영광미래발전전략대토론 <2>
e-모빌리티 영광미래발전 20년 성장동력을 만들자
영광신문 창간 20주년 기념사업으로 지역경제의 획기적 발전 방안을 모색하고자 2월 24일 2시 영광예술의전당에서 ‘영광미래발전전략대토론회를 개최한다. 본지는 ’e-모빌리티 영광미래발전 20년 성장동력을 만들자‘를 주제로 열리는 이번 토론회 내용을 요약 게재한다. <편집자 주>
국내 e-모빌리티 산업발전과 육성을 위한 제언
대구기계부품연구원 이상훈 박사
■ e-모빌리티 개요
일례로 기존 화석에너지에 대한 의존도와 관련 에너지 소비를 최소화하기 위한 노력은 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지 자원과 연계된 효율적인 전력망을 활용하고 공급된 전기 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 전동화 부품기술의 확대와 함께 전동력을 사용하는 새로운 이동 플랫폼의 도입으로 확대되고 있다.
또한, 각국별 배기가스 규제기준에 따라 이산화탄소 배출규제가 강화되고 있는 가운데 전기자동차가 CO2 Zero화가 가능한 대표적인 플랫폼으로 언급되고 있는 반면 기존 엔진자동차와 하이브리드차량은 각각 6%와 최대 50% 이내의 CO2 저감율을 보이고 있다. 이러한 맥락에서 향후 자동차부품의 전동화 추세와 제품개발사례는 증가할 전망이다.
그러나, 언급한 새로운 친환경성과 연비개선차량을 내놓는 것만으로는 현행 도심화 가중에 따른 차량의 양적 증가와 이동성 저하 문제를 해결할 수 없기 때문에 이동목적에 따른 멀티모달(Multi-Modal)의 개념적 채택과 다양한 연결성(Connectivity)을 갖춘 융복합 기술 및 제품들을 통해 이동효율과 편의성을 개선하고자 하는 노력이 요구된다.
일반적으로 엔진 or 전기구동방식이 적용되는 자동차 플랫폼은 구동에너지의 사용비중과 동력발생 및 전달방식에 따라서 표 1과 같이 구분할 수 있고 그림 2와 같이 정리할 수 있다.
표 1. 구동방식에 따른 차량의 종류 및 구분
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종류 |
구동방식 |
비고 |
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MICRO/MILD HYBRID |
Belt-driven Starter/Generator |
전기동력만으로 단독주행 불가능 |
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Integrated Starter/Generator |
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FULL HYBRID |
Parallel Hybrid |
전기동력만으로 단독주행가능 |
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Power Branched Hybrid |
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Electrically-driven Second Axle |
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Plug-in HEV |
Serial Hybrid(parallel version) |
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Serial Hybrid(range extender) |
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EV |
Battery-driven Vehicle |
(출처 : Roland Roger 자료, 편집)
■ e-모빌리티 산업 시장동향
e-모빌리티 자동차부문 글로벌시장은 2014년 약 200만대 규모에서 2022년 1,300만대에 다다를 것으로 예상되고 있으며 자동차 플랫폼별로는 하이브리드차량이 48%, 전기자동차가 50% 그리고 연료전지자동차가 2%의 시장 규모를 보일 것으로 전망된다.
하이브리드차량의 경우, 각 국가별 정부 보조금 규모가 확대되는 반면 전기자동차의 판매가격과 충전 인프라의 보급 확대에 한계가 있음을 예상함에 따라 하이브리드차량이 여전히 높은 시장점유율을 나타낼 것으로 예상하고 있다.
국내의 경우, 해외사례에 비해 구체적인 상용화 시장규모를 갖추지 못하고 제주 및 서울지역을 중심으로 전기자동차 보급 및 실증사업을 수행하고 있으며 최근 상용화 기반구축을 위한 전기자동차 보급 확대 및 시장 활성화 계획이 수립되어 추진되고 있다.
