POLICY & ISSUES / 기획특집 전력기반차 (xev) 산업및기술동향 현재자동차는변화의중심에서있으며 현재까지의변화속도와는또다른차원의격변기에있다고볼수있다. 자동차 FTA 체결로글로벌경쟁시대로이미접어들었으며 기후변화에따른규제강화로신기술및신시장으로의진입은전기자동차등전력을기반으로하는전력기반차시장이급격히커지기전에정부 R&D 정책지원확대가그어느때보다절실한때이다. 하이브리드자동차를제외한전기자동차 플러그인하이브리드자동차 수소연료전기자동차는도입기수준이지만 환경규제및고유가문제에능동적으로대응하기위하여 기술선진국과선진메이커를중심으로모터 배터리 인버터및각종핵심전장부품에대한원천기술과주행거리연장및안전성확보를위하여치열한경쟁이진행되고있다. 손영욱 한국산업기술평가관리원그린카 PD 현대모비스 주 로템 주 기술연구소근무 산업통상자원 R&D 전략기획단전문위원등역임 tel. 053-718-8373 ywson@keit.re.kr 24
2016 / May / June / 환경정보 - Abstract - 전세계적으로연비향상및온실가스감축을목표로하는환경규제강화 수요자선호변화등대내외자동차산업패러다임이변함에따라전기자동차 수소연료전지자동차 플러그인 하이브리드자동차등전력을기반으로하는전력기반차 xev 의급속적인성장이전망되고있다. 선진국을중심으로한자동차환경규제강화로인하여전력기반차는가솔린대비 5배 연평균 20% 이상급속성장하고있으며 나판매조차하지못할수도있다는데문제의심각성이있다. 그림 1 에서보는바와같이미국의경우업체별자동차판대전체평균연비규제를 2015년 36.2mpg에서 2020년 44.8mpg로규제가 24% 강화되었으며 이는판매된전체차량의평균연비가 0.1mpg가부족할경우대당 5.5 달러의벌금을물리게된다. 즉 A기업이 100만대의차량을미국에판매했을경우 1mpg미달시물려야하는벌금이 55 000만달러이며한화로거의 6 020억원에달한다. 2014 년글로벌전력기반차시장규모는 230 만대수준에도 달한것으로판단된다. 본내용에서는자동차의산업환경의변화에대해서알아보고 이에따른국내외기술개발현황과전력기반차기술개발방향에대해서알아보고자한다. 1. 자동차의산업환경변화 전세계적으로연비향상및온실가스감축을목표로하는환경규제강화 친환경으로의수요자선호변화등대내외자동차산업패러다임이변함에따라내연기관중심으로되어있는자동차산업의구조개편필요성이증대되고있다. 연비및온실가스규제는규제로만끝나는게아니라벌금을물거 이와같이세계각국은글로벌기후변화대응과지속가능한성장의조화를위해연비향상과온실가스감축을목표로환경규제를강화하고있으며 유럽의경우기업평균온실가스규제가 130g/km ~ 19년 에서 95g/km 20년 ~ 24 년 으로강화되었으며 미국의경우기업평균연비규제가 19.8km/l ~ 20년 에서 23.2km/l 21년 ~ 24년 으로강화되었다. 현재 25년평균온실가스배출규제가 75g/km으로전망되고있으며 내연기관차로 25년온실가스규제대응시 표 1 에서보는바와같이경형차판매만이가능하여현실적으로전력기반차없이는다양한소비자수요반영이불가능하다. 그림 1 전세계자동차연비규제강화추세 25
