<최종보고> 미래형자동차부품산업의 경쟁력 강화방안 2007.9
제 출 문 산업자원부 장관 귀하 본 보고서를 미래형자동차부품산업의 경쟁력 강화 방안 연구용역의 최종보고서로 제출합니다. 2007년 9월 산업연구원 원장 오 상 봉
연 구 진 연구책임자 산업연구원 연구위원 조 철 연구참여진 산업연구원 연구위원 조 철 부연구위원 김 경 유
<목 차> Ⅰ.연구개요 1 1.미래형자동차부품의 정의 및 연구의 배경 1 (1)미래형자동차부품의 정의 1 (2)연구의 배경 3 2.연구의 목적 4 3.연구의 범위 및 추진방법 6 (1)연구범위 6 (2)추진방법 9 Ⅱ.세계 미래형자동차산업의 현황 및 발전전망 11 1.자동차산업의 환경변화와 미래형 자동차 11 2.미래형자동차의 기술개발 동향과 전략 18 (1)하이브리드자동차 18 (2)연료전지 자동차 33 (3)지능형자동차 42 3.미래형자동차산업의 세계시장 전망 56 (1)하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차 56 (2)지능형자동차 68 Ⅲ.국내 미래형자동차산업의 현황과 발전전망 72 1.국내 미래형 자동차 개발현황 72 (1)하이브리드 자동차 72 (2)연료전지 자동차 75 (3)지능형 자동차 78 2.국내 미래형 자동차산업의 발전 방향 80 (1)정부의 정책방향 개요 80 - i -
(2)하이브리드자동차의 개발 및 보급 생산계획과 전망 84 (3)연료전지자동차의 개발 및 보급 생산계획과 전망 93 (4)지능형 자동차 100 3.시장전망 105 (1)하이브리드자동차시장 105 (2)연료전지자동차 107 (3)지능형자동차 109 4.국내 미래형 자동차산업의 경쟁력 현황 111 (1)하이브리드 자동차 경쟁력 현황 111 (2)연료전지 자동차 경쟁력 현황 113 (3)지능형 자동차 경쟁력 113 (4)국내 미래형 자동차기술에 대한 종합평가 115 Ⅳ.미래형자동차가 부품산업구조변화에 미치는 영향 118 1.부품산업 구조변화의 기본방향 118 (1)미래형자동차의 발전전망과 부품산업 118 (2)미래형자동차에 특화된 부품분야의 창출 및 그 영향 119 2.하이브리드자동차 관련부품과 수급구조 123 3.연료전지자동차의 관련부품과 수급구조 133 4.지능형 자동차의 관련부품과 수급구조 138 5.국내 미래형자동차부품산업의 현황과 문제점 156 (1)미래형자동차부품산업의 현황 및 경쟁력 156 (2)미래형자동차부품산업의 장애요인 167 Ⅴ.미래형자동차부품산업의 발전방향 및 정책방안 173 1.미래형자동차부품산업의 SWOT 분석과 발전과제 173 (1)미래형자동차부품산업의 SWOT 분석 173 (2)미래형자동차부품산업의 발전 과제 176 2.발전을 위한 대응방안 186 - ii -
(1)미래형자동차부품산업 육성을 위한 혁신인자 186 (2)연관산업과 동시 발전전략 구상 190 (3)미래형자동차 부상에 따른 부품산업의 대응전략 193 3.21세기 발전비전 204 - iii -
<표차례> <표Ⅰ-1>자동차의 분류 2 <표Ⅰ-2>주요 자동차산업 제품의 시장발전단계 6 <표Ⅱ-1>HEV 구성에 따른 구동성능과 연료경제성의 비교 21 <표Ⅱ-2>도요타의 하이브리드 자동차 개발단계 특징 28 <표Ⅱ-3>주요 자동차업체의 하이브리드 자동차 개발 전략 30 <표Ⅱ-4>주요업체의 연료전지자동차 개발현황 36 <표Ⅱ-5>세계 자동차업체들의 FCV 개발경위 40 <표Ⅱ-6>세계 주요자동차업체의 저공해자동차전략 41 <표Ⅱ-7>지능형차량 분야의 기술 분류 44 <표Ⅱ-8>주요업체 자동차가 채택하고 있는 지능형시스템 50 <표Ⅱ-9>세계 주요자동차업체의 지능형자동차 기술개발 동향 51 <표Ⅱ-10>미국의 ITS추진계획 54 <표Ⅱ-11>미국 하이브리드자동차제품의 전개상황 60 <표Ⅱ-12>하이브리드자동차의 총소유비용 61 <표Ⅱ-13>하이브리드자동차의 세계시장 규모 전망 61 <표Ⅱ-14>하이브리드자동차의 세계시장 전망 62 <표Ⅱ-15>주요업체의 연료전지시범차량 64 <표Ⅱ-16>연료전지자동차의 세계시장 전망 67 <표Ⅱ-17>지능형자동차시스템의 세계시장 전망 71 <표Ⅲ-1>국내 하이브리드 자동차 개발연혁 73 <표Ⅲ-2>자동차 기술개발사업 현황 및 계획 82 <표Ⅲ-3>미래형자동차기술개발 현황 83 <표Ⅲ-4>하이브리드 자동차 국내 보급 로드맵 87 <표Ⅲ-5>하이브리드자동차의 시기별 가치사슬 활동 88 <표Ⅲ-6>연료전지 자동차 및 수소충전소 국내 보급 로드맵 95 <표Ⅲ-7>연료전지승용차의 시기별 가치사슬 활동 97 <표Ⅲ-8>지능형 자동차의 분야별 발전목표 101 <표Ⅲ-9>지능형자동차의 시기별 가치사슬 활동 101 - iv -