이를 통해 5대 핵심기술개발을 지원하고 2020년까지 누적대수 20만대의 차량보급과 충전시설 1,400개가 구축될 계획이며 민간참여를 촉진하기 위한 배터리 리스사업 및 유료충전사업과 전기차 대여사업을 병행함으로써 국내 e-모빌리티 시장이 보다 활성화 할 계획이다.
e-모빌리티 이륜차부문 글로벌시장은 자동차시장에 비해 상대적으로 작은 규모이지만 중국과 유럽을 중심으로 시장이 확대되고 있으며 최근 들어 글로벌 완성자동차 메이커들의 경쟁적인 참여로 시장의 성장세는 지속될 전망이다.
상술한 UNECE 카테고리 “L”에 속하는 e-모빌리티 이륜차부문의 주요 제품군으로 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이, 소형 전기자동차 등이 국내외에서 판매제품 또는 컨셉제품으로 활발히 소개되고 있으나, 이들 제품군 가운데 대표적으로 전기이륜차가 구체화된 시장규모를 보이고 있으며 다양한 제품출시와 함께 지속적인 성장세를 나타내고 있다.
그러나 해외의 활발한 추진사례에 비해 국내 전기이륜차산업은 여전히 정부의 지원과제에 의존한 완성차 개발과 부품기술개발이 산업 활성화 방안으로 진행되고 있어 새로운 보급실증사업을 통한 이륜차산업 활성화가 요구된다.
■ e-모빌리티 산업 주요기술 및 관련 제품군
전기구동방식을 채택하고 있는 e-모빌리티는 구동모터와 배터리, BMS, 인버터 및 컨버터, 전체 차량의 시스템을 제어하는 차량제어기가 공통핵심부품으로 인식되고 있으며 이로 인해 전장부품장착에 따른 원가비중의 절감노력과 함께 제어 안정성 및 신뢰성 확보방안이 필수적으로 요구된다. 제품상용화에 요구되는 각 부문별 핵심기술은 표 2와 같이 정리할 수 있다.
표 2. e-모빌리티 주요기술 및 내용
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분야 |
주요 내용 |
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에너지 저장 |
리튬 기반 배터리의 성능 향상 및 비용 저감에 초점을 맞추고, 고출력 슈퍼 커패시터와 같은 에너지 저장장치의 대안이나 다른 유형의 전지에 대해 연구개발 전기차를 위한 모든 에너지 저장 방식에 대한 연구개발 및 재활용 방안연구가 이 범주에 포함됨 |
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모터 |
비용 및 중량 저감, 모터 제어의 정교화, 대체 재료, 인휠(in-wheel) 모터와 같은 대안의 개념에 초점을 맞춘 연구개발 모터의 구동비중 증가에 따라 출력증가와 더불어 소형/경량/고효율화 필요 |
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제어 |
오작동시 안전성 및 제어 시스템의 안정성, 에너지 관리의 최적화, 미래형 전기차 개념을 위한 새로운 전기 아키텍처 개발에 초점 인버터의 고출력화, 모터구동외 전장품구동을 위한 저전압 DC/DC 컨버터 등 소형화, 모듈화, 에너지 손실을 줄이기 위한 고효율화에 대한 연구 모든 유형의 제어 시스템 관련 연구개발과 전기차에서의 제어 시스템 기능과 관련된 모든 프로젝트들이 이 범주에 포함됨 |
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열관리 |
전기차 공조장치의 효율성 개선에 필요한 첨단기술 분야의 연구개발 차량 공간의 열 모델링 및 최적화, 실내 환기 제어, 냉방 루프, 전면 기류 및 엔진 열 루프, 배터리 냉각 시스템 등이 포함됨 |
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차체 및 아키텍처 |
배터리의 장착에 초점을 맞추고 있으며, 새로운 자동차 디자인을 가능하게 주는 인휠 모터의 사용 가능성 등을 점검 공기역학 개선, 혁신적 경량소재, 모듈 구조 등에 대한 아키텍처 개발을 포함하여 새로운 전기차 개념과 디자인을 개발하는 프로젝트들이 포함됨 |
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충전기 |
첨단 충전 솔루션에 대한 연구개발 관련 프로젝트가 이 범주에 포함됨 |
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섀시 |
회생제동 등에서 잠재적인 효율성 개선 여지의 탐색하거나 인휠 모터와 같은 새로운 개념을 가능하게 하는 섀시 구조의 변화 및 적용에 초점 |
(출처 : KIAT 산업기술정책 브리프(2013) 및 인터넷 수집자료, 재편집 인용)
e-모빌리티 주요제품 개발사례로 Category “M”(4륜 승용자동차)부문에서는 도요타 “RAV EV”, 닛산 “Leaf”, 혼다 “Fit EV”, BMW “i3”, Tesla “Model S” 를 대표적인 제품으로 소개할 수 있다.