POLICY & ISSUES / 기획특집 표 1 내연기관차 10 만대판매시 25 년온실가스규제 75g/km 대응 분류 구분 내연기관차 승용 경형소형중형대형다목적 평균온실가스배출 다양한차종판매 규제대응차종판매 온실가스배출 g/km 75 80 90 110 135 100 자동차판매비율 % 15 20 25 15 25 75g/km 불만족 온실가스배출 g/km 75 80 90 110 135 75 자동차판매비율 % 100 0 0 0 0 75g/km 만족 이를해결하기위하여미국 유럽 일본등선진국을중심으로가솔린엔진과디젤엔진의효율을각각 50%. 60% 까지달성하기위하여국가적인차원에서기술개발정책을추진하고있다. 미국에서는고효율저배기화를통해미국수송분야의화석연료의존도를낮추기위해 20년까지최대연비 50% 개선을목표로 ACE 프로그램을추진하고있으며 유럽에서는디젤기초연구를중심으로 FVV 프로젝트 일본은열효율 50% CO 2 저감 30% 을목표로하는 SIP 프로그램을추진하고있다. 그러나이러한프로젝트는강화되고있는환경규제추세에맞추어엔진효율을향상시키기에는현실적으로쉽지않으며 이를해결하기위해서는전기자동차 것으로받아들여지고있다. 2. 전력기반차시장의부상 이와같이환경규제강화및소비자선호다양성등대내외여건변화에기인하여전력기반차 xev 는전세계적으로가솔린차대비 5배 연평균 20% 이상의폭발적인성장세를보이고있다. 표 2 에서보는바와같이 10년 ~ 14년연평균성장률을볼때가솔린차는 3.8% 전력기반차는 21% 의성장률을보이고있으며 14년전세계전력기반차시장규모는 230만대수준에도달하였다. EV 플러그인 하이브리드자동차 P HEV 수소연료 전지자동차등을기반으로하는전력기반차 xev 의시장진입이필수적일수밖에없는이유가되고있다. 또한자동차구매결정요인으로가격 연비등전통적요인외디자인 이미지 환경에미치는영향등으로소비자선호가다양화 IEA Frost&Sullivan 등주요기관은 그림 2 의그래프에서와같이 25년 32% 30년 50% 의자동차시장을전력기반차가차지할것으로전망하고있으며 25년기준전력기반차시장은 1 850억달러 215조원 으로전망하고있다. 되어내연기관중심의자동차산업생태계변화는불가피한 표 2 세계친환경차시장현황 14 년 국가별 차종별 2011 2012 2013 2014 전세계 1 121 1 756 1 901 2 314 미국 286 487 573 30.0% 630 27% 중국 42 45 59 3.1% 136 5.9% 일본 653 1 010 971 51.0% 1 214 25.5% 유럽 95 169 259 13.6% 286 12.4% P HEV 992 1 699 1 789 94% 2 128 91.9% EV 52 57 112 5.0% 186 8.0% FCEV 0 0 0-0.3 0.01% 26
2016 / May / June / 환경정보 그림 2 글로벌친환경차시장전망 3. 세계전력기반차정책현황 전력기반차시장이증대됨에따라선진국을중심으로경쟁적으로전력기반차기술개발및보급정책을추진및확대하고있다. 미국은전기차관련기술개발에 15년까지 22 260백만유로를투자하였으며 15년전기차 100만대보급및 120만대생산 30년자동차석유사용량 50% 을목표로 12년 EV Everywhere 를발표하였다. 유럽은 H2ME Hydrogen Mobility Europe 계획등을통해각국실정에맞는친환경차보급을촉진하되특히수소차보급에적극참여하고있으며 독일은 H2 Mobility 이니셔티브를통해 60개 16 400개 23년 영국은 UK2Mobility 프로그램을통해 65개 20년 의수소충전소구축을추진하고있다. 특히독일은전기차보급확대에 17년까지매년 3.6억유로추가투자를계획하였으며 13~ 16년수소연료전지 수소기술에총 3 000만유로투자를진행하고있다. 중국은 자동차와전기차산업발전계획 2011 2020 을발표하여 10년간 1 000억元 18.5조 을전기차개발과보급지원에투입하고있으며 중국제조 2025 계획에서신에너지자동차 EV PHEV FCEV 를핵심육성산업으로선정하고 20 년까지 200만대보급을목표로설정하였다. 