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1 88 산업기술 이슈 산 업 기 술 이 슈 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 Ⅰ. 개요 Ⅱ. 전기자동차 시장 및 업계현황 목 차 Ⅲ. 국내 전기자동차 기술경쟁력 분석 Ⅳ. 시사점 I. 개요 1. 정의 및 역사 정의 전기자동차(EV 1) )는 그린카 2) 의 한 종류로서, 화석연료(가솔린/디젤 등)를 사용하 지 않고 전기 배터리와 전기모터만을 사용하여 구동하는 자동차를 말함 - 그린카 중에 하이브리드자동차 플러그인하이브리드자동차 3) 연료전지자동차 등 은 배터리와 모터 이외에도 내연기관 및 기타 동력시스템을 사용함 동력원 : 모터(밧데리) (국내 1호 고속전기자동차) * 본고는 기술평가부 노형복 팀장이 집필하였으며, 본고의 내용은 집필자의 견해로 당행의 공식입장이 아님 1) EV : Electric Vehicle 2) 그린카란 전기자동차를 비롯하여, 하이브리드자동차 플러그인하이브리드자동차 연료전지자동차 클린디젤자 동차 등 에너지소비 효율이 우수하고 무공해 또는 저공해 기준을 충족하는 친환경자동차를 말함 3) 플러그인하이브리드자동차는 주동력원으로 배터리와 모터를 사용하고, 임시 발전용 동력원으로 내연기관 을 사용함에 따라 일반적으로 전기자동차를 언급시 플러그인하이브리드자동차도 포함시킴. 따라서 본보 서의 시장현황에서는 플러그인하이브리드자동차를 포함한 시장규모가 작성됨

2 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 89 역 사 전기자동차의 역사는 시기별로 Ⅰ단계(태동 및 활동기), Ⅱ단계(암흑기), Ⅲ단계 (재조명기)로 분류할 수 있음 1) Ⅰ단계(1828년 ~ 1900년대 초반) : 태동 및 활동기 전기자동차가 처음 세상에 소개되어, 다양한 종류의 전기자동차가 생산 판매되는 시기로, 헝가리인 Stephen Anyos Jedlik이 1828년에 최초의 전기자동차 모형인 전동기실험용장치를 고안 제작함 1833년경 스코틀랜드 Robert Anderson에 의해 실용적인 원유전기마차(a crude electric-powered carriage)가 발명되었고, 1865년 프랑스의 Gaston Plante이 축전지를 발명하였으며, Camille Faure은 더 많은 전기를 저장할 수 있는 축전지를 개발함으로써 발전을 촉진시킴 1881년 프랑스의 Gustave Trouve이 파리 국제 전기박람회에서 삼륜전기자동 차의 작동 가능성을 입증함으로서 전기자동차의 급속한 보급이 시작되었고, 미 국에서 전기자동차에 대한 관심이 높아짐 1886년 전기택시 캡이 영국에서 출시되었고, 1888년에는 Brighton에서 3륜 전 기자동차가 생산되었으며, 오토만제국의 황제용으로 1hp(마력) 전기모터와 24셀 배터리로 구동되는 4인승 전기자동차가 제작됨 1890년대 Morrison Electric Vehicle를 비롯하여 Baker, Columbia, Detroit Electir 등 다양한 회사들이 미국에 설립되었고, 미국에서 전기자동차가 대중적 으로 자리 잡게 됨 1899~1900년, 세계적으로 전기자동차가 자동차(휘발유, 증기)보다 많이 팔린 시기로, 미국의 경우 1900년에 증기 1,681대, 전기 1,575대, 휘발유 936대 등 을 각각 생산하였음 1904년 미국 EV Company는 2,000대의 택시, 트럭 및 버스를 제작하고 뉴욕 에서 시카고로 택시 및 자동차 렌탈 사업을 확장하였으며, 약 57개 중소기업에

3 90 산업기술 이슈 서 약 4,000대의 전기자동차를 생산하였음 Ⅰ단계 시기 전기자동차 최초 모형 (Stephen Anyos Jedlik) (1828) La Jamais Contente 최초 100km/h (1899) Thomas Edison (1913) 2) Ⅱ단계(1900년대 초반 ~ 2008년) : 암흑기 휘발유가격 하락과 내연기관자동차(ICEV : Internal Combustion Engine Vehicle)의 대량생산체제 구축으로 시장에서 사라지는 시기임 1904년 헨리포드가 속도 주행거리 편의성을 갖춘 저가의 가솔린자동차 생산을 시 작함에 따라 전기자동차에 대한 인기가 급격히 감소함 년에 미국내 전기자동차의 판매량은 6천대 수준인 반면, 포드의 Model T자동차는 18만대 수준이었음 - 특히, 대량생산체제와 함께 1920년대 텍사스 원유 발견으로 가솔린자동차의 대당 가격이 약 500~1,000달러로 낮아진데 반해, 전기자동차는 평균 3,000 달러 이상으로 형성되어 주로 상류층들이 이용하였음 1980년대 환경오염을 계기로 미국 캘리포니아주가 배기가스 제로 법(Zero Emission Law) 을 제정한 것을 계기로 GM사는 전기자동차인 EV1 을 개발하여 소량 생산함 - GM은 1990년 LA오토쇼에서 시제품인 EV1 IMPACT 를 선보이고 1996년 시장에 출시하여 1150대를 임대로 운영함 EV1 은 1회 충전(4시간 소요)에 160km의 거리를 달렸으며, 배기가스와 소음 등이 없이 시속130km로 운행이 가능한 성능을 보여 주었으나, 정유업계를 비롯한

4 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 91 자동차부품 업계의 반발로 2003년 배기가스제로법이 철폐되고, GM은 2004년 8월까지 운영 중인 EV1 을 모두 회수하여 폐기함 GM EV1 시제품 및 양산품 EV1(시제품) EV1(양산품) 3) Ⅲ단계(2008년이후 ~ 현재) : 재조명기 GM이 개발한 전기자동차 EV1 이 폐기됨으로써 실질적인 전기자동차시대가 종 료된 듯 하던 시기에 순수 전기자동차는 아니지만 유사한 메카니즘의 하이브리 드자동차인 일본 도요타 프리우스 로 개발됨 최근 에너지 및 환경관련 규제와 유가의 급등, 세계 금융위기로 인한 경기 침체 로 말미암아 전기자동차가 성장할 수 있는 환경이 도래함 특히, GM이 플러그인하이브리드자동차인 쉐보레볼트 를 2010년 말에 출시함 에 따라 세계 유수 자동차업체의 전기자동차 개발 및 출시가 더욱 활발히 진행 되고 있음 세계 주요 모터쇼에서 전기자동차 신규모델이나 컨셉트카(Concept Car)의 전시 가 크게 확대되고 있는 추세임 프랑크푸르트 모터쇼에서 GM을 비롯하여 벤츠 볼보 아우디 폴크스바겐 르노 등 세계 주요 자동차업체들이 자사의 모델들을 각각 선보임

5 92 산업기술 이슈 2011프랑크푸르트모터쇼 참가 전기자동차 Mercedes-Benz사 SLS AMG E-CELL Volvo사 C30 2. 전기자동차(EV) 장단점 및 내연기관자동차(ICEV)와의 차이점 장점 1) 친환경성 전기자동차는 자체적으로 지구온난화와 환경오염의 주범인 이산화탄소 및 배기 가스 등 공해물질을 배출하지 않아 친환경적이나, 전기자동차의 운영을 위한 전 기를 생산하는 과정에서 화석연료의 사용 확대가 문제로 발생됨에 따라, 각국은 전기자동차의 개발과 함께 청정 대체에너지 개발에 꾸준한 노력을 기울이고 있음 1885년(좌측)과 2007년(우측)의 온난화 비교

6 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 93 2) 경제적인 운행비용 및 유지비 전기자동차는 값싼 전기를 이용함으로 운행비용이 내연기관자동차에 비해 많이 절감되며, 내연기관자동차의 핵심부품인 엔진/변속기/연료공급장치/배기장치 등이 탑재되지 않아, 엔진/변속기에 들어가는 윤활유 및 필터 등 소모품의 주기적인 교환이 필요없게 되어 자동차 유지비가 현저히 절감됨 3) 저속 출력성능 및 효율 등 성능면에서 우수 성능면에서 전기모터가 가솔린엔진에 비해 저속에서의 출력성능이 우수하고, 30%수준의 내연기관 효율에 비해 전기모터 효율이 90%인바 효율이 높고 엔진 소음 및 진동이 적어 차량 수명이 상대적으로 양호함 단점 1) 주행성능(1회 충전거리) 열위 1회 충전거리가 매우 짧아 충전인프라가 없는 장거리 주행은 불가능하여, 시내 주행 및 도시인의 출퇴근 용도로 밖에는 사용할 수 없음 - 쉐보레볼트 의 저장에너지가 16kWh 4) 이나 주행 중 1회 충전 가능량은 10.4kwh로서 약 100km(에어콘 등 기타 에너지 소비량 제외)의 주행이 가능함 - 100km의 주행거리를 쏘나타와 비교해보면 쏘나타 1회 보충시(연비 13.0km/l, 연료탱크 70l) 약 900km를 주행하므로 현재 가솔린 자동차의 1/9 수준임 2) 고가의 차량 가격 가솔린 자동차에 비해 성능 대비 가격이 고가로서 정부의 전기자동차 구입을 위 한 보조금정책이 없이는 일반 소비자가 구입하기 어려운 실정임 - 전기자동차의 높은 가격은 전기자동차에 사용되는 리튬이온 배터리의 가격이 높기 때문이며, 현재 kw당 배터리의 가격은 약 1,000달러 정도 수준으로 배 터리시스템 가격은 전기자동차 가격의 약 50%를 차지함 4) 일정시간 동한 사용한 전기에너지로서, 16kWh란 16kW의 전력을 1시간 동안 사용할 수 있는 전기에너 지량

7 94 산업기술 이슈 - 다만, 향후 배터리의 에너지밀도 향상과 함께 가격은 점차 낮아질 것으로 예상됨 배터리 KW당 가격 추이 자료 : Pike Research사 3) 전기자동차 충전인프라 미비 주행거리가 매우 짧은 전기자동차는 필요할 때 원하는 충전을 할 수 있고 짧은 시간 내에 충전이 가능한 인프라의 구축이 요구되나, 현재 충전인프라의 수준은 운전자가 원하는 수준에 이르지 못함 4) 자동차 중량 전기자동차는 배터리로 인해 성능 대비 차량의 중량이 비교적 높아 차량을 경량 화하는 연구개발도 함께 진행되고 있음 - 미국 테슬라사의 전기 스포츠카 로드스타 는 차량 중량 1,125kg 중 배터리 가 약 40%(450kg)를 차지함 - i10 플랫폼을 기반으로 개발된 현대자동차의 블루온 은 i10 에 비해 약 170kg가 더 무거움 전기자동차(EV)와 내연기관자동차(ICEV) 차이점 전기자동차(EV)와 내연기관자동차(ICEV)의 구조적인 차이점은 자동차를 움직이는 동력기관이 상이한 것임

