전기자동차 선택인가? 필수인가?

전기자동차 선택인가? 필수인가?
2009.10.30 19:13 | 경제신문 |

http://kr.blog.yahoo.com/jnda84/1366158


[머니투데이 이치훈 웅진루카스투자자문 애널리스트][웅진루카스의 시장을 보는 눈]




오는 12월 코펜하겐 유엔기후변화협약을 앞두고 세계는 지금 배출가스 규제 문제에 상당히 민감해져 있다. 자동차산업에서 이와 같은 환경규제에 부응하기 위해서는 기존 내연기관의 개선만으로는 어렵기 때문에 HEV(Hybrid), PHEV(Plug-in type), EV(Electric Vehicle)의 시장이 커질 수밖에 없다. 2015년까지 미국과 유럽은 CO2배출량을 회사 평균으로 130g/km 이하로 맞출 것을 요구하고 있고 이를 초과할 경우 적지 않은 할증금을 부과할 것으로 확정 발표했다. 또한 미국의 경우 2016년까지 승용차는 39mpg, Light Truck은 30mpg 이상의 연비를 요구하고 이 경우에도 벌금을 부과할 것으로 보인다.




최근 미래에셋증권이 보고서를 통해 미국과 유럽 내 주요 자동차회사들의 2016년 기준 과징금 규모를 추정한 것을 보면 원화 환산기준 수천억원에서 1조원이 넘는 회사가 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 HEV 및 EV시장 규모는 강제적으로 커질 수밖에 없다.




이렇게 환경 관련 규제의 움직임이 최근에 들어서 급작스럽게 활발해진 이유는 글로벌 경기침체를 겪으면서 미국의 GM 등 대형 자동차회사의 로비력이 약화되어 정부의 적극적인 규제가 이전보다 쉽게 시장에 적용될 수 있게 되었기 때문이다(민간기업에서는 새로운 기술에 대한 투자가 이루어져야 하기 때문에 반가운 뉴스만은 아니기 때문에 이전에는 정부측과 민간기업의 중간수준의 규제로 시장에 적용되었다).



↑미국 내 주요 자동차 회사별 연간 과징금 규모(2016년 기준), 출처: 미래에셋증권






↑유럽 내 주요 자동차 회사별 연간 과징금 규모(2016년 기준), 출처: 미래에셋증권







어쨌든 이렇게 급격하게 커질 가능성이 높은 전기자동차시장에서 국내 업체들은 발 빠르게 준비해서 경쟁력을 키워야 함이 분명하다. 그렇다면 전기자동차시대에서는 어떤 부품들이 주목을 받을 것인지를 알아야 하며 이를 위해서는 각종 부품에 대한 이해가 필요하다.




◆전기자동차, 무엇을 필요로 하는가?




자동차가 내연기관의 힘이 아니라 순수하게 전기의 힘만으로 구동된다면 자동차 부품시장도 지금과는 많이 달라질 것이다. 가장 먼저 생각해 볼 수 있는 것은 자동차에서 에너지의 근원인 엔진이 모터로 바뀐다는 것인데 자동차를 굴러가게 할 정도의 힘이 있는 구동모터는 일반직류모터의 효율로는 아직 구현하기 힘들고 교류모터라 하더라도 단상이 아닌 삼상 모터가 사용되어야 한다(삼상모터는 교류전압 및 전류가 sine파형으로 발생하게 될 때 3개의 발전코일이 있어 sine파형을 120도 간격으로 발생시키게 되어 효율이 높은 모터를 말함). 따라서 2차전지로부터 전기를 공급받는 구동모터는 교류를 직류로 변환 시켜주는 인버터(Inverter)가 필요하며 대전력이 소요되기 때문에 대전력 스위칭 및 제어용 파워모듈인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)모듈(KEC)도 포함되어야 한다. 충전되는 전압과 구동모터에 사용되는 전압이 다른 경우라면 컨버터도 필요하다.




또한 구동모터에서는 수백볼트의 고전압을 필요로 하지만 보조기기에서는 12V의 저전압이 사용되기 때문에 DC/DC 컨버터(Converter)는 필수적이다. 도요타에서는 인버터와 컨버터 등을 묶어서 하나의 모듈로 만들어 PCU(Power Control Unit)라고 부르고 있는데 이것이 최근에는 그냥 통용되고 있는 추세이다(LS산전).