일본에서는 차세대자동차전략 2010 을통해 EV 등의전력기반차에사용되는배터리기술개발에 210억엔 2천9백억원 09~ 15년 을지원하고있으며 20년전기차 100만대 20년친환경차량비중 20% 를목표로설정하였다. 4. 세계전력기반차기술개발현황 1 전기자동차 EV 미국은실용적인장거리주행이가능한전기차개발에주력하고있으며 17년출시예정인 GM 社의소형전기차볼트가주행거리 321km이고 FORD 社도 2017년주행거리 320km 이상인고성능전기차신모델이출시예정이다. 테슬라社는 2차전지공장 기가펙토리 50억달러규모의투자를계획하고있으며 일본의파나소닉社에서단계별로 20억달러가투자계획이다. 또한모델S 등고가제품에주력해온테슬라가 3~4천만원대보급현전기자동차모델3를예약판매시작함으로서화제가되고있다. 유럽은 BMW 社가 14년미래전기차시대를대비해 i라인확장으로전기차시장에서확고한위치를차지하기위해세번째전기차 i5 개발을발표 i3 생산을위해라이프치히공장에 5조8천억원신규투자를진행 i3와 i8의개발에 6억유로 약 8 920억원 을투자계획하고있다. AUDI 社는현재순수전기차 2종 R8 e-tron SAV Sport Activity Vehicle 을개발중이며 18년 450km 주행이가능한전기차량을출시예정이다. 27
POLICY & ISSUES / 기획특집 일본낫산자동차社는전세계적으로가장많이팔린전기차 Leaf 에이어 2017년완전신형모델이출시예정이며 중국의 BYD 社는 08년 PHEV 세계최초로개발 11년자체개발한 EV E6 중심으로중국로컬전기차시장을주도하고있다. 2 플러그인 하이브리드자동차 HEV/PHEV 미국에서는 HEV 보다는 PHEV와 EV를동시개발에집중하고있다. GM 社는일본이 HEV 시장을선점하였다고판단 PHEV 출시및 EV를중심으로시장선점에집중하고있으며 16년 4분기미국에출시할캐딜락최고급대형세단 CT6 완 였으나북미시장에서는고전중이었으며 최근독특한신구조의 Accord HEV를개발하여도약의계기로삼고있다. 미쯔비시社는 13년 SUV 아웃랜더 PHEV를출시하면서 최근유럽시장을중심으로공략중이며 기존 EV 기술을바탕으로자체개발한전기구동중심의신구조 PHEV 기술을확보하였다. 중국은순수 EV 개발에집중하여 13년이후판매가급격히증가하였으며 자체적인 HEV 기술력은상대적으로저조하다. 중국업체 HEV 자체기술력은저조한것으로분석되나중국시장공략을목표로진출한해외선진업체들과의전략적제휴를통하여기술개발을추진중이다. 전신형모델에가솔린버전외에 PHEV 버전을추가할계획 이다. FORD 社는 18년에기종차종의변형모델이아닌코드명 C240 의자사첫전용모델출시를위해개발을진행중이다. 유럽에서는 PHEV와저비용 48V Mild HEV 개발이활발하게진행중이다. BMW 社는미니와롤스로이스를포함한모든브랜드주력모델에플러그인하이브리드 PHEV 버전을추가할계획이며 이미출시계획이발표된 BMW 중형 SUV X5 PHEV와 3시리즈 PHEV 버전외에여타주력모델과미니및롤스로이스주력모델의 PHEV 버전이추가로출시될전망이다. BENZ 社는 15년 3월유럽과 9월미국에세단과스테이션왜건으로출시할 C클래스 PHEV 신모델 C 350 PHEV 를최근공개하였다. 특히유럽에서는 11년 독일 5 개업체 BMW VW 아우디 다임러 포르쉐 를중심으로 48V 시스템에대한규격인 LV148 를수립하였고 기존내연기관의헤게모니를유지하면서강화되는연비및배기규제를실용적으로대응할수있는 48V Mild HEV 상용화를위해개발을진행중이다. 일본은지속적인 HEV 중심의압도적인연비성능을기반으로시장선점노력을가속화하고있다. 