서는 표기 항속거리 대비 약 30% 낮게, 영하 부근에서는 약 22% 낮게 겨울철 기대치를 잡고, 강추위에는 그보다 더 나빠질 것으로 예상하라.
4. 기온이 떨어지면 타이어 공기압을 확인하라.
5. 가능하다면 실내 주차를 하라.
6. 공용 충전소를 이용한다면 그에 맞춰 예산을 잡아라. 겨울철 진짜 부담이 되는 부분은 바로 여기다.

차량이 정차해 있는 동안 내부에서 실제로 일어나는 일에 대한 더 깊은 원리는 테슬라의 저전력 모드(Low Power Mode)의 과학적 원리와, 항속거리 추정 알고리즘이 물리 법칙을 중심으로 스스로를 재구성한 과정을 참고하라. 추운 계절이 신규 오너들에게 가르쳐주는 그 밖의 교훈에 대해서는 신규 EV 오너들이 저지르는 실수들에서 실제로 돈이 나가는 실수들을 다루고 있다.

다음으로 신뢰할 만한 수치는 AAA가 이 테스트를 세 번째로 진행할 때 나올 것이다. 2019년과 2026년 사이의 2%포인트 변화를 보면, 정말 주목해야 할 것은 헤드라인 퍼센티지가 떨어지는지 여부가 아니다. 정말 중요한 것은 대다수 운전자가 실제로 경험하는 그 40°F의 겨울을 언젠가 누군가 제대로 측정해줄 것인가이다.

출처 (8)

• fueleconomy.gov DOE fueleconomy.gov: Fuel Economy in Cold Weather
• newsroom.aaa.com AAA Electric Vehicle Range Testing Report, February 2019
• newsroom.aaa.com AAA Fact Sheet: EV vs Hybrid Temperature Efficiency Testing, May 2026
• newsroom.aaa.com AAA Newsroom: Temperature Impacts on EV and Hybrid Performance
• recurrentauto.com Recurrent: Winter EV Range Loss Study
• recurrentauto.com Recurrent: Heat Pumps in Electric Vehicles
• insideevs.com All Tesla Vehicles Now Have Efficiency-Boosting Heat Pump
• catl.com CATL and Changan Launch First Mass-Production Sodium-Ion Passenger Vehicle