<표Ⅲ-10>하이브리드자동차의 국내 시장전망 106 <표Ⅲ-11>연료전지자동차의 국내 시장전망 108 <표Ⅲ-12>지능형자동차시스템의 국내 시장전망 110 <표Ⅲ-13>한국의 기술경쟁력 전망 115 <표Ⅳ-1>미래형 자동차 연도별 발전단계 전망 119 <표Ⅳ-2>자동차산업의 전후방 투자수요 변화 및 배경 122 <표Ⅳ-3>유망 투자분야의 전후방 연관산업 122 <표Ⅳ-4>포드와 머큐리의 하이브리드자동차 개요 130 <표Ⅳ-5>자동차업체의 연료전지관련 제휴현황 138 <표Ⅳ-6>자동차 ITS분야의 기술맵 146 <표Ⅳ-7>개별 섀시제어시스템 관련 업체 및 동향 149 <표Ⅳ-8>SAVE-U 프로젝트 참여업체와 역할 149 <표Ⅳ-9>전장부품 표준화 관련 국제 컨소시엄 150 <표Ⅳ-10>국내 센서 기술의 선진국 대비 수준 평가 152 <표Ⅳ-11>자동차용 센서 산업에 대한 SWOT분석 153 <표Ⅳ-12>자동차용 센서시장 분류 / 현재의 시장 154 <표Ⅳ-13>자동차용 센서시장 분류 / 새롭게 형성되고 있는 시장 155 <표Ⅳ-14>하이브리드 자동차부품업계 개발현황 및 애로사항 157 <표Ⅳ-15>하이브리드자동차 국내 기술 수준 비교 159 <표Ⅳ-16>연료전지자동차 국내 기술 수준 비교 160 <표Ⅳ-17>연료전지 자동차 부품업계 개발현황 및 애로사항 163 <표Ⅳ-18>하이브리드자동차의 COST 비교 170 <표Ⅳ-19>각국의 특허출원 등록 현황 171 <표Ⅳ-20>자국내 특허출원 등록 발명자 수 171 <표Ⅴ-1>미래형 자동차부품산업의 SWOT분석 174 <표Ⅴ-2>미래형자동차의 분야별 SWOT분석 175 <표Ⅴ-3>미래형자동차의 산업화를 앞당기기 위해 가장 시급한 과제 177 <표Ⅴ-4>미래형자동차가 타 제품/기술에 미치는 기술적 파급효과 177 <표Ⅴ-5>기술개발에 장애가 되는 요인의 심각성 178 <표Ⅴ-6>기술 확보 방법의 효과 179 - v -
<표Ⅴ-7>산업화에 장애가 되는 요인의 심각성 179 <표Ⅴ-8>수요창출을 위한 지원의 효과 180 <표Ⅴ-9>하이브리드자동차부품의 비용절감 목표 182 <표Ⅴ-10>미래형 자동차부품 혁신인자 분석표 189 <표Ⅴ-11>인프라확충 및 정책지원의 효과 198 <표Ⅴ-12>미래형자동차기술개발투자 지원계획 200 - vi -
<그림차례> <그림Ⅱ-1>자동차산업의 패러다임 전환 및 요인 11 <그림Ⅱ-2>국내 및 해외의 배출가스규제 추이 12 <그림Ⅱ-3>기술의 변화와 자동차산업 15 <그림Ⅱ-4>친환경 자동차기술 16 <그림Ⅱ-5> 미국 CARB ZEV 법규현황 16 <그림Ⅱ-6>에너지 및 환경관련 여건 변화가 투자에 미치는 영향 17 <그림Ⅱ-7>소비자요구의 변화가 투자에 미치는 영향 18 <그림Ⅱ-8>하이브리드 엔진의 구동방식 20 <그림Ⅱ-9>주요업체의 하이브리드자동차 출시현황 및 계획 30 <그림Ⅱ-10>주요업체의 하이브리드자동차기술동향 31 <그림Ⅱ-11>하이브리드기술개발에 관한 세계제휴관계 32 <그림Ⅱ-12>미국 하이브리드자동차시장의 모델별 점유율 32 <그림Ⅱ-13>연료전지자동차의 구성요소 34 <그림Ⅱ-14>연료전지자동차의 초기개발 제품 38 <그림Ⅱ-15>고안전 지능형 차량기술 45 <그림Ⅱ-16>첨단 차량/도로 시스템(ITS)기술 45 <그림Ⅱ-17>다양한 지능형 자동차 예 46 <그림Ⅱ-18>지능형자동차의 변화 양상 49 <그림Ⅱ-19>지능형자동차시스템의 발전과정 49 <그림Ⅱ-20>세계 자동차산업의 발전방향 57 <그림Ⅱ-21>2020년 동력장치별 자동차의 시장점유율 전망 58 <그림Ⅱ-22>세계 주요자동차시장의 동력장치별 비중 변화 추이 59 <그림Ⅱ-23>주요업체의 연료전지자동차보급현황과 생산계획 63 <그림Ⅱ-24>미국,일본 및 유럽의 연료전지자동차 실용화계획 65 <그림Ⅱ-25>미국 에너지부의 연료전지자동차 보급목표 65 <그림Ⅱ-26>일본 자동차용 연료전지 시장규모 변화 추이 및 분포 66 <그림Ⅱ-27>선진안전자동차의 세계시장전망 69 <그림Ⅲ-1>우리나라의 하이브리드 자동차 보급 및 개발계획 74 <그림Ⅲ-2>디젤 하이브리드 자동차 개발 계획 74 - vii -
<그림Ⅲ-3>국내개발 하이브리드자동차시스템 75 <그림Ⅲ-4>우리나라 연료전지 자동차 개발 현황 76 <그림Ⅲ-5>우리나라 연료전지 자동차 개발 계획 76 <그림Ⅲ-6>현대기아자동차의 연료전지자동차 개발과정 77 <그림Ⅲ-7>국내개발 연료전지자동차시스템 78 <그림Ⅲ-8>국내 개발 지능형자동차시스템 79 <그림Ⅲ-9>환경친화 자동차의 개발 및 보급지원 로드맵 81 <그림Ⅲ-10>친환경자동차의 기술개발 로드맵 및 추진전략 84 <그림Ⅲ-11>하이브리드 자동차 기술개선 방향 85 <그림Ⅲ-12>하이브리드자동차의 개발전략 및 대외환경 87 <그림Ⅲ-13>가솔린하이브리드승용차 개발 및 생산라인투자 89 <그림Ⅲ-14>디젤 하이브리드승용차 관련 개발 투자 90 <그림Ⅲ-15>RV용 하이브리드차량 관련 개발 투자 91 <그림Ⅲ-16>하이브리드승용차의 생산차종 확대 91 <그림Ⅲ-17>Plug-In및 In-Wheel등 차세대하이브리드시스템개발 투자 92 <그림Ⅲ-18>중소형상용 하이브리드 개발 및 생산라인 투자 93 <그림Ⅲ-19>연료전지자동차의 실증사업 및 보급계획 96 <그림Ⅲ-20>연료전지승용차의 연구개발 및 초기시범운행 투자 98 <그림Ⅲ-21>연료전지승용차의 소량생산체제구축 투자 98 <그림Ⅲ-22>연료전지버스의 연구개발 투자 99 <그림Ⅲ-23>연료전지버스의 소량생산체제구축 투자 100 <그림Ⅲ-24>개별 능동형 안전장치의 개발 및 생산투자 102 <그림Ⅲ-25>통합 능동형 안전장치의 개발 및 생산 투자 103 <그림Ⅲ-26>개별 정보통신장치의 개발 및 생산투자 104 <그림Ⅲ-27>통합 정보통신장치의 개발 및 생산투자 105 <그림Ⅲ-28>하이브리드자동차의 세계 속의 위상 107 <그림Ⅲ-29>연료전지자동차의 세계 속의 위상 109 <그림Ⅲ-30>지능형자동차시스템의 세계 속의 위상 111 <그림Ⅲ-31>하이브리드 자동차의 기술수준 비교 112 <그림Ⅲ-32>연료전지 자동차의 기술수준 113 <그림Ⅳ-1>하이브리드 자동차기술 123 - viii -
<그림Ⅳ-2>하이브리드자동차의 요소기술별 주요 관련 부품 124 <그림Ⅳ-3>하이브리드관련 부품의 세계시장규모 예측 125 <그림Ⅳ-4>에너지저장장치의 세계시장전망 133 <그림Ⅳ-5>연료전지 자동차기술 134 <그림Ⅳ-6>연료전지의 주요 요소기술별 관련 산업 136 <그림Ⅳ-7>연료전지자동차의 필요기술 및 부품 137 <그림Ⅳ-8>지능형자동차의 능동형 안전장치 투자 로드맵 141 <그림Ⅳ-9>지능형자동차의 정보통신부문 투자 로드맵 142 <그림Ⅳ-10>선진안전자동차(Advanced SafetyVehicles)의 이미지 144 <그림Ⅳ-11>ITS관련 시스템기술의 사업화 전망 145 <그림Ⅳ-12>대표적인 자동차 센서의 예 152 <그림Ⅳ-13>하이브리드자동차부품 기술관련 경쟁력 수준 158 <그림Ⅳ-14>연료전지자동차부품 기술관련 경쟁력 수준 162 <그림Ⅳ-15>지능형자동차부품기술관련 경쟁력 수준 167 <그림Ⅴ-1>미래형자동차산업 발전을 위한 방안 181 <그림Ⅴ-2>자동차산업의 전후방연계구조도 191 <그림Ⅴ-3>탄소섬유의 활용분야 192 <그림Ⅴ-4>미래형자동차산업과 연관 연구기관간 분업구조 193 <그림Ⅴ-5>주요국의 미래형자동차관련 지원 현황 199 <그림Ⅴ-6>미래형자동차관련 투자현황 199 <그림Ⅴ-7>미래형자동차기술개발 중장기 로드맵 200 <그림Ⅴ-8>국내 하이브리드 부품업체 소요비용 201 <그림Ⅴ-9>하이브리드자동차부품 기술개발자금의 재원조달 202 <그림Ⅴ-10>우리나라 미래형자동차의 2015년 비전 206 <그림Ⅴ-11>21세기 자동차부품산업의 비전 207 - ix -
Ⅰ.연구개요 1.미래형자동차부품의 정의 및 연구의 배경 (1)미래형자동차부품의 정의 자동차는 크게 동력계통과 기타 차체 및 섀시계통으로 구분 -동력계통은 동력발생장치와 동력전달장치로 분류 자동차를 핵심부분인 동력장치별로 살펴보면,현재 승용차부문에서 주류를 이루고 있는 가솔린엔진과 SUVs와 상용차의 주요 동력원인 디젤엔진,미래형 동력원으로서 하이브리드 및 연료전지,기타 연료 를 사용하는 동력 장치 등으로 구분 차량의 차체 및 섀시에는 여러 가지 부가장치들이 장착되고 있지만 고지능화와 관련하여 자동차에 전자장치가 부가되는 것이 중요한 이슈로 부각 -차량의 전자화는 섀시시스템,차량정보시스템,안전시스템,차량네 트워크시스템 등에서 급속도로 발전 이러한 분류에서 동력발생장치 중 가장 발전가능성이 높은 하이브 리드 자동차와 연료전지자동차,차체 및 섀시시스템에 따른 분류에 서 가장 중요한 지능형자동차부분을 미래 유망산업으로 선정 -지능형 자동차는 단일 자동차시스템이 아니고 여러 가지 부품들이 복합적으로 적용되는 형태로서 하이브리드자동차나 연료전지자동 차도 지능형 자동차적 기능을 부가할 수 있음. -지능형 자동차를 구성하고 있는 시스템은 수동형 안전장치,능동형 - 1 -
안전장치,정보통신장치 등이 있음. 미래형자동차부품은 미래형자동차를 구성하는 부품으로서 기존 자 동차부품과 구분되는 부품을 의미 -결국 미래형자동차는 기존의 자동차에 미래형자동차부품이 새롭게 부가되거나 기존 부품을 대체하는 것을 의미 <표Ⅰ-1> 자동차의 분류 주요부문 주요품목 세부품목 일반 내연 기관 가솔린 디젤 LPG 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 동 력 계 통 동 력 발 생 장 치 승용 하이 브리 드 일반 내연 기관 가솔린 디젤 LPG 연료전지 가솔린 디젤 LPG 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 경형,소형,중형,대형,고급,SUVs,CDVs 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 상용 하이 브리 드 가솔린 디젤 LPG 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 연료전지 버스(경형,중소형,대형),트럭(경형,중소형,대형) 섀시&차체 계통 변속장치 지능형 자동차 변속기 수동형안전장치 능동형안전장치 정보통신장치 4,5,6,7단 등 다단 수동 및 자동,CVT, 하이브리드용,AMT 등 차량보안장치,탑승자보호장치,영상기반비전모듈, 거리측정레이더 모듈 섀시통합제어시스템,자율주행장치,사고회피장치 편의장치,임베디드장치,차량네트워크모듈, 디스플레이,통신모듈 주:수동형 안전장치 :운전자에게 차량 및 운전의 위험상황을 통보하는 장치 능동형 안전장치 :단순한 통보를 뛰어 넘어 사고회피까지 가능한 장치 정보통신 장치 :운전자 편의와 관련된 엔터테인먼트 장치 - 2 -