Category “L(7)”부문에서는 일본 완성차업체들의 주도적인 개발로 매년 다양한 모델을 선보이고 있으며 대표적으로 도요타 차체의 “COMS", 도요타의 ”I-Road", 혼다의 “MC-β", 야마하의 ”Motiv", 르노의 “Twizy" 가 대표적 제품사례가 된다.
COMS (도요타 차체)
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배터리 5.2kWh의 밀폐형 납축전지와 최대출력 5kW 구동모터로 구성되었으나 도요타 차체의 경량 고장력강판과 Plastic 와판을 적용하여 공차중량 410kg, 최고속도 60km/h, 1회충전주행거리 50km임 |
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I-Road (도요타)
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최고속도 45km/h, 리튬이온배터리로 1회 충전 50km 주행(전장 2,350mm, 전폭 850mm, 전고 1,450mm), 최근 프랑스 등지에서 70여대의 대규모 실증 시작. |
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MC-β (혼다)
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후륜구동방식으로 최대출력 11kW 모터, 7kWh 리튬이온배터리, 공차중량 570kg, 1회충전주행거리 80km 전장 2,495mm, 전폭 1,280mm, 전고 1,545mm로 일본 경차규격에 비해 전장은 약 73%, 전폭은 약 86% 정도 크기. |
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Motiv (야마하)
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15kW 모터, 리튬이온 배터리를 사용하여 최고속도 100km/h, 1회충전주행거리 160km, 제로백 15초, (전장 2,690mm, 전폭 1,470mm, 전고 1,480mm) |
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Twizy (르노)
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공차중량 474kg(도어 추가 시 500kg)로 8kW∼15kW 출력의 모터와 리튬이온 배터리로 최고속도 80km, 1회충전주행거리 100km의 개인이동수단(전장 2,338mm, 전폭 1,237mm, 전고 1,454mm)
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Category “L(6)”이하 부문에서는 BMW의 “C Evolution", 혼다의 ”EV-neo" 가 전기스쿠터의 대표적 제품이며 만도의 “풋루스”, BMW의 “i pedelec"을 전기자전거의 대표적인 제품으로 인용할 수 있다.