현재의 자동차에서도 전장부품을 제어하기 위해 ECU(Electric Control Unit)가 사용되고 있지만 전기자동차에서는 각 부문에서 추가로 ECU가 필요하게 된다. 가장 대표적인 것이 에어컨 시스템인데 내연기관자동차에서는 엔진에 연결된 벨트로 에어컨을 가동하지만 전기자동차는 정지한 상태에서 아무런 동력이 작동하지 않기 때문에 에어컨을 작동하기 위한 모터가 따로 필요하다(하이브리드자동차의 경우에도 정지 시에는 엔진이 정지하므로 마찬가지다). 따라서 이를 제어하기 위한 ECU도 새롭게 필요하게 되며 이때 모터의 과열을 방지하기 위해 기존의 냉매보다 우수한 냉매의 개발도 이루어져야 한다. 히터의 경우도 마찬가지이다. 냉각수가 데워지는 것을 이용한 기존 방식에서 고전압을 이용한 전기가열식의 PTC 히터와 이를 제어하는 시스템의 개발이 필수적이다(한라공조, 우리산업).




그리고 기어변속을 제어하거나 각종 부위의 온도를 감지하여 제어하기 위한 ECU도 필요하게 될 것이며 지금도 계속 발전 중인 Steer by wire, Brake by wire 등의 각종 X by Wire(현재의 벨트식 구동을 모터로 대체하여 제어하는 전선으로 연결되는 각종 시스템을 일컬음)도 그 중요도가 점차 높아질 것이다(S&T대우, 현대모비스).




전력을 공급하게 될 2차전지(LG화학, 삼성SDI)는 보호회로를 통해 BMS(넥스콘테크, 파워로직스)로 제어하게 되며 배터리의 안전을 위해서는 BMS의 경쟁력을 키우는 것도 중요하며 아직 배터리에 비해 밀도가 낮아서 전력원으로 사용하기는 힘들지만 저장장치로서의 Ultra Capacity(LS산전)도 개발속도에 따라 그 중요도가 높아 질 가능성이 높다.



↑전기자동차의 주요 부품구성도(각 부품의 위치는 모델에 따라 달라질 수 있음. 그리고 각 바퀴마다 모터를 장착하는 In wheel 방식의 경우는 위의 구성과는 약간 달라질 수 있음), 출처 : 웅진루카스투자자문





지금까지 순수전기자동차의 경우만 다루었다면 하이브리드자동차에서는 모터의 동작유무에 따라 스위치를 켜거나 닫는 EV Relay도 추가로 필요하다. 하이브리드자동차는 병렬형과 직렬형에 따라 모터의 작동시기가 다르지만 엔진에 대한 보조동력으로서 항상 작동될 필요가 없기 때문이다(LS산전).




그리고 마지막으로 부품은 아니지만 자동차가 전장화 될수록 구리(LS니꼬동)의 사용이 늘어날 수밖에 없음도 주목해야 하는데 각종 X By wire 시스템은 점차 확대 될 수밖에 없기 때문이다. 또한 전기자동차의 구동모터뿐 아니라 자동차에 사용되고 있는 각종 소형 일반DC모터도 효율을 높이기 위해 BLDC모터의 사용이 확대 될 수밖에 없을 것으로 보여 이에 대한 기술발전도 필요하다(아모텍, 모아텍, 에스피지). 구동모터로 사용되는 200V 이상의 BLDC모터를 제조할 수 있는 곳은 별로 없는데 현대기아차그룹에서는 구동모터는 현대모비스를 통해 직접 개발하기로 방침을 정하고 기타 자동차에 사용되는 소형모터는 외부에서 조달 받을 것으로 방침을 정한 것으로 알려지고 있다.




◆BLDC(Brushless DC) 모터란?




DC 모터의 정류자(commutator)와 bursh의 역할을 반도체 스위치와 Hall 센서가 대신 하며 DC 모터와는 달리 가운데(권선)가 고정자가 되고 바깥쪽(자석)이 회전자가 되어 Brush에서의 마찰이 적어 보다 효율이 높고 소음도 없어지는 모터이나 기술적 차이로 단가가 높다는 단점이 있다. 최근에는 자동차에서 점차적으로 BLDC모터의 사용이 확대되는 추세에 있다.