8 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 95 전기자동차(EV)와 내연기관자동차(ICEV)의 구조적인 차이점 EV ICEV 동력발생장치 전기모터 내연기관주) 동력전달장치 감속기 클러치, 변속기 연료계통 배터리, 인버터 연료탱크, 연료펌프 주 : 내연기관 주요구성부품 : 실린더헤드, 실린더블록, 피스톤, 커넥팅로드, 크랭크축, 엔진베어링, 밸브, 밸브기구, 윤활장치, 냉각장치 등 EV ICEV - 동력발생장치에서 기존 내연기관자동차는 엔진을 사용하고 있으나, 전기 자동 차는 전기모터를 사용하고 있어 전기자동차 도래시 엔진에 사용되는 많은 부품이 소멸될 것임 - 엔진에서 발생된 동력을 자동차휠에 전달해 주는 주요 동력전달장치로는 내연 기관의 경우 변속기와 클러치가 사용되고 있으나, 전기자동차는 변속기를 사 용하지 않고 모터에서 생산된 동력을 일정 속도로 감속해 주는 감속기만이 이 용됨 - 내연기관자동차의 연료계통으로는 연료탱크(연료로서 가솔린이나 디젤이 사용 됨에 따라 연료를 저장)와 연료펌프(연료탱크에서 엔진으로 연료를 이송) 등이 사용되나, 전기자동차는 배터리와 배터리에서 나오는 전력을 모터가 사용할 수 있는 전력으로 변환시켜 주는 인버터가 사용됨

9 96 산업기술 이슈 Ⅱ. 전기자동차 시장 및 업계현황 1. 시장현황 및 전망 가. 세계 세계 전기자동차 시장 전망 주 : 1) 전년대비증가율(%), 연평균증가율(%) 2) 플러그인하이브리드자동차 포함 자료 : Frost & Sullivan (2011), 당행 재구성 일본 닛산의 Leaf, 미쓰비시의 imiev, 중국 BYD의 E6, 미국 GM의 쉐 보레볼트 등이 2010년에 출시됨에 따라 전기자동차의 시대가 본격적으로 태동됨 전기자동차의 세계시장규모는 2010년 16천대 규모였으나, 2015년에는 1,156천 대로서 백만대 규모를 넘길 것으로 예측되고 있으며, 2017년에는 2백만대를 초 과할 것으로 전망됨 년부터 2017년까지의 전기자동차시장은 연평균증가율 98.5%의 높은 신장세를 보일 것으로 전망됨

10 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 97 - 전년대비 증가율에서는 2011부터 2013년까지의 시기가 특히 높을 것으로 전망됨 이 시기에 세계 주요 자동차업체들이 판매 가능한 전기자동차의 모델을 본 격적으로 출시할 것으로 예상되기 때문임 향후 전기자동차시장은 가파르게 성장하여 2017년에 약 2백만대의 규모에 이를 것으로 전망되나, 그 규모는 2010년 기존 자동차의 세계 생산규모 78백만대와 비교할 때 2.5%로 매우 낮은 수준임 - 세계자동차시장에서 전기자동차가 화두가 된 주요 원인이 오일가격상승임에 따라 전기자동차의 보급 확대는 향후 수송부문의 오일가격을 안정화 시킬 것임 이는 내연기관 자동차시장에 긍정적으로 작용되어, 전기자동차와 기존 내연 기관자동차가 일정부분 시장을 나누어 가지며 성장할 것으로 전망됨 - 다만, 전기자동차의 발전이 높은 배터리가격 및 충전인프라의 한계 등으로 내 연기관을 대체하는 수준까지는 성장할 것으로 보기 어려움 나. 지역별 지역별 세계 전기자동차 시장(2010년, 2015년) 지역별 세계 전기자동차 시장규모를 살펴보면, 미국과 캐나다를 중심으로 하는 북미지역과 독일 프랑스를 중심으로 하는 유럽시장이 전기자동차시대를 이끌 것 으로 보이며, 그 외에는 중국 일본 인도 등이 두각을 나타낼 것으로 보임

11 98 산업기술 이슈 북미지역은 2010년 7,130대에서 2015년에는 452,530대로 63배 증가할 것으로 전망하며, 유럽지역은 2010년 5,973대에서 2015년에 90배가 증가한 542,648 대로 세계시장에서 가장 큰 규모로 성장할 것으로 전망됨 그 밖에 중국 일본 인도의 경우 각각 70,400대와 49,675대, 26,595대의 시장 규모를 보일 것으로 전망됨 다. 국내 국내 전기자동차 시장 전망 주 : 플러그인하이브리드자동차 포함 자료 : Frost & Sullivan (2011), 당행 재구성 전기자동차의 시장규모는 2015년에 7,700대 수준에 이를 것으로 전망됨 - 7,700대는 블루온 을 중심으로 한 현대자동차가 1,700대, GMK 쉐보레볼트 1,200대, 르노삼성 닛산 Leaf 1,000대 등이며, 이와 함께 인도계 자동차업 체 Tata나 Tara 등을 포함한 기타업체 3,900대임

12 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 국가별 전기자동차 지원현황 1) 미국 그린뉴딜정책 으로 그린카를 포함한 녹색분야에 2009~2018년까지 대규모 투자를 계획하고 이를 추진 중임 - 특히, 2013년까지 미국은 70만대의 전기자동차와 플러그인하이브리드자동차 보급할 계획이며, 이를 위해 플러그인하이브리드자동차와 전기자동차의 경우 대당 7,500달러를 세액으로 공제하는 정책을 실행하고 있음 미국에너지부(DOE)는 2009년에 배터리 및 관련 부품 제조에 최대 20억 달러의 자금지원을 발표하고 추진 중임 년에 미국내 자동차용 배터리 제조공장 두 곳에서 전 세계 자동차용 배 터리의 2%미만을 생산하였으나, 2012년까지 30개 공장을 확보 가동하여 전 세계 생산량의 20%를 공급할 계획임 2) 중국 중국은 2020년에 전체 자동차 보유량이 1억5천만대에 이를 것으로 전망하고 전 기자동차의 보급이 없을 경우 에너지문제에 봉착할 것으로 예상함(자동차 석유소 비규모는 중국 총 석유소모량의 55%에 이를 것임) 중국은 상기 이유로 전기자동차의 보급에 힘을 기울이고 있으며, 2020년까지 전 기자동차를 100만대를 생산할 수 있는 업체 1~2개와 50만대 이상을 생산할 수 있는 업체 3~5개 등을 육성할 계획임 년 8월 자동차발전정책 등을 통해 전기자동차, 하이브리드자동차, 연료 전지자동차 등에 대한 기술개발에 향후 10년간 1,000억위안을 투자하는 계획을 수립하고, 현재 전기자동차 구입 시 약 6만위안을 보조금으로 지급하고 있음 상하이, 광저우, 베이징, 심천 등 4개 도시에서도 전기자동차 생산 및 인프라를 위해 자금을 지원하고 있으며, 이 가운데 심천의 경우는 전기자동차의 생산메카 를 표방하며 적극적으로 전기자동차산업을 육성하고 있음

13 100 산업기술 이슈 3) 일본 일본은 전기자동차와 유사한 기술인 하이브리드자동차 관련 기술을 오래전에 확 보하고 하이브리드자동차를 세계 최초로 생산(도요타 1997년 12월 Prius를 출 시)하여 보급하였으며, 2010년 자국 시장에서 48만대를(2009년 대비 38.2%가 증가) 판매함 전기자동차의 경우는 2010년에 닛산 Leaf 가 50대, 미쓰비시 imiev 등이 2,436대가 판매되었으며, 전기자동차 구매 시 일본정부는 114만엔을 보조함 차세대자동차전략 프로젝트 ( 09~ 15년)를 통해 전기자동차 등 전력기반 자동 차에 사용되는 배터리 기술개발에 210억엔을 지원하고 있으며, 2013년까지 32,000대를 보급하고, 2020년까지는 충전기 2백만대를 구축할 예정임 일본은 2020년까지 세계 하이브리드자동차시장의 20~30%의 시장점유율을 목 표로 세우고, 세계 전기자동차시장에서 15~20%의 시장점유율을 달성하기 위해 2009~2015년까지 배터리기술에 32백만달러를 투자계획하고 이를 실행하고 있음 4) 독일 독일은 자국 소비자의 전기자동차에 대한 구매욕구가 크지 않고, 독일 내 자동 차 업체의 관심이 클린디젤에 더 많이 기울어져 전기자동차 개발에 가장 늦게 참여하였으나 2011까지 배터리 등 주요기술개발에 5억 유로를 지원할 예정임 년 전기자동차 100만대와 연료전지자동차 50만대 보급을 목표로 지역 8 곳에 전기자동차 실증사업을 운영하고 있으나, 다른 나라(프랑스 200만대, 중국 500만대 등)에 비해 다소 적은 규모의 보급 계획을 가지고 있음 5) 우리나라 정부(환경부)는 고속전기자동차 구입에 2,000만원 한도 내 최대 50%를 지원하고, 저속전기자동차(최고시속 60km이하)은 800만원의 구매보조금을 지급하고 있음 - 국산 1호 고속 전기자동차인 블루온 의 자동차가격이 약 5,000만원임을 감안할 때, 실제 가솔린자동차가격(1,000만원)과의 차액 4,000만원의 50%인 2,000 만원이 보조금으로 지급 가능함

14 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 정부는 2011년 총 700대의 전기자동차를 도입하고, 2012년에는 3,000여대를 추가 구매할 예정임 3. 국내외 주요 업체별 개발현황 세계 1) GM GM은 쉐보레볼트 를 미국에서 중국으로 수출하는 데 그치지 않고, 중국에서 현지 생산하는 것을 검토 중임 - 중국 수출은 2011년말 경 이루어질 전망이며, 그 후 소비자들의 수용 정도에 따라 현지 생산을 결정할 예정임 - 또한, GM은 쉐보레볼트 와는 별도로 중국 현지 합작 파트너인 상하이자동차 그룹(SAIC)과 중국 시장용 전기차를 공동 개발할 것을 발표함 - 동 전기자동차는 단순히 쉐보레볼트 를 모방한 모델이 아닌 중국 소비자를 위한 독자모델이 될 것으로 보이며, 상하이GM의 디자인 스튜디오에서 동 차 량을 디자인 할 것으로 예상되고 있음 GM은 LG화학과 전기자동차 공동 개발을 위한 협약을 2011년 8월에 체결하였 으며, 앞으로 양사는 전기자동차용 핵심 솔루션을 공동개발 할 계획임 - 동 협약은 도요타와 포드의 신형 하이브리드 기술 공동개발에 따른 대응 전략 으로 판단되며, GM과 LG화학 엔지니어들이 전기자동차 플랫폼 및 핵심 부품 을 공동 개발할 것으로 예상됨 - LG화학은 그동안 GM 쉐보레볼트용 배터리를 공급하고 쉐보레 크루즈 전기자 동차를 공동 개발하는 등 GM과 긴밀한 관계를 유지해왔음 GM은 EN-V(Electric Networked-Vehicle)로 불리는 개인용 이동 컨셉카의 주행 테스트를 실시할 예정으로, EN-V는 최대속도 25mph로 스스로 운전이 가 능하며 충돌 회피를 위해 여타 EN-V와 무선 통신이 가능한 2인용 2바퀴의 전 기자동차임