(2)연구의 배경 자동차부품산업은 국민경제의 중추역할을 하는 자동차산업에 핵심 적인 역할을 담당하며 그 자체로도 생산,고용,수출 등에서 차지하 는 비중이 커 향후 성장분야인 미래형 자동차부품을 중심으로 육성 방안마련의 필요성이 매우 높음. 현재 자동차는 친환경 지능형의 미래형 자동차로 급속하게 진화되 고 있어 향후 자동차부품산업도 이러한 미래형자동차부품을 중심으 로 재편될 것으로 전망되어 관련 기반확충 방안수립이 시급 -이미 미국,일본시장을 중심으로 하이브리드자동차의 판매가 확대 되고 있고,연료전지 자동차도 2015년 이후 상용화를 목표로 세계 대부분의 자동차업체들이 개발 및 시범사업을 실시하고 있는 실정 -전체 자동차생산원가에서 지능형부품의 핵심인 전장부품이 차지하 는 비율은 현재 25% 수준에서 2010년이 되면 40%에 육박할 것으 로 예상 -이에 따라 국내업계 및 연구계에서도 미래형자동차개발을 위한 연 구에 주력하고 있지만,관련 부품부문의 취약이 문제점으로 부상 미래형 자동차의 발전을 위한 대책은 다양한 분야에서 강구되고 있 지만 부품산업육성을 위한 구체적인 방안 마련은 미비 -차세대 성장동력 기술개발지원에서도 하이브리드자동차,연료전지 자동차,지능형자동차 등 미래형자동차를 주요 지원분야로 선정하 여 지원 실시 -한국산업기술재단과 미래형자동차성장동력사업단에서 발간한 미 - 3 -
래형자동차기술로드맵(2005) 에서도 하이브리드자동차,연료전지자 동차,지능형자동차 등의 기술로드맵을 상세히 기술 -산업연구원이 추진하고 있는 2020년 산업비전(2005,2006) 에서도 미래형자동차를 2020년의 핵심성장산업으로 선정하여 육성의 필요 성 강조 -산업자원부와 산업연구원이 작성한 자동차산업투자로드맵(2006) 에서도 최우선 개발 및 생산투자과제로 미래형자동차부문을 선정 미래형 자동차부품산업의 육성은 자동차부품의 세계적 공급기지화 달성을 위해 긴요 -부품소재전반 및 자동차부품산업의 발전목표는 세계적 공급기지화 로서 이의 달성을 위해서는 미래형 자동차부품산업의 육성이 최우 선 과제 -일반 범용부품에서는 중국 등 개도국에서 급속도로 추격하고 있어 자동차부품산업의 지속적 수출확대를 위해서는 미래형 자동차부품 산업의 발전이 전제되어야 할 것임. 2.연구의 목적 경쟁력을 갖춘 미래형 자동차의 개발 및 생산,더 나아가 수출산업 화하기 위해서는 관련 부품산업의 육성이 필요하다는 취지에서 본 연구를 추진 -차량가격이나 품질에 결정적인 역할을 하는 미래형 부품산업의 육 성 없이는 경쟁력 있는 미래형 자동차의 생산 및 수출은 불가능 -현재 미래형 차량 보급의 가장 큰 걸림돌은 비싼 차량가격인데 차 - 4 -
량가격을 인하시키기 위해서는 부품의 개발 및 생산이 필수적 이에 따라 미래형 자동차부품의 개발,시험,품질인증,생산 등 다 양한 분야에서 지원방안을 강구하는 것이 본 연구의 목적 -하이브리드,연료전지,지능형 등 미래형 자동차시스템의 개발 및 실용화,주력품목으로의 부상시점,수출 시점 등에 대한 전망을 실 시하여 부품업체들이 변화하는 환경에 적응할 수 있도록 조치 -부품업계뿐만 아니라 완성차업체,관련기관,연구소 등의 관련자를 통해 미래형 자동차부품의 육성에 필요한 인프라에 대한 의견을 수렴하여 정책에 반영 -미래형자동차부품의 개발과제 발굴뿐만 아니라 미래형자동차부품 의 발전을 위해 필요한 시험 및 인증인프라,인력,해외마케팅 등 다양한 분야의 지원방안 고려 자동차산업의 발전 단계는 일률적으로 평가하기는 힘들지만 전체적 으로 성장기에서 성숙기 초기단계에 접어들고 있는 것으로 평가할 수 있지만,미래형자동차는 성장초기에 있는 분야여서 육성을 위한 지원을 필요로 하는 분야 -자동차부품산업은 평균적으로 성장기에 있다고 할 수 있고,자동차 내에서 대형승용차나 지능형자동차 등은 투자주도형의 성장기,하 이브리드 및 연료전지자동차 등은 아직 개발단계 및 초기 생산단 계에 있는 혁신주도형임. -특히,미래형 자동차의 핵심부품 등 첨단 자동차부품은 혁신주도형 으로 향후 개발 및 투자확대가 유력시 되는 품목 -경형 및 중소형승용차,RV차량,일반 범용부품은 전반적으로 성장 - 5 -