C Evolution (BMW)
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엔진스쿠터(600cc)를 모델로 도심지와 근교이동이 가능. 기존 허브모터방식의 장착 대신 밸트구동방식을 채택한 것이 특징이며 제동 또는 자연감속 조건시 회생능력을 향상(10%~ 20%)시켜 주행거리가 100km에 달함 |
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EV-neo (혼다)
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엔진스쿠터(50cc)를 모델로 비즈니스(배달용) 전기스쿠터. 기존 직구동방식 대신 소형 고출력 컴팩트형 동력전달계 구성. 이전모델보다 차량무게도 20%저감, 기존 모델과580W 동일출력을 유지하면서 출력토크는 22% 보다 향상됨. 주행거리 30km, 주행속도 32km/h를 가짐 |
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풋루스 (만도)
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최대속력 25km/h, 1충전 주행거리 40~50km, 모터출력 250W, 배터리 36V/ 8.2Ah, 무게 21.7kg으로 체인없이 자가발전으로 충전과 주행을 동시에 할 수 있는 접이식 자전거 |
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i-pedelec (BMW)
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최대속력 25km/h, 1충전 주행거리 53km, 모터출력 200W, 배터리 성능 350Wh, 무게 21.7kg으로 회생충전이 가능한 접이식 자전거로 전기자동차 i3에 장착해서 사용할 수 있는 편의성을 제공함 |
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■ 맺음말
국내외 자동차부품산업은 보다 스마트하고 친환경적이며 경량화되고 있는 자동차(부품) 플랫폼 기술개발로 인해 기존 자동차의 다양화는 물론 일부 엔진자동차 플랫폼에 대한 양적 대체효과를 기대하고 있다.
그러나 산업혁명 이후 지속성장과 획기적인 발전을 거듭해 온 이동성의 역사는 최근 글로벌 주요 이슈가 되고 있는 에너지 대체 및 환경문제와 더불어 도심화 가중으로 인해 악화된 이동성을 개선해야 하는 환경적․산업적․사회적 난관에 직면하고 있다.
기술 선진국과 더불어 국내시장에서도 다양한 e-모빌리티 제품들이 소개되었지만 일부 제품의 경우 상용화 보다는 개념적 제품출시 또는 기술홍보용 제품으로 개발되어 고사양화에 따른 고가격화, 주행을 위한 안전기준 부재에 따른 신뢰성 미흡 그리고 무엇보다도 현행 법령상 불합리한 규제와 인프라 부족 그리고 저평가된 선입견 등으로 인하여 상용화에 많은 한계를 보이고 있다.
그러나 e-모빌리티는 향후 다양한 이동수단, ICT기반의 서비스 및 인프라가 상호 연결되는 거대한 모빌리티 생태계내에서 단거리 이동수단이자 보조 및 연계교통수단으로서 가장 효율적인 이동수단이 될 것이다.
전기자동차를 포함한 본격적인 E-mobility 시대를 앞두고 국내 e-모빌리티산업이 육성 발전하기 위해서는 첫째 중장기 발전전략수립을 통해 핵심기술개발, 제도정비 그리고 산업기반 구축 등의 종합적인 계획을 마련해야 한다.
e-모빌리티 제품은 융복합 제품이고 잠재적 수요발굴과 대응을 위해서는 시장 초기단계에서부터 신제품 개발을 위한 역량협업이 필요하다. 국내의 경우 일부 독자적인 개발역량을 갖춘 대기업을 제외하고는 해외 관련 전시회에 참가할 수 있는 중소형 완성업체는 전무한 실정이다. 중소형 완성업체가 기술 노하우가 축적된 유럽과 일본, 가격 경쟁력에서 절대우위인 중국 등과 경쟁하기 위해서는 전기전자, IT 소프트웨어, 제품디자인 등 과 같은 전후방 연관산업과의 협업을 통해 가격 및 제품경쟁력을 확보할 필요가 있다.
또한, 현행 불합리한 규제 및 시행제도의 검토와 함께 국제기준에 부합하는 표준검토를 병행할 수 있는 지속적인 실증보급사업이 추진되어야 한다.
유럽 및 아시아 주요 기술선진국의 사례와 같이 e-모빌리티 제품의 안전과 규제에 대한 현안을 검토하고 이를 실증보급사업을 통해 지원 인프라와 서비스의 지속적인 개선을 추진함으로써 국내 e-모빌리티 산업도 산업(기술)과 시장(니즈), 정책(환경)이 선순환될 수 있는 중장기적인 e-모빌리티 산업생태계 육성방안이 필요하다.