15 102 산업기술 이슈 - GM은 EN-V 차량을 군 기지 혹은 고령자들이 많이 사는 지역 등을 대상으로 테스트를 검토 중임 2) Ford 포드는 2011년 말 포커스 전기자동차를, 2013년에는 C-MAX의 하이브리드 버전 및 플러그인하이브리드 버전 등을 출시할 예정임 - 향후 동사는 전기자동차 뿐만이 아니라 하이브리드, 플러그인 하이브리드를 모두 출시할 계획이며, 이는 앞으로 어떤 전기자동차 기술이 자동차 시장에서 우위를 점할 것인지 확신할 수 없다는 경영진의 판단에 기인함 - 포커스 전기자동차 판매는 올해 말 캘리포니아주에서 개시될 예정이며, 태양 전지판을 선택사양으로 제공할 계획임 - 동 태양전지판으로 전기차를 직접 충전하는 방식은 아니고, 발전된 전기를 전 력망에 송전함으로써 차량 충전용 전기료를 상쇄하는 방식으로 알려짐 포드는 중국 자동차 산업의 고연비 차량 개발 트렌드에 맞춰 현지 합작 파트너인 창안 포드마쓰다 자동차(CFMA)와 중국 시장용 전기자동차 생산을 검토 중임 - 현재 중국 정부는 15년까지 전기자동차 등 그린카 보급 목표대수를 100만대로 설정하고 적극 추진 중이며, 이에 부응하기 위하여 향후 포드는 중국 소비자를 위한 전기자동차 및 플러그인하이브리드자동차 생산을 적극 추진할 것으로 예상됨 - 동 계획은 GM 및 다임러가 중국 현지 합작 파트너와 전기자동차를 개발 생산할 계획에 대한 대응책이기도 함 3) 르노 르노는 신흥시장에서 선진시장까지 모든 고객을 대상으로 전기자동차와 충전 시스템을 개발하고 있으며, 양산 전기자동차의 시장경쟁력을 강화하여 동 분야의 세계 1위를 차지하는 것을 목표로 설정함 - 르노는 이를 위해 일반인들이 쉽게 전기자동차를 접할 수 있도록 3가지 충전 시스템을 도입하여 현실적인 대안을 제시하고 있음

16 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 년 프랑크푸르트 모터쇼에서 르노는 컴팩트밴, 패밀리카, 소형 씨티카 등 세 가지 종류의 전기자동차 모델을 공개 했으며, 2012년 이후에는 전 차종에서 전기자동차를 출시하여 시장에서 다양한 고객요구를 충족시킬 계획임 르노는 6~8시간 완충시간이 필요한 일반표준형방식(전기플러그 충전방식)과 급속 충전방식, 휴대폰과 같이 배터리를 교체하는 교환방식(배터리 교체시간 약 3분 소요)등 3가지의 충전방식을 제공함 4) 메르세데스 벤츠(Mercedes-Benz) 메르세데스 벤츠는 2011년 디트로이트 모터쇼에서 하이테크 슈퍼 전기자동차 SLS AMG E-CELL 을 선보였고, 최근 동 모델의 양산화가 결정되어 소비자 들을 만나게 될 예정임 또한 메르세데스 벤츠의 E-Cell 전기자동차는 4도어 5인승 해치백을 기반으로 만들어진 전기자동차로서, 최고출력 95마력을 발휘하고, 한번 충전으로 최대 200km까지 달릴 수 있음 5) BMW BMW 그룹은 MNI의 전기자동차 버전 MNI E 를 필두로 전기자동차 사업을 하기 위해 700대의 MNI E 를 세계 주요도시를 중심으로 배치하여 실제 전 기자동차의 기술과 실제 소비자들의 반응 등을 확보 하는 프로젝트를 진행 중임 BMW사는 2013년 출시를 목표로 MCV(Mega City Vehicle)를 개발하고 있으 며, 배터리팩의 탑재위치와 차체 패널을 강철이 아닌 카본 화이버 강화플라스틱 으로 하고 있는 것이 큰 특징임 6) BYD BYD는 1995년에 중국에 설립된 유한회사로서 충전용건전지 및 휴대폰 전지 분야에서 중국내 1위를 차지하고 있으며, 2003년 서안 진천자동차 인수를 통해 자동차 제조 및 판매업에 진출함

17 104 산업기술 이슈 자체 개발한 전기자동차 EV인 E6 와 전기버스 등을 보유하고, 심천/서안/베이징/ 창사 등 여러 지역에서 자체모델을 생산하고 있음 국내 1) 현대자동차 1991년 11월 쏘나타 의 전기자동차 1호를 시작으로 1993년에 엑셀 전기 자동차를 실용화하였으며, 1996년 3월에는 니켈메탈수소전지와 독자 개발한 모터를 장착하여 최고속도 130km, 1회 충전거리 390km의 엑센트 전기자동차를 개발함 1997년 2월 전기자동차를 개발하기위하여 미국 US Electorlica사와 모터, 컨트롤러 등 핵심부품의 공동 개발 계약을 체결하고, 이 회사의 주식 5.4%를 매입하였으며, 1997년 5월에는 미국 캘리포니아 대기보전국(CARB) 으로부터 무공해차 인증(세계 5번째)을 취득하여 실용화하였음 1997년말에는 2000년부터 우리나라와 유럽에서 판매할 계획으로 아토스 전기 자동차(니켈메탈수소전지탑재)를 개발하였으며, 2000년에는 싼타페 전기자동 차를 개발하여 하와이 및 제주도에서 시범운행을 실시하였음 자료 : 현대자동차

18 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 년 현대자동차는 시장에서 경쟁 가능한 양산형 전기자동차 블루온 을 시장에 출시함 자료 : 현대자동차 년 8월, 첫 공개된 블루온 은 1년여의 연구기간 동안 400억원의 개발 비가 투입되어 완성된 국내 1호 고속소형전기자동차로서 전기자동차 전용 리튬 이온폴리머 배터리가 탑재되어 최고출력 61kW, 최대 시속 130km, 1회 충전 거리 140km 등의 성능을 보임 현대자동차는 지식경제부가 2010년에 발표한 그린카 산업 발전전략( 10.12월)* 에 따라 진행된 준중형 전기자동차 개발 프로젝트에 컨소시엄으로 참여하여 개발 프로젝트를 진행 중임 - 컨소시엄은 현대자동차를 주관기업으로 중소기업 21개사, 중견기업 5개사, 대기업 12개사, 연구소 2개소, 4개 대학 등 총 44개 기관이 참여하였고, 현대자동차는 동 프로젝트를 통해 개발된 준중형 전기자동차를 2014~2015년 사이에 양산할 계획을 세움 현대자동차는 상기 국가프로젝트로 전기자동차개발에 참여하고 있지만, 배터리 기술의 한계와 충전인프라 구축 등에 문제가 쉽게 해결되기 어려울 것으로 보고, 플러그인하이브리드와 수소연료자동차 개발을 병행하고 있음 2) 기아자동차 기아자동차도 1991년 납전지를 탑재한 프라이드 전기자동차를 개발하여 형식 승인을 취득하고 1994년 9월 시판을 계획하였으며, 1993년에 세피아 전기

19 106 산업기술 이슈 자동차와 베스타 전기자동차를 개발하여 프라이드 전기자동차와 같이 대전 엑스포에서 운행함 - 납전지를 탑재한 세피아 전기자동차는 직류전원, 베스타 전기자동차는 교류 전원으로 개발되었으며, 1회 충전거리는 각각 190km와 120km, 최고속도는 160km/h와 90km/h로 각각 개발됨 기아자동차는 전기자동차를 현대기아자동차그룹내 남양연구소에서 현대자동차와 공동으로 개발하고 있어 현대자동차의 전기자동차 개발로드맵에 의해 영향을 받고 있음 - 기아자동차는 2011년 말 쏘울을 기반으로 한 첫 양산형 전기자동차 TAM 을 출시할 예정임 2012년 말까지 약 2,000대를 생산할 예정이며, 현대자동차의 준중형급 전기 자동차 프로젝트와 연계하여 2014년에 준중형급을 생산할 계획임 전기자동차 TAM 의 제원은 블루온 전기자동차와 거의 비슷한 성능으로 출시될 것으로 보임 3) GM Korea GM Korea는 구 대우자동차 시절인 1993년 12월에 르망플랫폼을 사용하여 전 기자동차를 개발하기 시작하여, 1994년 에스페로 전기자동차를 개발하였으며, 1995년에는 알루미늄 차제를 이용한 전기자동차를 개발하였음 1996년에는 씨에로 플랫폼에 고성능 납전지를 사용한 DEV-4 를 개발하였으며, 1997년 4월에는 DEV-5 를 개발하였음 - DEV-5 는 니켈메탈수소전지를 탑재한 4인승 3도어의 해치백 타입으로 알루미늄과 FRP로 경량화를 시도하고, 최고속도 124km/h, 1회 충전거리 201km의 성능을 구현한 것임 GM의 대우자동차 인수 후에는 GM 본사에서 개발 한 차량을 우리나라에서 테스트하는 수준으로 GM Korea의 개발 활동이 진행되고 있으며, 자체 시스 템개발은 시도되지 않은 상태이나, 현재 판매 중인 스파크전기자동차

20 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 107 스파크(구 마티즈), 크루즈(구 라세티), 올란도 등 3개 모델에 대해서 전기 자동차 개발을 계획 중에 있음 4) 르노삼성 2012년말 양산을 목표로 한 SM3 전기자동차 5대를 현재 제주특별자치도 스마트 그리드 실증단지에서 운행 중임 - SM3 전기자동차는 르노가 유럽에서 2만유로에 판매하고 있는 전기자동차 Fluence Z.E. 와 같은 모델이며, 대용량 배터리를 3분 만에 교체하는 새로운 방식의 전기자동차임 Ⅲ. 국내 전기자동차 기술경쟁력 분석 1. 기술경쟁력 수준 본 보고서의 기술경쟁력 분석범위 본 보고서는 실태조사를 통해 완성차인 전기자동차에 대한 기술경쟁력 수준을 개별 분석하고 주요 핵심부품인 배터리, BMS 5), 인버터, 모터, 충전기/충전인프라 등의 기술경쟁력 수준을 각각 분석하여 작성합 실태조사에서 미국 일본 유럽 등 선진국의 기술 수준을 지수 100으로 하고, 이를 기준으로 국내 기술 수준을 비교함 국내 전기자동차의 기술경쟁력 수준 국내 전기자동차의 기술경쟁력은 일본 미국 유럽 등 선진국(=100) 대비 85 수준 으로, 선진국에 비해 기술경쟁력이 떨어지는 것으로 조사되었음 - 특히, 5가지 경쟁요소(신제품개발능력/소재 부품자급도/생산기술/생산설비/ 5) BMS : Battery Management System, 배터리보호장치