기에 있다고 보여 지며,이중 경형 및 소형은 성장기에서 성숙기로 넘어가는 단계라고 할 수 있음. -그러나 노동집약적 단순 가공 및 조립부품은 경쟁력이 약화되어 해외로 이전되고 있거나 구조조정 대상으로 부상 <표Ⅰ-2> 주요 자동차산업 제품의 시장발전단계 품목\시장단계 신제품 성장기 성숙기 조정기 투자관련 노동집약적 립부품 단순가공조 해외투자 및 외주실시 경형 및 소형 해외투자 및 국내투자 동시 실시 중형,RV차량,범용부품 해외투자 및 국내투자 동시 실시 대형,고지능형 자동차, 디젤승용차,관련부품 국내 투자 증가분야 하이브리드 및 연료전 지자동차 등 친환경자 동차,관련 핵심부품 기술개발투자 확대 및 초기상용화 투자 3.연구의 범위 및 추진방법 (1)연구범위 국내외 미래형자동차의 발전추이 조사 및 분석 하이브리드자동차,연료전지자동차,지능형자동차 등 미래형자동차 의 국내외 현황 및 발전전망 조사 -개발단계,시범운행단계,실용화단계,대량생산단계 등으로 구분하 여 부품업체의 대응방안 마련에 참고할 수 있도록 내용구성 -현재 국내외 기술수준과 발전추이를 진단하여 부품업체의 기술개 - 6 -
발 방향을 제시 선진국과 대비하여 국내 미래형자동차의 수준을 조사하고,차이가 발생하는 원인을 파악 미래형자동차부품산업의 현황과 문제점 세계적인 미래형자동차부품산업의 현황 및 경쟁구도를 조사하여 국 내 부품산업의 발전 방향 설정에 참조 -주요 미래형자동차부품관련 업계현황과 조달관계,경쟁구도 등을 종합적으로 조사 국내 미래형자동차부품산업의 현황과 발전기반,발전과제 및 문제 점 등을 파악 -국내 미래형자동차부품의 개발 및 생산 현황을 조사하여 세계적인 수준과 비교 -미래형자동차부품은 모터,배터리,전기장치,센서,액추에이터,정 보통신기기,S/W 등 다양한 분야의 산업과 밀접하게 연계되어 있 기 때문에 관련 산업기반의 파악이 매우 중요 -기술,조달(시장 확보),생산단가 등에서 국내 미래형자동차부품산 업의 발전을 저해하는 문제점들을 파악하여 발전과제를 도출 미래형자동차부품산업의 발전방향 및 정책방안 전반적인 미래형자동차산업의 발전을 선도하는 부품산업의 발전방 향을 설정 - 7 -
-여러 가지 로드맵을 참조하여 개략적으로 미래형자동차부품의 발 전 로드맵을 작성 -새롭게 등장하는 부품뿐만 아니라 미래형 자동차로 전환됨에 따라 타격을 입을 것으로 예상되는 부분도 파악 미래형자동차부품산업이 원활히 발전할 수 있도록 기술개발지원뿐 만 아니라 시험 및 인증인프라의 확충,인력,마케팅,정보,사업전 환 등의 지원방안 마련 -신산업의 육성뿐만 아니라 기존부품업체 중 미래형 자동차의 부상 으로 타격이 예상되는 부문에 대한 사업전환 등 구조조정지원정책 도 구상 -차세대성장동력 및 환경친화적 자동차개발 및 보급지원 등 미래형 자동차와 관련된 정책뿐만 아니라 부품소재지원정책,기반기술개발 사업 등 여타 지원정책과 연계하여 지원 실시 -지역균형발전차원에서 실시하고 있는 지역산업육성정책과 미래형 자동차부품산업 지원정책을 연계 미래형자동차부품산업의 발전비전 제시 국내 발전여건과 미래형자동차산업의 발전전망,정책지원효과 등을 고려한 발전비전 제시 -미래형자동차부품이 전체 자동차부품산업에서 차지하는 위치 및 세계시장에서의 위상 등 제시 -양적인 측면뿐만 아니라 기술 및 품질수준 등 질적인 측면에서의 발전비전 제시 - 8 -
이러한 발전비전을 고려하여 향후 10년 장기 로드맵 구상 -연도별 주요 발전분야 및 발전 방향 제시 (2)추진방법 실무와 이론이 조화를 이루는 산학연관 협력형 연구를 통하여 현장 이나 실무에 강점을 가진 기관의 협조와 이론연구에 강점을 가진 연구기관과의 협조를 통하여 연구를 추진함. 산업현장의 의견을 존중하여 수요자 중심의 조사연구를 수행하면서 인터넷 등 정보화 환경을 적극적으로 활용함. -철저한 사전 연구기획을 통하여 인력,예산 및 시간 등 연구조사 요소활용의 효율성을 극대화함. 연구결과의 객관성과 신뢰성을 확보하기 위해 관련분야 학식과 경 험이 풍부한 전문가들을 활용함. 관련 네트워크 활용 미래형자동차와 관련된 각종 위원회나 자문그룹에 의한 논의결과 등을 활용 - 미래형자동차기술개발로드맵 이나 투자로드맵, 산업비전2020 등의 결과를 활용 -환경친화적 자동차 개발 보급 활성화 추진 TFT의 부품산업분과 논의결 과를 연구에 반영 - 9 -
연구원이 보유하고 있는 국내 관련 업계 및 연구계,학계,정부 등의 인 적 네트워크 활용 -현대,기아,GM대우,르노삼성,쌍용 등 자동차 5사뿐만 아니라 현대모 비스,만도기계,델파이코리아 등 관련 부품업계 관련자의 의견 청취 -한국자동차공업협동조합,한국자동차공업협회,한국자동차산업연구 소, 한국부품소재진흥원, 산업기술재단, 산업기술평가원, BMR, A&D 컨설턴트 등 자동차관련 기관 및 자동차관련 컨설팅회사 등 을 통한 관련 자료수집 -자동차부품연구원,자동차관련 대학교수 등으로부터 미래형자동차 및 부품의 발전방향 등에 관한 자문 실시 -산업자원부,정보통신부,과학기술부 등 관련 정부부처로부터 정책 방향관련 정보수집 - 10 -