↑ 일반 DC모터(좌)와 BLDC모터(우)의 작동원리, 출처 : 경민테크




↑ 자동차에 사용되는 모터의 종류와 구성비율, 출처: 김중교 네이버 블로그




↑ 자동차 보조기기용 모터의 종류, 출처: 김중교 네이버 블로그




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자동차용 2차전지 전쟁이 더욱 가속화될 조짐을 보이고 있다.

SK에너지가 지난 24일 독일 다임러 그룹 미쯔비시 후소사의 하이브리드 자동차(HEV)에 장착될 리튬이온 배터리 공급업체로 선정된 가운데 삼성SDI, LG화학과 함께 시장 선점을 위한 치열한 경쟁이 예상되기 때문이다.

◆LG화학 릴레이 성과…선두 자존심


LG화학은 지난 1월 미국 GM의 세계 첫 상용 전기자동차인 시보레 볼트용 리튬이온 배터리 단독 공급업체로 선정, 이 분야 선두주자로 나선 후 잇따른 성과를 보이고 있어 기대감을 높이고 있다.

이후 지난 7월에는 현대·기아자동차의 아반떼 하이브리카에 장착되는 리튬이온 배터리를 단독으로 공급하고 있는 가운데 배터리 양산체계를 가동하고 있는 상황이다.






이와 함께 이달 20일에는 도시형 전기차(NEV) 전문 생산업체인 CT&T에 내년부터 리튬이온 배터리를 공급하기로 하는 배터리 공급 계약 및 협약식을 가지는 등 한 발 앞선 행보를 보이고 있다.

이에 LG화학은 하이브리드 자동차와 전기자동차 시장에 이어 NEV 시장에도 진출하게 됐다. 이미 CT&T에 프로토카(개발 및 테스트용 차량)용 배터리를 공급, 실차 시험을 진행하고 있다.

뿐만 아니라 미국정부에서는 LG화학 전기자동차 현지공장 건설에 파격적인 지원책을 발표하는 등 해외 공장 건설에 박차를 가하고 있는 동시에 충북 오창테크노파크에 1조원을 투자할 계획을 밝히기도 했다.

◆삼성SDI, BMW수주 ‘도약 발판’




삼성SDI 역시 지난 8월 독일 보쉬(BOSCH)와 설립한 합작회사인 SB리모티브(SB Limotive)가 BMW의 차세대 전기자동차 2차전지 업체로 선정되면서 본격적인 시장 공략에 나섰다.

이에 SB리모티브는 BMW의 전기자동차 전용모델 개발 프로젝트인 메가시티 비히클(Megacity Vehicle, 도심형 자동차) 2차전지를 단독으로 공급하게 됐다.

BMW의 이번 모델 개발 프로젝트는 HEV를 제외한 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)와 전기차(EV)를 개발하는 것.

지금까지 대부분의 전기자동차 초기 단계인 HEV의 경우 내연기관을 기본으로 하는 반면, 이번 프로젝트는 내연기관 대신 동력원으로 오직 배터리만을 사용토록 하고 있다. 이에 고용량 배터리를 사용할 수 있도록 제작된 특징을 보이고 있는 가운데 향후 그 중요성이 더욱 커질 전망이다.

내년부터 시제품 생산에 들어가 오는 2013년부터 본격적인 생산을 시작, 2020년까지 제품을 공급할 계획이다.

◆SK에너지, 기술력으로 추격


SK에너지는 그동안 국내외 유명업체와의 계약설 등 이 분야 사업진출에 기대감을 심어줬다. 하지만 소문만 무성한 가운데 답보상태에서 이렇다 할 성과를 보여주지는 못했다.

SK에너지는 이 분야 진출을 오래전부터 꿈꿔왔다. SK에너지는 오랜 기다림 끝에 세계시장에서 기술력을 인정받았다.