21 108 산업기술 이슈 제품품질) 가운데 소재/부품자급도 에서 71을 기록하여 선진국 대비 기술 경쟁력이 상당히 열위한 것으로 분석됨 이는 배터리/모터 등에서 사용되는 주요 원재료의 대외의존도가 높고, 전기 자동차가 요구하는 자동차 경량화에 대응하는 소재개발 등에서 기술력 차이를 보여 주기 때문임 - 국내에서 개발된 블루온 이 선진국에서 개발한 자동차와 성능면에서는 크게 차이가 없으나, 블루온 의 경우 기존 자동차(i10)를 기반으로 한 전기자동차 인데 반해 일본과 미국 등은 자체 고유모델로 전기자동차를 개발 생산하였음 전기자동차의 기술경쟁력에서 5가지 기술요소가 모두 중요하나, 이들 가운데 기술경쟁력에 가장 큰 영향을 주는 요소는 신제품개발능력이며, 이에 비해 생산 및 품질 요소는 상대적으로 낮은 영향을 미침 전기자동차의 기술경쟁력 종합지수는 85 수준이지만 소재 부품자급도 외의 요소에서 거의 90에 가까운 지수를 보여 주고 있어, 본격적인 전기자동차시대 도래시 생산과 품질에서는 동등한 기술력을 확보하고 경쟁할 것임 신제품 개발능력 전기자동차의 기술경쟁력 현황 소재 부품 자 급 도 생산기술 생산설비 수 준 제품품질 (기준 : 선진국=100) 전기자동차 종합 자료 : 당행 실태조사

22 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 109 국내 주요 전기자동차부품의 기술경쟁력 수준 국내 전기자동차의 주요 핵심부품의 기술경쟁력은 일본 미국 유럽 등 선진국 (=100) 대비하여 배터리와 BMS는 동등하거나 다소 낮은 수준인데 반해, 구동 모터 인버터 충전기/충전인프라 등은 상당한 기술 격차를 보여 주고 있음 배터리는 선진국 대비 99를 기록하여, 동등한 기술경쟁력을 확보하고 있음 - 이는 우리나라가 이미 자동차 이외의 리튬계 배터리 분야에서 선진국 대비 동등 또는 동등이상의 기술력을 확보하고 있으며, 자동차용의 경우도 선진국의 완성차업체에 제품을 납품하고 있는 등 제품분야에서 경쟁력 우위를 확보하고 있기 때문임 - 다만, 부품과 일부 설비에서 기술력이 다소 떨어지고 있는 것으로 분석됨 BMS는 우리나라 제어기술의 발달로 제품의 생산면에서 선진국 대비 크게 뒤지고 있지 않으나, 부품과 최종품질에서 경쟁력이 다소 떨어지는 것으로 분석되어 선진국 대비 90을 기록함 구동모터의 경우 선진국 대비 82로서 우리나라가 유도모터에서 기술경쟁력이 강한 반면, 선진국에서는 주로 사용하는 영구자석모터에서는 기술경쟁력이 떨어지기 때문임 인버터의 경우도 주요 부품인 파워소자에 대한 기술력 한계와 임베디드 소프트 웨어기술, 정밀다이캐스팅기술 등 주요 부분에서 기술력 차이를 보이고 있어 선진국 대비 81 수준임 충전기/충전인프라는 기술경쟁력 및 기술난이도에서 떨어지는 충전기에서는 큰 기술경쟁력 차이를 보이고 있지 않으나, 충전인프라의 경우 미국 일본 유럽 등에서 전기자동차의 보급을 위해 보다 적극적으로 추진하고 있어, 국내 기술경쟁력이 선진국에 비해 낮은 수준(78)으로 분석됨

23 110 산업기술 이슈 선진국 대비 국내 주요전기자동차부품의 기술경쟁력 수준 자료 : 당행 실태조사 2. 각 기술요소별 분석 기술경쟁력 결정의 4가지 요소 전기자동차의 주요 부품의 기술경쟁력 수준을 1부품개발/설계능력 2생산설비 수준 3생산기술 수준 4품질경쟁력 등 4가지 요소를 중심으로 측정함 국내 주요 자동차부품산업의 요소별 기술경쟁력 분석 (선진국=100) 자료 : 당행 실태조사

24 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 111 부품 설계능력 배터리는 93으로 주요 전기자동차 부품 가운데 선진국 수준에 가장 근접한 부품 인데 반해, 충전/충전인프라는 70으로 가장 낮은 기술경쟁력 수준을 보여 줌 기술경쟁력 4가지 요소 가운데 가장 낮게 평가된 기술요소로서, 동 요소의 경쟁 력을 확보하기 위해서는 주요 부품의 부품자급도를 높이고 다양한 설계능력을 확보하기 위한 연구개발 활동이 보다 집중되어야 할 것임 생산설비 및 생산기술 수준 4가지 기술요소 중 가장 높은 지수를 보이는 분야로서 이는 우리나라 전기 전자 분야 및 기존 자동차(부품) 분야의 생산 관련 기술수준이 높기 때문임 - 특히, 생산설비수준에서는 국산화 되지 않은 일부 설비를 제외하고 선진국과 동등한 수준을 보이는 배터리와 BMS가 선진국 대비 동등 수준 및 근접한 수준을 보이고 있으나, 충전/충전인프라에서는 많은 기술차이를 보여 주고 있음 - 생산기술수준은 배터리의 경우 오히려 선진국보다 높은 기술경쟁력을 보여 주고 있으며, 기타 부품들도 선진국과 비교하여 현저한 기술 격차를 보이고 있지 않음 품질경쟁력 품질경쟁력은 인버터가 선진국 대비 78 수준으로 분석 대상 부품 중 가장 낮은 지수를 보여 주고 있음 - 이는 자동차용 인버터 관련 업체와 기술인력 등이 부족한 요인으로 이에 대한 집중적인 기술개발 투자를 통해 전기자동차시대 도래 이전에 품질경쟁력을 확보 해야할 것임 동 기술요소에서도 배터리는 선진국을 앞서는 것으로 나타나고 있으나, 기타 분석 대상 부품은 모두 선진국 대비 열위한 수준임

25 112 산업기술 이슈 3. 주요 부품별 기술경쟁력 분석 가. 배터리 개 요 1) 정의 및 종류 정의 - 2차전지 6) (축전지)로 정의되는 배터리는 전기를 모아 두었다가, 필요할 때마다 끌어다 쓰는 일종의 전기저장소로서, 향후 전기자동차 대중화 시기를 결정짓는 가장 중요한 핵심 부품임 배터리는 전해질 7) 에 금속이온 8) 이 녹으면 금속의 특성에 따라 전위차 9) 가 생겨 전류를 흘리는 원리로서 전기를 저장시킴 자동차용배터리 종류 - 배터리는 사용되는 재료에 따라 아래와 같이 다양한 종류의 제품이 시장에 소 개되어 있으나, 현재는 리튬계 배터리가 전기자동차에 가장 적합한 것으로 인 식되고 있음 6) 배터리는 1차전지(알칼리,수은,리튬 등)와 2차전지(니켈-카드뮴, 리튬이온 등)로 분류되며, 1차전지는 보통 일반 가정에서 사용하는 건전지로서 한번 쓰고 나면 다시 충전해서 쓸 수 없는 전지를 의미하며, 2차전지는 다시 충전해서 사용할 수 있는 충전지를 통칭함 7) 전해질 : 물에 녹은 상태에서 이온으로 쪼개져 전류가 흐르는 물질 8) 쇠, 구리, 금 등과 같이 단단하고 광택이 있는 물질(금속)이 가지고 있는 전기량 9) 전압이라 불리며, 전기/전자 회로상의 두 지점간 전위차, 전기가 흐르는 원인

26 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 113 배터리 종류별 특징 배터리 에너지밀도 (Wh/kg) 특징 납(황산) 30 ~ 40 고중량, 낮은 용량 밀도 니켈-카드뮴 40 ~ 70 환경에 악영향, 비행기용 니켈수소화금속 60 ~ 80 현재 HEV에 가장 많이 사용 중 나트륨-염화니켈 100 ~ , 현재 EV Think에 사용 중 리튬-티타늄 70 ~ 90 빠른 충전속도, 높은 출력 밀도 리튬-폴리머 140 ~ 160 높은 가격 리튬-이온 120 ~ 190 빠른 충전 속도 리튬-인산염철 100 ~ 120 저에너지밀도로 EV에 적합치 않음 리튬-유황(LiS) 350 ~ 500 안전성에 문제, 높은 가격 리튬-에어 1 ~ 10,000 (?) 초고 용량 밀도(4000Ah/kg 이상),개발단계 Redox-Flow 30 ~ 50 낮은 충전력, 정착 설비용 자료 : Reinhard Löser, WWP - 초기 납축전지는 납전극을 사용함에 따라 무게가 무겁고 에너지밀도는 낮은 수준이었으나, 기술의 진보로 현재 에너지밀도가 많이 개선되어 축전지 분야 에서 주력으로 사용되고 있음 - 니켈-카드뮴의 에너지밀도는 최근의 고성능 전기자동차용 납축전지보다 약간 떨어지나, 출력밀도 성능이 우수하고, 저온에서의 성능저하가 크지 않는 장점 이 있으나, 에너지밀도에서 납축전지와 동일한 점과 높은 가격이 단점으로 지 적되고 있음 - 아연-에어(Zn/Air)은 비교적 유망한 축전지 시스템으로 무한한 공기(산소)를 양극 활물질로 활용하고 음극 활물질로는 저렴한 아연을 이용하는 방식으로 관심이 집중되고 있음 리튬계 배터리 - 현재, 리튬계 배터리는 파우치형과 캔형이 상용화되어 자동차에 적용되어 사용 중에 있음

27 114 산업기술 이슈 리튬계배터리 형 식 파우치형 캔 형 내부구조 작동원리 리튬이온이 전해질내에서 분해되어 충/방전시 이동함으로 전기를 발생시킴 - 리튬계 배터리는 4가지(양극재,음극재,분리막,전해질)핵심물질로 구성되며, 원 재료비가 리튬배터리 매출 대비 약 50%를 차지하며, 특히 양극재는 원재료비 대비 약 44%(리튬배터리 시장 대비 양극재 시장은 약 22% 수준)로 높은 비 중을 자치하고 있음 리튬계 배터리의 4가지 핵심물질 핵심물질 양극재 음극재 분리막 전해질 방전 중 환원반응이 방전 중 산화반응 셀에서 반대 극성을 이온전도성이 있는 일어나는 전극, 전 이 일어나는 전극, 갖는 극판 사이를 정 의 이온을 포함하는 매 지의 두 단자 중 전 전지의 두 단자 중 전기적으로 절연시 개물 압이 높은 쪽 전압이 낮은 쪽 켜주는 다공성 물질 주요 요소 LiMn2O4 등 흑연 PE, PP EC, DMC 등 주요 생산업체 국내 한국유미코어 에코프로 엘엔에프신소재 대정화금 소디프신소재 카보닉스 해외 니치아(일) 히타치화성(일) SK에너지 아사히화성(일) 토넨(일) 제일모직 테크노세미캠 우베(일)