Ⅱ.세계 미래형자동차산업의 현황 및 발전전망 1.자동차산업의 환경변화와 미래형 자동차 자동차산업의 환경 변화 최근 자동차시장을 중심으로 급격한 변화가 이루어지고 있고,이러 한 추세는 향후에도 지속될 것으로 예상 -이러한 변화를 요약하면,크게 환경규제의 강화,에너지문제,안전 규제 및 요구의 강화,편의사양에 대한 요구 확대,소비자권리 강 화,국내 시장 트렌드의 변화,해외시장 트렌드의 변화,FTA 등 통 상여건의 변화,시장에서의 경쟁 심화 등 <그림Ⅱ-1> 자동차산업의 패러다임 전환 및 요인 20 세기 - 화석연료 대량 소비시대 - 단순이동 수단 21 세기 - 에너지원의 다양화 - 수소에너지 사회진입 - 모바일 오피스, 차량 지능화 석유 가체 매장량 한계 의식 환경유해 요소에 대한 법적 규제 강화 각종 안전 규제 시행 원유 가용연수: 41년 천연가스 가용연수: 68년 몬트리올 의정서 (1986년), 기후변화협약 (1997년) 등 세계 각국의 환경에 대한 규제 강화 EURO V, 미국 CARB 배기가스 규제 Recycle 규제 안전부품 장착 의무화 ( TPMS, ABS, Smart Airbag ) 차량전복규제, 보행자보호, 충돌시험 확대 자동차산업의 패러다임 전환은 새로운 형태의 자동차를 요구하고 있으며,이에 대한 반응으로 나타난 것이 하이브리드,연료전지,지 능형 자동차 등 미래형자동차임. - 11 -
환경규제의 강화와 에너지고갈 문제 향후 자동차시장의 변화를 주도할 것으로 예상되는 변수는 환경규 제 강화와 에너지고갈문제임. -환경 및 에너지문제는 기존의 내연기관 및 동력전달장치,소재 등 의 효율 강화뿐만 아니라 신에너지를 사용하는 차량 등장을 요구 하고 있음. -배출가스기준만 하더라도 2008년 유로5가 채택되면 현행 유로4기 준보다 크게 강화 <그림Ⅱ-2> 국내 및 해외의 배출가스규제 추이 과거 한국의 배출가스기준은 선진국에 비해 다소 느슨한 감이 없지 않았지만 최근 거의 선진국 수준에 가깝게 규제를 실시해 나가고 있음. -국내 자동차업계는 70% 정도를 수출에 의존하고 있고,수출의 대 부분을 유럽 및 북미지역에 집중하고 있어 세계적인 환경규제에 - 12 -
부합된 자동차를 생산하지 않으면 안 됨. -자동차의 주 연료로 사용되고 있는 원유는 현재 가용채굴 연수가 40년 정도에 불과하고 중국,인도 등의 경제발전에 따라 에너지의 대량소비가 발생하여 에너지 고갈문제는 더욱 가속화 -이미 에너지공급불안,중국을 중심으로 한 수요급증 등으로 원유가 는 큰 폭의 상승이 이어져 왔고,향후 이러한 고공행진이 지속될 것으로 전망 국내적으로는 에너지가격체계의 변화가 자동차수요구조에 큰 영향 을 미치는 요소로 작용 -최근 정부는 에너지가격구조 개편을 통해 경유가격 인상 및 LPG 가격 인하를 유도하고 있음. 이러한 환경규제의 강화와 화석에너지의 고갈 및 에너지 가격의 상 승은 새로운 동력발생시스템을 사용하는 하이브리드자동차와 연료 전지자동차가 미래형 자동차로 부상 -사회 인프라 구축문제나 차량가격 등으로 인해 하이브리드자동차 의 실용화가 먼저 이루어지고 보다 먼 미래에 연료전지자동차의 본격 산업화가 이루어 질 것으로 예상 이러한 환경규제의 강화와 화석에너지의 고갈 및 에너지가격의 상 승에 따라 새로운 동력발생시스템을 사용하는 하이브리드자동차와 연료전지자동차가 미래유망산업으로 부상 -사회인프라의 구축문제나 차량가격 등으로 인해 하이브리드자동차 의 실용화가 먼저 이루어지고,보다 먼 미래에 연료전지자동차의 본격 산업화가 실시될 것으로 예상 - 13 -
자동차의 편의성 및 안전 강조 자동차의 보급이 일반화되면서 자동차가 단순히 이동수단이라는 의 미보다 사무 및 생활 공간화가 강조되고 있으며,안전에 대한 관심 도 크게 증가 -이에 따라 자동차내에 오락 및 사무기기나 운전의 편의성을 높일 수 있는 장치에 대한 장착요구가 증가 -안전에 관한 문제는 소비자의 요구뿐만 아니라 정부의 규제도 강 화되고 있는 실정 -안전부품장착 의무화(TPMS,ABS,SmartAirbag 등),차량전복 규 제,보행자 보호,충돌시험 확대 등이 그 대표적인 예 최근 소비자권리의 강화도 자동차수요에 영향을 미치는 중요한 요 소임 -법제도적으로 PL 및 리콜제도가 강화되고 있고,소비자관련 단체 등을 통한 소비자의 요구가 강화되고 있음. -최근 급속하게 보급되고 있는 인터넷을 통해 소비자 정보가 빠른 속도로 교환되어 자동차판매에 큰 영향을 미치는 실정 -한국 자동차시장이 가장 까다로운 시장으로 부각되면서 세계 선진 자동차업체들이 소비자들의 반응을 보는 시험장으로 활용 안전 및 편의성을 강조하는 소비자의 요구 및 각종 안전규제에 부 응하기 위해 자동차업체들은 전자 및 정보통신기술을 이용한 고지 능형 안전자동차의 개발 및 보급을 확대해 나가고 있는 실정이어서 - 14 -
현재 자동차분야에서 가장 빠르게 발전하고 있는 미래형자동차 분 야가 지능형 자동차임. 관련기술의 발달 경량소재 및 나노기술 등 소재기술,전자제어기술,정보통신 및 전 장기술,에너지관련 기술,전지기술,자동화 기술 등의 발달이 자동 차산업의 변화를 견인 -이에 따라 자동차에 각종 기술이 적용되어 자동차의 모습을 변화 시키고 있음. -특히,전자 및 정보통신기술의 발달로 지능형자동차의 개발 및 보 급에 중요한 역할을 담당 <그림Ⅱ-3> 기술의 변화와 자동차산업 환경변화에 따라 미래형 자동차가 주류로 부상 에너지문제나 환경규제가 강화되고 있어 에너지절감 및 친환경 자 - 15 -