이번 2차전지 공급업체 선정에는 세계 3번째로 상업화에 성공한 리튬이온 전지 분리막(LiBS) 소재 제조기술, 30년 이상 축적된 박막 코팅 기술, 배터리 팩·모듈 제조기술 등 SK에너지의 리튬이온 전지 관련 소재 및 제품의 제조 기술력이 높게 평가된 것으로 알려졌다.

전 세계적으로도 리튬이온 전지, 리튬이온전지 분리막, 배터리 팩·모듈 등 소재와 전지·배터리 팩 제조의 핵심기술들을 동시에 보유한 업체는 SK에너지가 유일하다.

SK에너지는 2차 전지 외에도 국가연구과제인 스마트그리드, 에너지저장시스템(ESS) 및 국내외 여러 2차 전지 관련 프로젝트에도 적극 참여하고 있다.

◆배터리 산업, 1위 탈환 가시화

국내 기업들의 이 같은 선전은 배터리 산업에서 부동의 1위를 고수하고 있는 일본을 따라잡을 수도 있다는 기대감마저 주고 있다.

지금까지 일본 완성차 업체와 2차전지 업체가 HEV 시장을 주도해 왔다. 그에 따라 지금까지의 2차전지도 거의 니켈수소 전지(Ni-MH)를 채용했다.

이는 리튬이온 전지의 경우 Ni-MH 대비전기적 특성은 우수하나 원가 경쟁력이 불리했기 때문이다. 하지만 리튬이온 전지 재료의 발달로 인해 전기자동차의 새로운 동력원으로 관심을 받기 시작했다.

이에 따라 일본의 완성차업체와 2차전지 업체들도 리튬이온 전지에 초점을 두기 시작했으며 국내의 경우 LG화학이 GM과 현대차에 공급하는 등 후발주자였던 국내 업체들이 선발업체와의 격차를 빠르게 좁혀가고 있다.


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길이와 무게가 경차의 2/3 정도 밖에 되지 않고 연료비는 월 1만 원 정도에 불과한 전기차가 도로를 누비게 될 날이 가까워오고 있다.

자동차 정책부서인 국토해양부 관계자는 “근거리전기차의 도로주행 허용 방안을 담은 ‘자동차관리법’ 개정안이 이달말 법사위와 본회의를 통과하면 11월말 쯤 정부 공표를 거쳐 내년 2월쯤, 늦어도 3월이면 국내에서 근거리전기차 운행이 가능해 질 것”이라고 말했다.

근거리전기차란 일반자동차와 같은 속도를 내는 풀 스피드 전기차와 달리 시속 60km/h 이내의 속도로 근거리 이동수단으로 쓰이는 전기차를 말한다.

미국과 일본에서 운행중이며 ‘NEV(Neighborhood Electric Vehicle)’로 불린다. 일본의 경우 경차와 같이 노란색 번호판을 달고 일반 도로를 자유롭게 다니는 ‘NEV’를 쉽게 볼 수 있다.

국내에서는 풀스피드(full-speed) 전기차와는 달리 근거리전기차에 대한 법적인 규정이 갖춰지지 않아 그 동안은 이용이 불가능했다.

이 때문에 국내 대표적인 근거리전기차 메이커인 CT&T도 지난해 6월부터 ‘이존(e-Zone)’이라는 이름의 차량을 상업 생산하고 있으면서도 주로 해외로만 수출했다.

미국에 4000대, 일본 3000대, 대만 2000대를 수출했거나 수출할 계획이다.

‘이존’은 2인승으로 길이 2570mm, 높이 1560mm, 너비 1440mm로 경차 모닝에 비해 길이는 1m 정도 짧고 너비도 15cm 가량 좁지만 높이는 8cm 정도 길다. 무게는 강화플라스틱을 이용해 520kg(배터리 제외) 정도로 모닝보다 377kg 정도 가볍다. 변속기어는 없고, 전진(D)과 후진(R)을 가리키는 스위치가 있을 뿐이다.

최고속도 60km/h로 한 번 충전으로 70km를 달릴 수 있으며 월 유지비가 1만 원 가량(1회 충전 6.1kwh, 1개월 20회 충전 기준)으로 저렴하다. 이 차는 특히 일반자동차와 같은 충돌시험을 통과해 외국산 근거리전기차와는 차원이 다르다는 것이 회사측의 설명이다.