28 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 자동차용으로 배터리가 적용될 때는 팩으로 장착되며, 팩은 몇 개의 모듈로 구성되고, 모듈은 6혹은 10개의 셀로 이루어짐(예 : 블루온) 2) 특징 전기자동차용 배터리는 자동차를 움직이는 구동용으로서, 전장품(자동차 시동 와 이퍼 등)에 사용되는 배터리와는 달리 에너지밀도와 출력밀도가 큰 고용량의 경 량화된 배터리임 전기자동차용 배터리는 그 특성상 아래의 세 가지요건을 충족해야 함 - 에너지밀도 : 최소 140Wh/kg - 수명 : 최소 3년에서 최대 10년 또는 주행거리 15만~30만km - 안정성 : Full 충전 기준 1500~2000회 친환경자동차 가운데 전기자동차가 가장 큰 용량을 사용(~24kwh, 휴대폰 배터리 약 4,300개의 용량) 됨 - 전기자동차 벤처기업인 Tesla(미)의 경우 전기스포츠카 로드스타 에 휴대폰배 터리 6,831개가 1개 pack으로 탑재되어 사용되고 있음 - 하이브리드자동차는 휴대폰 배터리 360개(약 2kwh의 용량)가 소요, 플러그인 하이브리드자동차는 휴대폰배터리 2,700개(약 15kwh)가 소요됨

29 116 산업기술 이슈 친환경차의 배터리용량 자료 : SK이노베이션, 전기차용 배터리의 미래기술 ( ) 업계동향 세계 리튬이온배터리 시장은 한국, 일본 등 아시아 국가 업체가 주도, 세계 시 장은 2007년에 88억불이었던 규모가 연평균 25.7% 수준으로 성장하여 2015년 에는 220억불( 07년대비 2.5배)로 확대될 것으로 전망됨 이와 함께 자동차용 배터리의 시장규모도 급성장하여 2015년에 39.2억달러로 전체 시장 대비 17.8%를 차지할 전망임 2차전지 시장규모 (단위 : 억달러, %) 연평균 증가율 세 계 자동차용 배터리 구성비 자료 : IT총연, 후지경제보고서, 키메라보고서, 한국전자정보통신산업진흥회 재분석

30 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 117 1) 국내 [ LG화학 ] LG화학은 2015년까지 국내외 약 8,000만셀의 생산능력( 쉐보레볼트 기준 35 만대 물량 수준)을 갖춰 세계시장점유율 25%를 점유할 계획임 - LG화학은 충북 오창에 위치한 오창테크노파크 제1공장에 연간 10만대 전기자 동차에 공급이 가능한 배터리 생산설비를 갖추었으며, 2013년까지 총 2조원 을 투자해 연간 6,000만 셀의 생산능력을 확보할 계획임 - 특히, 미국 미시건주 홀랜드시 현지에 2013년까지 총 3억불을 투자, 2012년 부터 첫 상업 생산을 목표로 하이브리드 자동차 기준 약 20만대 분량(연간 2,000만셀)의 배터리 셀 공급 현지 공장을 건설 중임 LG화학 시설 현황 자료 : LG화학 LG화학은 볼보에 이어 르노까지도 고객사로 확보함으로써 유럽 전기자동차 시장에서 경쟁사보다 한 발 앞서 시장을 선점하고 있음 - LG화학은 최근 르노의 초대형 순수 전기자동차 프로젝트 의 리튬이온 배터리 공급업체로 최종 선정됨 - 특히, 르노는 제휴사인 닛산과 함께 전기자동차 기술력을 보유하고 있으며, 2012년까지 50만대 규모의 전기자동차 양산 능력을 확보하기 위해 세계 각지에

31 118 산업기술 이슈 생산공장을 건설하고 있는 등 전기자동차 분야에서 가장 공격적인 행보를 보이고 있음 - 이로써 LG화학은 지금까지 현대기아차, GM, 르노, Ford, 장안기차 등 전 세계 총 8곳의 글로벌 고객사와의 공급계약을 체결함 LG화학은 차세대배터리 관련 R&D 분야에 500억원이상을 투자해 지속적인 기 술우위를 확보해 나갈 계획이며, 글로벌 고객사의 추가 확보를 통한 공급 물량 확대에 대비해 유럽 및 기타 지역의 현지공장 건설도 적극 검토하고 있음 [ SB리모티브 ] SB리모티브는 2008년 9월 독일의 보쉬와 우리나라의 삼성SDI의 합작으로 설립 되었으며, 삼성SDI의 리튬이온전지기술과 보쉬의 자동차시스템기술 경험을 기반 으로 자동차용 전지사업에 전략적으로 진출함 - 양사는 장기적으로 리튬이온배터리를 자동차에 가장 적합하게 개발하여 양산 하고, 이를 하이브리드 및 전기자동차용 배터리 시장을 개척한다는 목표하에 2013년까지 SB리모티브에 총 5억 달러를 투자할 계획임 현재 SB리모티브는 아시아, 유럽, 북미 세계 주요 지역 3곳에 주요 거점을 마련 하고 글로벌 진출을 위한 발판을 마련함 - SB리모티브의 본사(경기도 기흥)에서는 셀 연구개발 및 품질 관리를 담당하고, 울산에는 배터리 양산을 위한 전용라인이 설치되었으며, 독일의 슈트트가르트 포이에르바흐에서는 배터리시스템 개발, 양산전 시제품(Prototype) 및 배터리 시스템 개발이 이루어지고 있음

32 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 119 SB리모티브 배터리 사업계획 년 도 내 용 회 중전거리 200km 개발 울산공장 생산라인 증설 (월 40만개 이상 생산체제) 2014 유럽, 중국에 생산공장 설립 미국 일괄생산체제 구축 (2013년 대비 7배 확대) - 월 생산량 1,120만개 구축 (2015년 대비 4배 확대) SB리모티브는 BMW와 공급계약을 체결하고, 2010년 초 BMW는 자사의 첫 양산 전기자동차인 메가시티 전기자동차에 SB리모티브의 리튬이온배터리를 전량 탑재 하였으며, 지금은 BMW의 컨셉차인 액티브E(Active E)에 배터리를 공급하고 있음 (BMW 2012년부터 전기자동차 시양산 체제에 돌입 예정) 미국의 델파이사에 하이브리드 상용차용 리튬이온배터리를 10년간 단독으로 공급 하기로 하고, 미국의 자동차메이커인 크라이슬러사에 피아트 500EV 전기자동차용 배터리 팩을 공급하기로 하는 등 전기이륜차에서 자동차, 상용차에 이르기까지 다양한 사업포트폴리오를 갖출 수 있게 됨 [ SK이노베이션 ] SK이노베이션은 2011년 5월 서산에 배터리 생산을 위한 신축공장을 착공하였 으며 2,200억원을 투자해 2012년까지 연간 전극 800MWh와 조립 500MWh를 생산할 수 있는 규모의 공장을 완공할 계획이며, 2015년까지 공장을 확장한다는 계획하에 충남 서산 산업단지내 7만평의 부지도 확보한 상태임

33 120 산업기술 이슈 SK이노베이션 서산 신축공장도 자료 : SK이노베이션 SK이노베이션은 파우치형 셀을 개발하였으며, 국내 최초 고속전기자동차인 블루온 에 자사의 배터리를 공급하였음 동사는 배터리의 안정성을 위해 현재 200 에서도 폭발하지 않는 기술을 확보하고 지속적인 연구개발을 진행 중임 2) 해외 산요전기는 2008년 11월 파나소닉의 자회사로 편입되었고, 적극적인 투자를 계획하고 추진 중에 있음 2009년 말 도쿠시마 공장에서 리튬이온배터리 양산에 착수하였고, 2011년에는 월 생산량을 140만~150만개 수준으로 향상시킬 계획이며, 2012년 이후부터 하이브리드자동차용 배터리 시스템 조립공장을 해외에 신설하여 생산능력을 대폭 확충할 계획임 2012년부터는 해외 자동차 회사를 공략할 수 있도록 유럽, 북미, 중국 등에 배터리시스템 조립 거점을 마련할 계획이며, 총 800억엔을 투자해서 2015년 까지 월 1,000만개의 생산능력을 갖출 계획임

34 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 121 A123 Systems사는 미국 DOE로부터 자금을 지원 받아 나노인산 리튬이온 배터리 및 시스템 개발과 생산을 위해 2억4,900만 달러를 투자하여 2010년 9월 미국 미시간주 리보니아에 북미 지역에서 가장 큰 규모의 리튬이온 자동차용배터리 생산 시설을 준공하였고, 2011년 말까지 생산능력을 600~760MWh까지 확대할 계획임 PEVE는 도요타가 설립한 조인트 벤처기업으로서, 하이브리드자동차용 배터리 출현과 함께 니켈계 배터리분야에서 시장을 리드하였으나, 리튬계 배터리 분야에 대응이 상대적으로 뒤져, 리튬계 배터리시장 확대 시 고전할 것으로 예상됨 BYD는 리튬이온 및 리튬이온폴리머에 비해 에너지 밀도는 낮고, 경량화 및 다운사이징에서 불리하나 단가에서 유리한 리튬인산철화합물을 양극으로 사용한 배터리를 생산하고 있음 - 폭스바겐의 경우 중국시장을 겨냥하여 저가형 차세대 하이브리드자동차를 계획 하고, 중국 BYD와 협력하고 있으며 메르세데스는 BYD와 중국내 합작법인을 세움 기술개발 동향 배터리의 기술발전은 에너지밀도 출력밀도 안정성 신뢰성 사이클수명 리사이클 등에 저비용을 실현할 수 있는 방향으로 기술개발이 이루어지고 있음 리튬이차전지의 지속적인 용량 및 에너지밀도 향상을 위해 핵심 소재(양극, 음극, 분리막, 전해질) 개발과 중대형 배터리의 상용화를 위한 전지시스템 개발 등이 활발히 진행되고 있음 양극활물질은 고전압화를 통한 용량 증대, Co함량 감소를 통한 저가격화, 고안 전성 소재 개발이 주를 이루고 있으며, 기존의 LiCoO2에서 보다 더 높은 에너지 밀도를 얻기 위하여 LiCoO2의 개선과 LiNixCoyO2계, LiNixCoyMnzO2계, 전도성 고분자와 같은 새로운 소재에 대한 기술개발이 활발히 진행 중임 양극활물질의 성능을 좌우하는 핵심 기술인 전구체는 에코프로에서 국내 최초로