동차가 미래투자의 핵심적인 요소로 부상할 전망 <그림Ⅱ-4> 친환경 자동차기술 친환경 자동차 기술 가솔린, 디젤엔진 기술 대체연료엔진 기술 EV 기술 엔진부품 후처리 DPF (Diesel Particulate Filter) SCR (Selective Nox Reduction) LNT (Lean Nox Trap) DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 대체연료 DME Bio-Diesel CNG LPLi Hybrid 자동차 엔진+모터 Fuel cell 자동차 Fuel cell+전기 커먼레일 및 피에조 인젝터 SCR-System 스웨덴 Volvo의 DME 버스 하이브리드 자동차 도요타 프리우스 연료전지전기자동차 현대자동차 산타페 <그림Ⅱ-5> 미국 CARBZEV 법규현황 자료 :이춘범, 환경친화적 자동차 추진현황,발전전방 및 정부의 역할,2007.4.19 -따라서 하이브리드 및 연료전지 자동차 등 미래형 친환경자동차의 - 16 -
개발 및 생산관련 투자가 자동차산업의 투자확대를 주도 -이에 따라 각종 전자제어 및 모터,스택,2차 전지 등 관련부품산 업의 유발투자가 요망되며,소재부문도 합금이나 플라스틱,차세대 철강제품 등과 같은 경량소재개발 및 생산 관련투자가 확대 실제로 미국 캘리포니아주에서는 ZEV(Zero Emission Vehicles)의 의무판매비율을 설정하고 친환경차량의 생산 및 보급을 독촉하고 있는 실정 에너지관련 기술,전자 및 경량화기술 등의 발전으로 에너지절감 및 친환경 차량 개발 및 생산이 기술적으로 가능 <그림Ⅱ-6> 에너지 및 환경관련 여건 변화가 투자에 미치는 영향 화석에너지의 고갈 환경규제 강화 차세대엔진 및 변속기 차량의 경량화 친환경미래형 자동차 관련기술의 발달 -에너지 -경량화 소재 -전자제어 수요여건 투자확대분야 공급여건 소비자의 안전에 대한 요구나 정부차원의 안전규제 강화 등에 따라 새로운 전자기술을 활용한 선진고지능안전자동차 개발 및 생산관련 투자가 보다 확대될 전망 국내 전자 및 정보통신기술의 발달로 안전성 및 편의성이 증대된 자동차의 개발 및 생산에 이점이 존재 -고안전지능형 자동차는 각종 관련 부품기술에 의해 자동차에 구현 - 17 -
됨으로 엄격한 의미로는 새로운 자동차의 개념보다 기존 자동차에 각종 안전 및 전자장치가 부가된다는 의미 <그림Ⅱ-7> 소비자요구의 변화가 투자에 미치는 영향 안전규제의 강화 안전성,편의성 요구 증대 소득수준의 향상 소비자권리의 강화 PL및 리콜제도 도입 선진고지능 안전자동차 고품질 고급차량 전 자 정 보 통 신 기 술 의 발달 품 질 수 준 의 급격한 상승 수요여건 투자확대분야 공급여건 2.미래형자동차의 기술개발 동향과 전략 (1)하이브리드자동차 하이브리드자동차 기술의 기본 개념 하이브리드자동차는 전기자동차기술을 이용하여 두 가지 이상의 동 력원(엔진 및 전동기)을 사용하는 자동차로서 가솔린대비 50%의 저 공해와 가솔린대비 2배의 고연비 등의 이점 보유 -순수 전기자동차나 연료전지자동차 등과는 달리 기존 인프라를 사 용하기 때문에 원활한 보급이 가능 하이브리드자동차는 두 가지 이상의 동력원을 이용하여 주행하는 자동차를 말함. -동력원으로는 엔진,축전지,연료전지,플라이휠,울트라 캐패시터 등이 포함됨. - 18 -
-구동방식으로는 직렬식(SeriesType),병렬식(ParalelType),분리 식(SplitType),조합식(Combined Type)등이 있음. -차량형태는 승용차,MPV,버스,트럭 등 현재 생산되는 양산차의 대부분이 포함될 수 있음. 직렬형(SeriesType)하이브리드자동차 (주행거리 확대용) -직렬방식으로 주행거리를 연장하는 용도에 주목적을 둔 경우로 엔 진은 차량의 주행조건 변화에 무관하게 항상 일정한 최고효율 영 역에서 정속 정부하로 운전하므로 배출가스에 유리함. -시내 주행 시는 축전지로만 주행할 경우 ZEV를 만족할 수 있음. 병렬형(ParalelType)하이브리드자동차 -병렬방식으로서 엔진은 효율이 좋은 최대부하영역에서 주로 작동 하나 차량의 주행조건 변화에 따른 전이영역 운전이 어느 정도 불 가피함. -엔진 크기가 작아지며 엔진이 주동력원이나 동력이 부족하면 축전 지의 에너지에 의해 모터를 구동하며 지원하는 개념 -저온시동 시 축전지로 가능하며 아주 제한적이지만 축전지에 의한 ZEV 주행이 가능 복합형(Series-ParalelType)하이브리드자동차 -직렬형과 병렬형을 조합한 방식으로 상황에 따라 직렬형 방식과 병렬형 방식을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 양쪽 모두 작동시킬 - 19 -