에이디텍스라는 회사도 지난해 ‘오로라’라는 이름의 전기차 개발을 마쳤다.

이 차는 최고 속도 40km/h로 1회 충전으로 최대 70km까지 주행이 가능하며 한 달 전기료는 ‘이존’과 똑 같이 1만 원 정도로 예상된다.

최고속도와 최대이동거리에 이 처럼 한계가 있어서 시내에서 주로 운행될 것으로 보인다.

물론 1회 충전으로 70km는 거뜬히 운행할 수 있고 안전성도 대폭 보강돼 NEV라는 이름을 쓰기에는 아까운 측면이 있다. CT&T가 ‘이존’을 ‘시티-EV’라는 새로운 이름으로 범주화 한 것도 이 때문이다.

이 차의 용도는 세컨드카(second car)로 이용될 것으로 예상된다.

시장을 보러가거나 자녀들 픽업용 아니면 가까운 거리의 출퇴근용도로도 활용될 것으로 보인다.

일본에서는 특히 우편배달이나 주차단속 같은 관용차로 각광을 받고 있다고 한다. 일본 우정성은 우편배달 차량 1만 8000대를 ‘이존’으로 교체하기로 한 것으로 전해졌다.

국내에서 근거리전기차 이용이 활성화되기 위해서는 몇가지 과제도 선결돼야 할 것 같다. 충전시설이다. 근거리전기차는 220V 전압으로 6~8시간 정도의 충전시간이 필요하다. 충전인프라가 갖춰져 있지 않기 때문에 당분간은 집에서 충전할 수밖에 없다.

400V로 30분 정도 소요되는 급속충전 시설이 있기는 하지만 가격이 비싸다는 것이 단점이다. 이 밖에 실질적인 구매가 이뤄질 수 있도록 정부의 지원도 필요해 보인다.

CT&T의 ‘이존’의 가격은 납축전지를 탑재한 기본형이 1350만원, 리튬폴리머전지 모델은 1900만원이다. 에이디텍스의 ‘오로라’는 1200만원선이다.

일본에서는 215만엔 짜리 ‘이존’에 대해 중앙정부에서 72만엔(937만원), 지방정부에서 5~10만엔(65만원~130만원) 정도의 보조금을 지원한다고 한다.

이 외에 통행료나 주차료 같은 다양한 분야의 지원도 전기차 활성화에 필요한 과제로 보인다.

twinpine@cbs.co.kr


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日 자동차사, 태양전지 차량 개발경쟁


태양광 패널이 장착된 도요타 프리우스(AFP=연합뉴스)

(도쿄=연합뉴스) 최이락 특파원 = 일본의 주요 자동차 제조사들이 태양전지를 탑재한 신차 개발 경쟁에 나서고 있다.

닛산(日産)자동차는 내년에 발매하는 전기자동차에 태양광 패널을 장착하는 방안을 검토 중이고 혼다는 태양전지를 탑재한 자동차의 시제품을 만들었다고 니혼게이자이(日本經濟)신문이 21일 전했다.

이들 업체가 태양전지 탑재 차량 개발에 속속 나서는 것은 여기서 얻는 전력을 에어컨 등의 보조 전원으로 활용해 연비를 절약하기 위한 것이다.

도요타자동차도 신형 프리우스에 태양전지 패널을 장착할 수 있도록 옵션화한 데 이어 최신 환경 기술 채용을 통한 연비 개선에 힘을 쏟고 있다.

닛산자동차는 5인승 전기 자동차 리프(leaf)의 천장 부분에 태양전지 패널을 채용할 계획이다. 주로 에어컨이나 음향기기 등 차량내 장치의 보조 전원으로 사용해 주전원을 이용한 주행거리를 늘리는 것을 목표로 하고 있다.

닛산은 이 자동차를 내년 후반에 일본과 미국, 유럽에서 판매할 방침이다.

혼다는 시제품을 내놓은 전기자동차 'EV-N'의 천장에 그룹사인 혼다솔틱스가 만든 태양전지를 채용했다.

미쓰비시자동차도 같은 방식의 차량 개발에 나서 2013년에는 자사 전기자동차 '아이 미브(i-MiEV)'에 적용할 계획이다.

choinal@yna.co.kr