35 122 산업기술 이슈 양산에 성공하여 생산 중이며 현재 대부분 일본의 Tanaka나 중국 등지에서 수 입하여 사용하며 국내에서는 리튬화합물과의 혼합과 소성공정만 진행하고 있음 음극활물질은 금속 및 금속산화물 도입을 통한 고용량화가 주요 개발 방향이며, 음극 활물질 기술은 기존의 탄소소재를 표면 개질하여 안전성을 높이거나 Li4Ti5O12계와 같은 새로운 고안전성 음극소재에 대한 기술이 개발 진행 중이 며, 고용량화를 위해서 고밀도 흑연계와 신규 금속계 음극으로 Si계, Sn계 등에 대한 연구개발이 진행 중임 분리막은 나노무기물 및 내열고분자 도입을 통한 열적 안정성 강화가 절실히 요 구되고 있으며, 전지의 고출력화와 단위 공간 내 보다 많은 활물질을 주입하기 위하여 분리막의 두께를 줄이거나 기공도를 증가시키는 방안에 대한 기술이 개 발되고 있음 일본 NEDO에 따르면, 에너지밀도 700Wh/kg, 주행가능거리 670km, 용량 56kwh 등의 성능이 구현되는 2030년 이후에나 전기자동차가 경쟁력을 갖출 것 으로 전망하고 있음

36 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 123 기술경쟁력 분석 배터리는 기존 휴대폰이나 노트북에서의 기술을 기반으로 하고 있고, 이미 자동 차용으로 국내외업체에 국내 제품이 경쟁력을 보유하고 판매를 개시한바, 기술 경쟁력은 선진국 대비 동등 또는 동등이상 임 특히 생산기술과 품질경쟁력 등의 기술요소는 선진국보다 우위에 있으며, 설비 수준도 향후 양산이 본격화 되고 설비시장이 확대 될 경우 동등 수준에 이를 것 으로 보임 다만, 단시간 내에 극복하기 어려운 부품소재 분야에서 국내 기술경쟁력이 뒤지는 것으로 나타나고 있음 기술요소별 가중치(중요도)에서 생산설비 수준을 제외하고 부품개발/설계능력 생 산기술수준 품질경쟁력 등이 기술경쟁력 비교 시 비슷한 중요도로 고려해야하는 것으로 분석됨 부품 개발/설계능력 생산 설비수준 생산 기술수준 품질 경쟁력 (선진국 = 100) 배터리 가중치 종합 자료 : 당행 실태조사

37 124 산업기술 이슈 나. BMS 개요 1) 정의 BMS(Battery Management System)은 전기자동차의 핵심기술 중 하나로서, 배터리의 성능을 컨트롤하여 전류/전압 모니터링, 셀밸런싱, 전하상태 파악 및 팩 안전성보장 등의 기능을 수행함 - BMS는 무선기반의 자동차통신을 가능케하고, 각 Cell 충전량을 조절하여 최적화된 상태로 유지하게 해주며, 충/방전상태를 모니터링하여 주행 가능시간 등을 예상하고 기존의 데이터들을 보전하는 진단기능을 하며, 시스템의 안전 운영을 위한 경보 및 안전예방기능과 출력/전압/전류/온도 등에 대한 모니터링 기능을 수행함 BMS은 자동차용과 에너지저장용(ESS;Energy Storage System)으로 나누어지며, 자동차용의 경우도 대용량(고속전기자동차)과 중용량(저속전기자동차, 이륜차 포함)로 분류됨 2) 구조 및 기능 BMS시스템은 배터리의 충전 및 방전기능 배터리 잔존용량/잔존수명 등을 계산 하는 알고리즘, 통신기능을 포함한 신호의 입출 기능을 수행하는 드라이버, 인증 및 과금체계 충/방전 데이터분석 부가서비스 등의 기능을 수행하는 어플리케이션, 스케쥴링 기능의 실시간 운영체제, 배터리의 전압/전류/온도 등 실시간 검출 충/ 방전 전류제어 기능 의 하드웨어 그리고 케이스 등 6개 부분품으로 구성됨

38 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 125 BMS시스템 구성도 자료 : SK C&C Consulting 업계동향 도요타의 자회사인 Panasonic EV Energy는 프리우스, 캠리, 넥서스 등 에 적용된 니켈수소전지 및 BMS를 적용한 경험을 보유하고, 10년 이상 차량시 스템평가 및 필드테스트를 통해 BMS의 최적화를 달성함 Keihin사는 혼다에서 생산 판매중인 New 시빅HEV용 니켈수소이차전지를 위한 BMS를 개발/생산하고 있으며, 리튬계 배터리용 BMS에 대한 연구개발도 진행 중임 국내 BMS업체 가운데 제품을 생산하여 전기자동차에 적용해본 업체는 (주)케피코, (주)피앤이솔루션, 넥스콘테크놀러지(주), (주)파워로직스 등임 국내 고속전기자동차에 적용된 제품은 (주)케피코의 제품 밖에 없으며, (주)케피코 이외 업체들은 저속전기자동차(40km 이하)를 비롯한 전기자전거, 전기스쿠터, 골프카 등에 적용된 제품 등임 기술의 기본 원리에서는 고속전기자동차에 적용된 기술과 저속전기자동차의 기술에는 큰 차이가 없어 관련 업계의 기본 기술력의 차이는 없는 상태이나, 고속전기자동차의 실제 양산을 위한 필드시험에 대한 경험 유무가 업체의 기술력 차이를 결정할 것임

39 126 산업기술 이슈 (주)피앤이솔루션은 CT&T의 저속전기자동차에 참여하였으나 사업이 확대되지 못한 관계로 현재는 충전기 분야에 집중하고 있으며, (주)파워로직스는 고속전기 자동차 이외의 분야에 참여하고 있고 배터리 업체인 SK이노베이션과 2012년 일본 전기자동차의 양산을 위해 개발에 참여하고 있음 고속전기자동차용으로 개발 생산하고 있는 업체는 소수 업체로 한정될 것이나, 에너지 저장 및 저속전기자동차 등과 관련된 시장에는 진입장벽이 크지 않아 현재 참여업체 이외 시장 추이에 따라 많은 업체가 참여할 것임 기술개발 동향 향후 기술개발 동향은 가격경쟁이 심화될 것으로 보이며, 이에 따라 Cost-down을 위한 방향으로 진행될 것임 배터리셀의 안정성 확보를 위해 배터리의 전기화학적반응을 억제하는 방향으로 BMS의 기술이 개발된 반면, 기술동향은 활용범위를 적극적으로 확대하고 잔존 용량 및 수명 예측을 보다 정확히 하는 방향으로 기술개발이 전개되고 있음 기술경쟁력 분석 BMS의 기술은 선진국 대비 90으로 기술격차가 다소 존재하는 것으로 분석되었 으나, 그 기술력 차이가 크지 않은 수준이며 분석대상 핵심 부품 중 배터리를 제외하고 양호한 기술경쟁력을 확보하고 있음 이는 집중적인 기술개발 노력이 지속된다면 전기자동차의 본격적인 도래시 BMS 분야에서 선진국과 경쟁이 가능할 수 있는 동등 수준에 접근할 수 있을 것임

40 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 127 부 품 개발/설계능력 국내 전기자동차용 BMS의 기술경쟁력 분석 생 산 설비수준 생 산 기술수준 품 질 경쟁력 (선진국=100) 종 합 BMS 가중치 자료 : 당행 실태조사 다. 구동모터 정의 및 범위 1) 정의 자동차용 구동모터(전동기)는 전기를 이용하여 회전운동의 힘을 얻는 기계로서, 모터축에 감속기를 연결하여 적절한 회전력을 바퀴에 전달하여 자동차를 움직이게 하는 용도로 사용됨 - 전기자동차용 구동모터는 전기자동차의 핵심부품으로서 고효율/고출력 즉, 소형에 큰 출력이 요구되고 있으며, 크기는 보통 전력단위(kW), 또는 마력 (HP, 1마력=0.75kW)으로 표시됨

41 128 산업기술 이슈 영구자석모터 (Permanent Magnet Synchronous) 최대출력 : 47kw 토오크 : 180N m 일본 i-miev 적용 모터 자료 : 고효율 저공해차량 기술, 정용일, ) 범위 자동차용 전기모터는 사용전원 및 브러시의 유무에 따라 DC모터(Direct Current Motor)와 AC모터(Alternating Current Motor), 브러시가 없는 BLDC모터(Brushless Direct Current Motor) 등으로 크게 3가지가 사용됨 - DC모터는 가장 광범위하게 사용되는 모터이나, 전력을 공급하는 카본막대인 브러시가 있어 마찰열이 발생되어 1~2년에 한 번씩 브러시를 교환해 주어야 하는 단점이 있음 - AC모터는 교류를 전원으로 하여 구동되는 모터로서, 가격이 비교적 싸고 수 명이 길어 유지보수가 쉽다는 것이 장점이나 제어가 DC모터보다 어려운 것이 단점임 - BLDC모터는 DC모터의 단점(브러시로 인한 마찰열)을 보완하여 만든 모터로 서 모터베어링의 수명 동안 부품교체가 없어 오랜 시간 사용할 수 있고, 효율 이 높아 다양한 출력의 모터가 개발되고 있으나, 가격이 높고 정격출력 1.2배 를 넘기지 못해 정격출력 범위를 초과할 경우 모터에 열이 상승하는 단점이 존재함 업계동향 전기자동차용 모터는 IPM(Internal Permanent Magnet : 영구자석 10) 전동기) 이 대세이며, 이와 함께 희토류 가격과 수급 상황을 대비한 IM(Induction Motor : 유도 전동기)과 SM(Synchronous Motor : 동기 전동기) 등이 지속적 10) 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고서도 안정된 자기장을 발생, 유지하는 자석

42 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 129 으로 검토되고 있음 Maker Model Type 출시 년도 Type 전동기 최대출력 GM Volt PHEV 10년 IPM 111kW Nissan Leaf EV 10년 IPM 80kW Toyota Prius PHEV 12년 IPM 60kW Honda Fit EV 12년 IPM - Accord PHEV 12년 IPM 120kW Mitsubishi i-miev EV 09년 IPM 47kW Renault Fluence Z.E. EV 11년 SM 70kW Ford Focus EV 12년 IPM 92kW C-Max PHEV 13년 - - Chrysler Fiat500 EV 12년 - - 업체마다 적용하는 모터가 다르며, 현대자동차의 경우 유도모터를 적용한 반면, GM 및 닛산, 도요타 등은 영구자석모터를 사용하여 전기자동차 모델을 출시함 - IPM 적용 : GM, Nissan, Toyota, Honda, Mitsubishi, Ford 등 - IM,SM 적용 : Hyundai(IM), Renault(SM) 등 기술개발 동향 전기자동차용 전동기의 개발방향은 경량화, 고효율화를 가장 우선시하고 있어 현재 상용화되어 있는 전동기의 성능을 넘어서는 제품개발을 업체들이 진행하고 있음 - 현재 상용화된 IPM전동기는 최대효율 94~95%, 출력밀도 1.2~1.38kW/kg 수준의 성능을 보이고 있으며, 일부 업체는 이를 넘어서는 성능의 제품개발을 진행 중임 - 상용화까지 되어 있지는 않은 상태이지만 IPM Type으로 출력밀도