도요타社는 PHEV보다는 HEV 개발및판매에집중하여 29종이상의다양한 HEV 모델을기반으로자국시장과세계시장을압도적으로장악하고있으나 PHEV는프리우스 1종에불과하다. 혼다社는 3 수소연료전기자동차 FCEV 미국은수소연료전기자동차분야에서는후발주자로서국제협력을통한기술개발을진행중이다. 13년 7월 GM과혼다는소형 경량 저비용연료전지시스템과수소저장시스템을개발하여 20년까지 5천만원수준의수소연료전지자동차를출시한다는계획을발표하였다. 현재 GM은수소연료전지자동차 119대를투입해시범운행하여총 300만 Miles 의운행거리를축적하고있으며 혼다는 2002년부터양산형수소연료전지자동차인혼다 FCX를투입하여운행하고있다. 13년 1월포드는르노-닛산 독일의다임러와함께연료전지를공동개발하여 5년내상용화한다는계획을발표하였으며 이번협력을통해부품과차체의구조를규격화하고 개발비와부품비를절감시키는계획을가지고있다. 유럽의 BMW 社는 20년수소연료전기차양산을발표하였으며 폭스바겐社는 15년 2월에 AUDI 社 발라드社로부터연료전지관련특허를매입하였다. 일본도요타社는 FCEV를포함한연구개발목적으로총 4.5 조원규모의연구개발을위한주식발행을검토중이며 FCEV 개발및충전소네트워크확장에대규모투자집행이예상되고있다. 혼다社는 16년 3월에수소연료전기차가출시예정이며 5인승에주행거리가 750km로서판매가는 700 만엔수준이다. 20 년간패러렐시스템구조의다양한 HEV 를시장에출시하 28
2016 / May / June / 환경정보 표 3 국내외전력기반차출시현황및제원환친차별분류차종 LEAF Model S i3 Soul EV 전기자동차 EV 누적판매량 150 000 54 277 16 052 3 017 출시연도 2010 2012 2013 2014 제작사 국가 닛산 일본 테슬라 미국 BMW 독일 기아 한국 성능 주행거리 135km 386km 150km 150km Prius Camry Civic 소나타 HEV 하이브리드자동차 HEV PHEV 출시연도 1997 2006 2002 2010 누적판매량 1 524 130 308 424 229 161 133 518 제작사 국가 도요타 일본 도요타 일본 혼다 일본 현대 한국 성능 연비 21km/l 16.4km/l 18.9km/l 16.8 m/l Volt Prius PHV C-Max Energi 소나타 PHEV 플러그인 하이브리드 자동차 출시연도 2010 2012 2012 2015 누적판매량 69 092 36 680 16 014 360 제작사 국가 Chevrolet 미국 도요타 일본 Ford 미국 현대 한국 성능 주행거리 60km 18km 32km 44km 성능 연비 15km/l 21km/l 21km/l 17.2km/l MIRAI - - 투산ix FCEV 수소연료전지자동차 FCEV 출시연도 2014 2016 예정 2017 예정 2013 누적판매량 200대 15.5월 16년출시예정 17년출시예정 309대 15.9월 제작사 국가 도요타 일본 Honda 일본 Daimler 현대 한국 성능 주행거리 650km 700km 추정 - 594km 5. 국내전력기반차기술개발현황 1 전기자동차 EV 국내의경우전기차의기술적인수준은최고수준대비 95% 수준이상으로보고있으며 현대기아 르노삼성 한국GM 등완성차업체중심으로전기차양산기술을확보하였다. 대표차종으로차체중량 1 508kg 배터리용량 27kW/h 주행거리 148km인쏘을 EV가있으며 그외준중형급차체 무게 1 565kg 배터리용량 22kW/h 연비효율증대를위해사전냉난방시스템적용 급가감속시전기소모제어기술적용 주행거리 135km의성능을내는 SM3 Z.E와 경차로서 1 280kg 최대출력 107kW 최대토크 574N?m 주행 29