43 130 산업기술 이슈 1.5kW/kg 제품을, In-Wheel Type으로 출력밀도 2.61kW/kg 제품을 개발 하고 있는 업체들도 있음 - Siemens는 경량화를 위한 Hollow Shaft, 14,000rpm(통상 11,000~ 12,000 rpm) 등 새로운 사양을 적용한 시제품을 발표하고 있음 많은 업체가 현재 IPM을 적용하고 있지만, 희토류 의존도를 낮추기 위해 영구 자석을 사용하지 않는 유도전동기에 대한 연구도 함께 진행하고 있음 기술경쟁력 분석 자동차용 부품의 기술경쟁력은 부품 설계단계부터 최종 제품이 완성된 후 이를 검증하여 품질의 산포를 줄일 수 있도록 생산하는 방안까지 모두 중요한 요소임 국내 기술경쟁력 수준 선진국 대비 82로서 기술개발에 보다 많은 노력이 필요한 부분으로 분석되고 있으며, 특히 영구자석모터에서 집중된 기술개발 투자가 이 루어져야 할 것임 부 품 개발/설계능력 국내 전기자동차용 구동모터 기술경쟁력 분석 생 산 설비수준 생 산 기술수준 품 질 경쟁력 (선진국 = 100) 종 합 전동기 가중치 자료 : 당행 실태조사

44 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 131 라. 인버터 정의 및 특성 1) 정의 인버터는 직류(DC:Direct Current) 전원을 자동차 주행을 위한 모터를 가동하기 위해 교류(AC:Alternative Current)전원으로 변환시켜 주는 역할을 하는 전력 변환장치임 - 인버터는 각종 회로와 함께 입/출력을 위한 커넥터, 파워소자, 전기를 보관하는 커패시티 등으로 구성됨 인버터 개념과 구성품 2) 특성 전기자동차에 사용되는 모터는 최대속도가 10,000rpm이상 고속운전이 가능해야 하며, 회전력(Torque)에 대해 저속에서 고속까지 정밀제어가 가능해야함 전기자동차의 경량화로 인해 수냉식 구조를 주로 채택하고 있으며 진동과 온도 (-40 ~ 85 ), 추운 곳에서 동작 시 단시간내에 온도가 상승하므로 Thermal Shock(열팽창으로 인해 수명 단축됨)에 견뎌야 하는 등 다양한 환경에서 내구성이 강하고 Power 밀도가 높아야하는 특성을 지녀야함

45 132 산업기술 이슈 업계 동향 완성차 업계의 인버터 개발 및 생산은 두 가지 형태 즉, 완성차 업체 내부에서 자체 생산하는 형태와 부품업체와의 협업방식 등으로 진행되고 있음 - 현대자동차, 도요타자동차 등은 자체 생산을 하는 회사이며 GM, 르노 등은 1차 부품업체와 협업을 통해 개발 하고 있는 업체이나, 향후 자체 생산방식을 더 많이 취할 것임 - 현재, 전력 전자기술을 보유하지 못한 기존 1차 부품업체는 외부의 전기 전자 업체와의 제휴를 통해 기술 확보하고 있음 기술개발 동향 전기자동차의 경우 최대 60 ~ 200kW까지 다양한 용량의 인버터가 개발되고 있으며, 하이브리드자동차와는 달리 전기 자동차종류에 따라 인버터의 모델을 개발하고 있음 전기자동차의 경량화로 인해 인버터에서도 고효율화에 가장 많은 노력을 기울이 고 있음 - 내부에 들어가는 구동 알고리즘 자체는 산업용에서 지속 발전해 온 부분으로 특별히 기술이 개발되는 부분은 없으나 현재 전기자동차가 요구하고 있는 회전력(Torque)대비 실제 출력 회전력(Torque)이 최대한 근접할 수 있는 방향 으로 연구개발이 진행되고 있음 차체 조립의 간략화를 위해 다른 장비와의 통합을 시도하는 방향으로 기술개발이 진행되고 있으며, 고효율화를 위해 95%대의 효율을 98%까지, 수냉 온도를 60 ~ 70 에서 105 로 올리는 기술 개발이 미국 DOE를 중심으로 선행 개발 진행 중임 일본의 경우는 Power Density(적은 체적으로 많은 출력을 내는 것) 향상을 위해 중요 소자인 전력소자와 Capacitor 등 부품 단위 개발에 많은 노력을 기울이고 있음

46 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 133 기술경쟁력 분석 국내 인버터 기술경쟁력 지수는 81로서, 주요부품(전력소자 등)에 대한 기술적 열세와 최종 제품에 대한 품질경쟁력 열위로 선진국 대비 기술력 차이가 많이 존재하고 있는 것으로 나타나고 있음 기술요소의 가중치(중요도)에서 가장 높게 나타난 부품개발/설계능력 요소에서 선진국과 기술적 차이가 현저하게 낮고, 기타 기술요소에서도 전반적으로 기술이 열위한 것으로 나타남 부 품 개발/설계능력 국내 전기자동차용 인버터 기술경쟁력 분석 생 산 설비수준 생 산 기술수준 품 질 경쟁력 (선진국=100) 종 합 전동기 가중치 자료 : 당행 실태조사 마. 충전기/충전인프라 개 요 1) 정의 충전기는 전기자동차 배터리에 전기를 충전하는 기기로서, 정류기 11) 에 의한 직 11) 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 기기

47 134 산업기술 이슈 류전압 12) 을 사용하여 배터리에 전압을 가하여 충전함 - 충전기는 가정용 전압(220V)을 사용하여 충전하는 완속충전기와 높은 전압을 가하여 충전시간을 획기적으로 단축시키는 급속충전기가 사용되고 있으며, 충 전시간은 충전시 가하는 전압과 전류에 따라 정해지나, 국내에서 개발한 블 루온 의 경우 완속은 6시간, 급속은 25분 소요됨 충전인프라는 전기자동차의 보급을 활성화하기 위해 운전자가 안심하고 편리하 고 부담 없이 언제 어디서나 충전을 가능하게 하는 인프라임 - 충전소의 설치 뿐아니라 충전장소를 알려 주는 시스템, 충전방법의 표준화 (전압, 플러그모양, 충전기와 배터리간의 정보통신 등) 등 충전 관련 인프라를 모두 일컬음 - 기타 배터리리스방식 관련 기준, 배터리리사이클시스템, 주행시 보행자 위험 경감방안 등 전기자동차 보급을 위한 물리적, 제도적 다양한 인프라를 포함하 고 있음 전기자동차의 활성화를 위한 충전 인프라는 개별산업 및 개별 업체의 구축이 아닌 차세대 전력망 즉, 스마트그리드 13) 의 국가로드맵에 의해 구축이 진행되고 있음 12) 사간의 경과에 따라 방향과 크기가 변하지 않는 전압 13) 스마트그리드란 기존의 전력망(Grid)에 ICT(Information & Communication Technology :정보통신 기술)기술을 접목하여 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 전력 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망임

48 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 135 자료 : 지식경제부 스마트그리드 국가로드맵, 스마트그리드로드맵 에서 정부는 스마트그리드 구축을 통한 저탄소 녹색성장 기반 조성 을 정책비전으로 정하고, 지능형전력망 지능형소비자 지능형운송 지능형신재생 지능형전력서비스 등 5대 추진분야를 선정함 특히, 5대 추진분야 가운데 지능형운송분야(전국 단위 충전인프라 구축)가 전기자동차의 충전인프라와 직접적으로 관련된 분야임 스마트그리드 5대 추진분야 추진분야 지능형 전력망 지능형 소비자 지능형 운 송 지능형 신재생 지능형 전력서비스 추진 내용 개방형 전력플랫폼 구축/고장예측 및 자동복구 시스템구축 지능형 계량인프라 구축/에너지 관리 자동화시스템 구축 전국 단위 충전인프라 구축/ V2G 14) 및 정보통신기술 서비스시스템구축 대규모 신재생에너지 발전단지 조성/ 에너지 자급자족 가정 및 빌딩 구현 다양한 전기요금 제도 개발/ 지능형 전력거래시스템 구축 자료 : 지식경제부 스마트그리드 국가로드맵, ) V2G : Vehicle to Grid(차량-전력망 연결기술) V2G란 PHEV나 EV와 전력 계통이 서로 전력을 주 고받는 개념

49 136 산업기술 이슈 업계동향 충전기의 경우 일본은 하세텍, 다카사고, 다카오카 등에서 급속충전기를 2008년 이후 차례로 출시하였으며, 그 밖에 영국과 미국, 유럽 등에서 지속적으로 개발 출시하고 있음 해외 주요 업체의 충전기 현황 자료: LS전선, 충전인프라 개발동향 및 전망, 국내 충전기 생산업체로는 LS전선(주), LS산전(주), (주)LG CNS, (주)효성, (주)피앤이솔루션, (주)코디에스, (주)시그넷시스템, EN테크놀로지(주) 7개 업체임 - 이들 업체 가운데 실제 현장에 완속과 급속 충전기 모두를 설치하고 있는 업체는 (주)피앤이솔루션, (주)효성, (주)코디에스 등임 - 충전기 관련 기술은 전기자동차의 부품들 가운데 비교적 낮은 수준의 기술로서, 시장규모에 따라 신규업체의 시장진입이 어렵지 않아 각국의 표준이 정하여 질 경우 치열한 가격경쟁이 예상됨 - 정부가 발표한 스마트그리드 국가로드맵 에서는 급속충전기를 누적 기준으로 2012년에 100대, 2020년 4,300대, 2030년에는 27,140대를 설치할 목표로 계획을 추진하고 있음

50 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 137 자료: LS전선, 충전인프라 개발동향 및 전망, 충전인프라부문에서 미국 오바마 행정부는 부시 행정부와는 달리 플러그인하이 브리드자동차 보급에 중점을 두고, 이를 위해 국가적 사업으로 지능형전력망과 자동차용 충전시스템을 연계하는 인프라 구축에 힘을 쓰고 있음 - 미국은 2009년 8월에는 차세대전기자동차와 관련한 24억달러의 보조금 집행 계획을 발표 하면서, 그 가운데 약 4억달러를 전기자동차의 실증시험을 위한 차량 구입비용 지원 및 충전인프라 구축에 지원함 일본의 경우 충전인프라를 구축을 위해 급속충전기 가격의 약 50%를 보조하는 등 적극적인 노력을 기울이고 있음 - 일본산업성은 전기자동차와 플러그인하이브리드자동차의 본격적인 보급을 위해 EV PHEV타운 을 선정하여 실증실험 모델 사업을 실시하고, 2009년 3월에 처음으로 광역실시 지역 2곳과 실시지역으로 6곳에 EV PHEV타운 을 선정함