POLICY & ISSUES / 기획특집 거리 128km의성능을내는스파크EV가있다. 국내전기자동차개발은 90년대초시작되어 00년대초반까지민간주도로진행되었으며 이후완성차업체가 HEV와 FCEV 기술개발에주력하며전기자동차차량개발실적은없었으나 2010년이후다수의전기자동차가출시되었다. - 1991년현대차 소나타 EV 기아차 프라이드 EV 개발 납산전지 - 1996년현대차 엑센트 EV 개발 니켈전지 독자개발모터 - 2000년현대차 산타페 EV 개발 하와이및제주도 2년간실증운행 - 2011년기아차 Ray EV 개발 최초양산보급형 - 2013년 GM 스파크 EV 르노삼성 SM3 ZE 국내출시 양산보급형 - 2014년현대차 쏘울 EV" 국내출시예정 유럽및미국수출 전기자동차의경우 2차전지기술은세계를선도하고있으며 모터 인버터 전력변환장치등핵심부품기술또한동등수준의기술력을보유하고있다. - 00년 Santa Fe SUV FCEV 제작 해외기술도입 - 04년해외실증용 Sportage FCEV 개발 해외기술도입 - 07년 Tucson II FCEV 개발 운전장치국산화 50% 이상 - 08년 Sportage II FCEV 개발 국내기술로설계한스택탑재 - 10년 Tucson ix FCEV 금속분리판탑재 - 13년실증사업으로기술확보된보급형 Tucson ix35 FCEV 양산 - 15년수소차핵심부품을국산화하는것을목표로기술개발중현재는초기시장선점을위한완성차간의경쟁단계로수소차가격저감및내구성확보를위한기술개발을진행중이며 선진국과의기술수준은차량기술 완성차 대기업 에서는국내기술이선진국과동등하나부품기술에서는중소 중견기업의독자적인기술이부족한것으로보인다. 6. 국내전력기반차기술개발전략 국내에서는현재까지 제1차환경친화적자동차개발및보급기본계획 06년 ~ 10년 제2차환경친화적자동차개발및보급기본계획 11년 ~ 15년 을발표하여환경친화적자동차개발및보급에주력해왔으며 최근 제3차환경 친화적자동차개발및보급기본계획 16 년 ~ 20 년 을발 2 플러그인 하이브리드자동차 HEV/PHEV 현대자동차는 09년아반테 LPi HEV 출시를시작으로 11 년가솔린용소나타및 K5 HEV 13년 12월말그랜저 HEV K7 HEV를출시하였으며 15년말에일본도요타社의프리우스를능가하는아이오닉 HEV를출시하여화제를일으킨바있다. 또한 15년 7월에플러그인하이브리드모델 쏘나타 PHEV Plug-in Hybrid Electronic Vehicle 를출시햐였으며 17년에아이오닉 PHEV가출시예정이다. 표하여 20년친환경차생산 90만대 수출 60만대 친환경차보급 100만대돌파와친환경차선진기술경쟁력확보를위해기술개발지원정책을수립하였다. 특히기술개발에있어서는경쟁력있는친환경차개발을위해차종별기술개발전략을마련하였다. 전기자동차는배터리밀도 전기구동 냉난방시스템 전력변환장치 차체경량화등을통해동일차종기준차량성능 2.5배향상을목표로하였으며 수소연료전지자동차는가격저감및해외종속방지를위하여스 택 수소공급장치 공기공급부품 수소저장부품 고압수소 3 수소연료전기자동차 FCEV 국내에서는 FCEV 개발을위해기초기술부터차량기술까지정부주도로기술개발을진행하였으며 98년 G7 사업에 FCEV 차량제작을시작으로 13년 2월세계최초로보급형준양산차량 200~500대 / 년 을출시하였다. 용기등의핵심부품을개발하여내구성 안전성을향상시키고 특히 20년수소차판매가격을동일차종대비 40% 저감을목표로하였다. 플러그인 하이브리드자동차는고효율 차량가격저감을위해 PHEV 구동시스템 PHEV 전용엔진 배기정화효율 엔진효율 전동화부품 48V Mild HEV 30