51 138 산업기술 이슈 - 일본 가나가와현은 충전인프라를 2025년에 누적 12만대 보급 목표를 설정하고 단계적으로 추진하고 있음 영국은 전기자동차 보급을 위해 2015년까지 런던 지역에 2만 5,000개소의 충전 장치를 설치할 계획이며, 2012년부터는 급속충전기 네트워크도 구축할 예정이고, 신설되는 주차장 면적의 20%에 대해 충전장치 설치 의무화를 추진하고 있음 프랑스의 경우는 유럽에서 가장 많은 약 8,000대의 전기자동차를 보유하고 있으 며, 이미 주요 도시 지역에 비교적 많은 자동차용 충전장치가 설치되어 있음 - 파리시는 1,400기의 충전장치를 도심과 외곽지역에 설치할 계획이며, 도요타 르노 PSA 등 주요 자동차업체들과 전기자동차 및 충전인프라 관련 공동사업 을 추진하고 있음 중국의 중앙정부는 2020년까지 전기자동차 인프라 구축 1조원 지원하고, 지방 정부는 별도로 자금을 지원하여 시범사업을 진행하고 있으며, 국영전력사나 정유사는 주로 인프라를 보급하고 배터리 기술 발전에 따른 급속 충전 방식을 확대하고 있음 - 중국은 충전인프라 발전로드맵을 시범시기(~2012년, 완속충전기 중심) 보급 시기(2013~2020년, 급속충전기 및 가정용 도입) 발전시기(2021년 ~, 가정 용확대) 등 3단계로 구분하여 계획하고 각 단계별 이를 실행하고 있고, 상해 선전 등 10개 주요 도시를 중심으로 충전인프라를 구축하고 있음 기술개발 동향 충전기의 기술동향은 주로 직류 전도방식과 교류 유도방식이 검토되고 있으며, 일본. 미국. 유럽 등에서는 충전방식이나 형태, 통신방법 등의 표준화를 추진하고 있음 - 충전장소는 주간의 보조충전용 충전스탠드와 야간의 각 가정이나 사업소에서의 충전을 검토하고 있으며, 이에 대응한 충전기를 개발하고 있음 - 인프라정비에는 아직 좀 더 시간이 걸리기 때문에 각사에서는 자부담으로 자체충전기(차량탑재형 또는 고정설치형)를 개발하고 있음

52 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 139 충전인프라의 경우 지능형운송기술은 전력망과 전기자동차가 양방향으로 자유롭 게 접속함으로써 새로운 비즈니스를 창출할 수 방향으로 전개되고 있으며, 전기 자동차 배터리에 충전된 전력을 비상전력원으로 사용하여 전력망의 효율향상 및 온실가스 배출량 감축에 기여하는 기술이 개발되고 있음 - 지능형운송기술은 부품 소재기술, 충전인프라기술, V2G기술 로 구성됨 지능형운송기술 기 술 명 부품 소재기술 충전인프라기술 V2G기술 기술 내용 소형 및 중대형 전기자동차 핵심부품 및 소재에 해당하는 전기모터,배터 리,BMS 등을 개발하는 기술임 전기자동차에 효율적으로 전기를 공급하기 위한 급속 완속충전기, 충전인터페이 스 부품 및 인증 과금 등을 위한 전기자동차 정보통신기술서비스시스템을 구축 하는 기술 전력망과 전기자동차 배터리 전원을 연계하여 양방향으로 전력을 전송 /역송 하 는 기술로서 실시간 시장요금에 근거하여 효율적인 계통 연계 및 운용방안을 구축하는 기술임 자료 : 지식경제부 스마트그리드 국가로드맵, 기술경쟁력 분석 기술난이도가 낮은 충전기 분야에서는 국내 기술경쟁력이 크게 떨어지지 않고 있으나, 충전인프라 분야에서 선진국의 활발한 기술개발 정책추진에 대비하여 기술경쟁력이 떨어지고 있는 것으로 나타나고 있음 부품개발/설계능력에서 선진국 대비 가장 낮은 70 수준을 보여 주고 있었고, 생 산기술 수준 및 품질경쟁력에서 80이상의 수준으로 기술경쟁력이 열세에 있는 것으로 나타남 특히, 기술경쟁력 분석에서 부품개발/설계능력 및 품질경쟁력 등의 기술요소의 가중치가 각각 30과 32를 기록한 반면, 부품개발/설계능력의 기술경쟁력이 70 을 차지하여, 충전/충전인프라 분야의 기술경쟁력을 강화하기 위해서는 동 기술 요소에 대한 집중적 노력이 요구되고 있음

53 140 산업기술 이슈 부품 개발/설계능력 생산 설비수준 생산 기술수준 품질 경쟁력 (선진국=100) 충전기/ 충전인프라 가중치 종합 자료 : 당행 실태조사 Ⅳ. 시사점 시사점 전기자동차의 구동계 부품으로 모터, 배터리, 인버터 등이 사용됨에 따라 전기자 동차 보급이 급격하게 확대될 경우, 기존 엔진 및 구동계 관련 부품 공급업체는 현재의 공급 수준을 유지하기 어려울 것임 기존 자동차시장에서는 조립기술을 보유한 완성차업체와 엔진 및 변속기 등 주 요부품을 생산하고 있는 업체들이 시장을 주도하였으나, 전기자동차시장이 빠르 게 확대된다면, 배터리기술을 비롯한 전기 전자 관련업체에게 사업기회가 확대될 전망임 - 특히, 기존 자동차 대비 LG화학, SB리모티브 효성, LS산전 등 전기/전자/소 재 등의 업체들이 강력한 부품업체로 부상되고 자동차분야에서 사업기회가 확 대될 전망임

54 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 141 현재 자동차 부품산업의 구조는 다수의 부품업체가 1개 혹은 2개의 완성차에 종 속되어 있는 수직계열화로 되어 있으나, 전기자동차 시대에는 경쟁력 있는 전문 업체가 다수의 완성차업체에게 공급하는 수평분업형으로 변화될 것임 주요 부품인 배터리, 모터, 인버터 등은 엔진 및 구동계 부품과는 달리 자동차 업체가 개발 주도권을 독점하기 어려워 핵심부품 및 소재 관련 업체와의 새로운 관계를 설정하는 것이 필요하며, 이에 따라 업계 구조변화의 시기에 기술력 있 는 벤처기업의 시장 진입기회가 넓어지고 있음 - 이는 도요다가 파나소닉EV에너지를 설립한 것과 테슬라(Tesla)사에 제어시스 템기술을 제공하고 독일 BMW에 제어시스템과 배터리팩을 공급해서 유명해진 미국 AC Propulsion사의 예에서 찾아 볼 수 있음 전기자동차로 인한 업계구조 변화는 기존 부품업체에게 많은 부담을 주고 있지 만, 오히려 적극적인 대응전략으로 새로운 기회를 맞이할 수 있을 것이며, 자동 차산업에 참여하지 않은 타 업종의 기업도 이러한 업계 변화를 통해 새롭게 참 여할 수 있는 기회를 맞게 될 것임

55 142 산업기술 이슈 별첨1) 국내외 전기자동차 모델 및 제원 Aero EV Aptera 2e Arcimoto Pulse Artega SE 사 진 출시년도(예상) 국 가 USA USA USA Germany 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 2.5 < 이동거리(Miles) 모터(kW) 에너지저장(kWh) 배터리타입 - LiFeP04 PbA - Audi e-tron Bolloré Blue Car Bolloré Pininfarina Buddy 사 진 출시년도(예상) 국 가 Germany Canada Canada Norway 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) 모터(kW) /50 30/50 13 에너지저장(kWh) 배터리타입 Li-Ion LMP LMP PbA

56 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 143 BYD E6 Chery S18 Chevy Cruze EV Chevy S-10 EV 사 진 출시년도(예상) 국 가 China China USA USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) /73 모터(kW) 에너지저장(kWh) /27.4 배터리타입 LiFeP04 LiFeP04 Li-Ion PbA Citroën C1 Daimler Smart ED Daimler Benz SLS Detroit Electric e46 사 진 출시년도(예상) 국 가 France Germany Germany UK/China 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) <4 <8 이동거리(Miles) 모터(kW) 에너지저장(kWh) 배터리타입 Li-Ion Li-Ion - LiPoly

57 144 산업기술 이슈 Detroit Electric e63 GM EV1 Ford Focus EV Ford Ranger EV 사 진 출시년도(예상) 국 가 UK/China USA USA USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) <8 <9-15 이동거리(Miles) /65 모터(kW) 에너지저장(kWh) /26 배터리타입 LiPoly PbA Li-Ion PbA Flybo XFD-6000ZK Geely EK2 Panda Heuliez Will Hyundai i10 EV 사 진 출시년도(예상) 국 가 China China France Korea 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) - - <5 이동거리(Miles) 모터(kW) / 에너지저장(kWh) 배터리타입 PbA Li-Ion Li-Ion LiFeP04

58 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 145 Lightning Electric Car Loremo EV Lumeneo Smera Miles ZX40S Car 사 진 출시년도(예상) 국 가 UK Germany France USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) <4 < 이동거리(Miles) 모터(kW) 에너지저장(kWh) 배터리타입 - Li-Ion Li-Ion PbA BMW Mini E I Miev Nissan Leaf NmG 사 진 출시년도(예상) 국 가 Germany Japan Japan USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) /80 모터(kW) /280 25/40 에너지저장(kWh) 배터리타입 Li-Ion Li-Ion Li-Ion PbA

59 146 산업기술 이슈 Peugeot ion Renault Zoe Z.E. Renault Fluence Z.E. Renault Kangoo ExpressZ.E. 사 진 출시년도(예상) 국 가 France France France France 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) 모터(kW) 에너지저장(kWh) 배터리타입 Li-Ion Li-Ion Li-Ion Li-Ion Reva NXR City Reva NXR InterCity Reva NXG Smart ED 사 진 출시년도(예상) 국 가 India India India Germany 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) 모터(kW) 13/ 에너지저장(kWh) 배터리타입 PbA Li-Ion LiFeP04 Li-Ion

60 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 147 Solectria Force Subaru R1E Subaru Stella Tango T600 사 진 출시년도(예상) 국 가 USA Japan Japan USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) 50/85/ 모터(kW) /104 에너지저장(kWh) 14.6/ 배터리타입 PbA Li-Ion Li-Ion PbA Tata Indica Tata Nano EV Tesla Roadster Tesla S 사 진 출시년도(예상) 국 가 India India USA USA 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) <10 < 이동거리(Miles) pack 모터(kW) 에너지저장(kWh) pack 배터리타입 Li-Ion Li-Ion Li-Ion Li-Ion

61 148 산업기술 이슈 Think City Toyota RAV4 EV Volvo C-30 VW E-UP 사 진 출시년도(예상) 국 가 Norway/USA Norway/USA Norway/USA Germany 최고속도(Mph) 가속시간(0-60Mph) 이동거리(Miles) 모터(kW) 에너지저장(kWh) 배터리타입 NaALCL4 Ni-MH Li-Ion Li-Ion Wheego Whip ZAP Alias 사 진 출시년도(예상) 국 가 China/USA China/USA 최고속도(Mph) 40/ 가속시간(0-60Mph) NA 5.7 이동거리(Miles) 40/ 모터(kW) 30/ 에너지저장(kWh) - - 배터리타입 Pb-Acid Li-Ion

62 국내 전기자동차 기술 경쟁력 분석 149 별첨2) 국내 전기자동차 주요 부품별 업체 현황 주) 총 73개 업체 (중복업체 고려) 자료 : 당행 실태조사

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