2016 / May / June / 환경정보 PHEV 공용부품등의핵심기술개발영역을선정하여기술및가격경쟁력강화를목표로하였다. 저비용 고효율인프라구축확대를위해서는전기차충전시설확대및충전형태다양화 중점보급도시중심의수소충전소를구축을추진전략으로하였다. 친환경차활용사회기반조성을위해서는보조금및세제지원을통한구매부담경감 적정과금체계확립으로운영안정성확보 친환경차이용혜택강화 보급확대를위한법 제도개선을추진전략목표로하였다. 7. 결론 드자동차 수소연료전기자동차는도입기수준이지만 환경규제및고유가문제에능동적으로대응하기위하여 기술선진국과선진메이커를중심으로모터 배터리 인버터및각종핵심전장부품에대한원천기술과주행거리연장및안전성확보를위하여치열한경쟁이진행되고있다. 이에따라향후개발전략은중소 중견기업을중심으로고효율모터 배터리제어시스템 전장시스템고효율일체화 경량화및저에너지소모열제어등의기술력향상을통한경쟁력확보가필요하며 이에따른관련지원정책이마련되어야한다. 현재까지전력기반차기술개발은시스템및모듈단위의완성차위주로진행되어왔으며 대기업이기술개발의견인차역할을해왔었다. 앞으로는선진기술경쟁력을확보하기위해서는좀더세분화된기술개발이필요하며 여기에중소 중견부품업체의역할이강조되고있으며대기업과중소 중견기업과의협력강화가그어느때보다필요할때이다. 전력기반차시장의성장은기존자동차기술은물론산업에서도많은변화를필요로하며 내연기관차는상당히다른구조를가지고있기때문에새로운부품을만들수있어야한다. 전기자동차 플러그인 하이브리드자동차 수소연료전기자동차등전기동력을기반으로하는전력기반차산업은기존부품에서전력을기반으로하는전력기반차부품으로업종을전환해야하는업체가전체의 40% 가넘을것으로예상되고있으며 현재국내자동차중소 중견기업은자력으로업종을전환할수없는업체가대부분이며 여기에정부정책지원의중요성이나타난다. 현재자동차는변화의중심에서있으며 현재까지의변화속도와는또다른차원의격변기에있다고볼수있다. 자동차 FTA 체결로글로벌경쟁시대로이미접어들었으며 기후변화에따른규제강화로신기술및신시장으로의진입은전기자동차등전력을기반으로하는전력기반차시장이급격히커지기전에정부 R&D 정책지원확대가그어느때보다절실한때이다. REFERENCES 1. 글로벌전기차시장전망 http //www.newsis. com 2015 2 Strategic Outlook of Global Electric Vehicle Market in 2014 2014.04 Frost & Sullivan 3 Analysis of the Global Investment Opportunities in Electric Vehicles EVs 2014.02 Frost & Sullivan 4 전기자동차충전인프라구축현황및향후전망 김재국 2014.05 Journal of the Electric World / Monthly Magazine 5 하이브리드자동차의모든것 2009 A&D consultants 6 테슬라의새로운시도 2014.06 19. 동양리서치주식시장투자전략 7 에너지기술수출산업화전략연구 그린카시장전망과스마트그리드연계전략연구 김남일 2014.05 에너지경제연구원기본연구보고서 2013-35 8 수요산업동향 - 전기차 2014.07 월간 SW 산업동향 9 2013~2014 에너지기술국내시장전망 안남성 2013.13 에너지기술평가원 10 전기차 김평모 2014.07 동부증권리서치센터 11 성장기로들어선전기차 xev 와충전인프라의향후전망과핵심기술개발동향 2015.04.23. 산업경제리서치 하이브리드자동차를제외한전기자동차 플러그인하이브리 31