수 있으며,발전기를 단독으로 갖고 있는 것이 병렬형과 다름. -엔진은 축전지를 충전시키면서 동시에 모터를 통하여 바퀴를 구동 할 수 있는 구조로서 직렬방식에 속한다고 볼 수 있음. <그림Ⅱ-8> 하이브리드 엔진의 구동방식 하이브리드자동차는 구동원의 형식에 따라 각기 다른 장단점을 갖 고 있으나,여러 가지 기술을 구현하여 적용하는데 한계가 있기 때 문에 적절한 선택이 요구 현재 생산되고 있는 하이브리드자동차는 대부분 병렬형 하이브리드 자동차로 모터의 용량에 따라 구현할 수 있는 기능이 부가되고 있 음. -전기에너지 용량 증대기능 :차량의 전자장비 탑재 증가 추세 -차량 정지 중 엔진 기동 중지 기능 :배출가스 감소,연비 향상 -파워 보조기능 :엔진 최적영역 구동에 따른 모터 보조 -회생기동 기능 :차량 제동 시 에너지 회수로 연비 향상 -타행 주행 시 엔진 정지 기능 :연비 향상 -ZEV(Zero Emission Vehicle)주행 기능 :순수 전기자동차 모드주 행으로 배출가스 감소 - 20 -
<표Ⅱ-1> HEV 구성에 따른 구동성능과 연료경제성의 비교 연비개선 (FuelEconomyImprovement) 주행성능 Energy Idling 엔진 recovery 종합효율 가속성능 연속출력 Stop 최적제어 (회생제동) 직렬형 병렬형 복합형 주: (우수), (보통), (낮음) 현재 개발되고 있는 하이브리드 시스템은 각국의 여건에 따라 서로 다른 개발목표와 전략을 갖고 있음을 발견할 수 있는데,미국의 경 우 하이브리드자동차는 일반 가정에서 보조용으로 사용하는 세컨드 카에 개발목표를 맞추어 축전지 용량 및 성능을 향상시켜 축전지 주행거리를 늘리는데 주력하고 있음. -엔진은 보조용으로 고려하고 있으므로 공해 저감에 유리한 직렬방 식 시스템이 선호되고 있음. 반면 유럽의 경우는 시내와 시외를 동시에 사용하는 일반 자가용에 목표를 맞추고 있기 때문에,시내 주행시는 모터를 사용하나 도시 간 고속주행을 하게 되는 엔진을 사용하게 되며,따라서 연비에 유 리한 병렬방식이 선호됨. 도요타 프리우스의 경우 PowerHEV,혼다 인사이트의 경우 Mild HEV로서 미래에는 기존 전기자동차에 비해 그다지 장점이 없는 직렬방식보다는 PowerHEV와 Mild HEV방식이 더욱 유망하리라 예상되고 있음. 하이브리드 자동차 부품의 개발 방향 우선,하이브리드 자동차는 엔진 외에도 전동기와 배터리를 추가 장착하게 되므로 가속 성능 기준을 만족하면서 연비를 극대화 할 - 21 -
수 있도록 엔진,전동기 그리고 배터리의 최적 용량을 결정하는 기 술개발이 기본 설계 단계에서 필요함. -이러한 용량선정에 대한 기준은 일반적인 내연기관 차량에서의 엔 진 용량을 기본으로 하고 순간적인 동력 요구량의 변동에 대응할 수 있도록 전동기 및 배터리의 용량을 결정하거나 하이브리드 자 동차의 특성에 맞도록 엔진,전동기,배터리의 용량을 선정하는 기 법 등의 기술개발이 필요 둘째,하이브리드 자동차의 최적 주행 제어 알고리즘의 개발에 관 한 것으로서 하이브리드 자동차의 주행 제어 알고리즘은 엔진과 전 동기가 고효율 영역에서 작동될 수 있도록 변속장치의 변속 비와 엔진과 전동기의 동력 분배비를 결정하는 것임. -하이브리드 자동차용 주행 제어 알고리즘의 개발은 기존의 내연기 관 차량과 같이 엔진을 고효율 영역에서 동작시키는 것을 목적으 로 하고 이를 구현하기 위해서 전동기로 동력을 보조하는 방법과 엔진과 전동기의 효율을 함께 고려하여 이를 하나의 성능 지수로 표현하는 등 최적화 방향의 기술개발이 진행 셋째,일반 내연 기관 차량의 경우와 같이 동력 전달계의 엔진,전 동기,변속기등의 구성 요소의 자체에 대한 효율을 향상시키기 위 한 기술개발 -차량의 경량화,열효율을 향상시킨 하이브리드용 고효율 엔진의 개 발,높은 동력밀도(W/Kg)를 가지는 Nitium Ion 배터리와 같은 고 효율 배터리 및 전동기 개발기술 등 실제로 현재 양산되어 판매 중인 하이브리드 자동차 중 가장 연비 성능이 우수하다고 평가되는 Honda Insight의 전체 연비 향상의 원인별 성능 향상도 평가내역 - 22 -
-모터 동력 보조를 통한 하이브리드 기술의 적용을 통하여 25%의 연비 향상 요인이 있고 최적화된 엔진에 의한 연비향상 요인이 30%,그리고 차체 무게 절감 및 나머지 단품 최적화를 통한 연비 향상 요인이 30%인 RUT로 평가됨. -즉 단품 성능 최적화를 통한 연비 향상이 실제 전체하이브리드 자 동차의 연비향상의 대부분을 차지하고 있음. -따라서 하이브리드 자동차의 연비향상을 위해서는 하이브리드 동 력전달 구조의 적절한 선택과 주행 중의 적절한 알고리즘의 적용 과 더불어 각 단품의 성능 향상을 위한 노력이 함께 이루어져야 최적의 효과를 거둘 수 있을 것임. 하이브리드자동차용 모터 및 컨트롤러는 고출력,소형이면서 효율 이 높은 시스템이 요구되고 있으며,동력성능의 고출력화와 고회전 화가 이루어짐에 따라 경량,소형화가 추진되어 최근에는 고출력 밀도의 모터가 개발되고 있음. 직렬방식은 구조가 간단하고 제어가 용이하며 최적점에서 엔진이 운전되기 때문에 우해 배출가스가 적은 반면,자동차 구동을 위해 엔진출력을 직접 사용하지 못하고 축전지에 저장된 전력을 이용하 여 모터를 구동하기 때문에 동력전달 효율이 나쁨. 병렬방식은 직렬방식과 거의 반대되는 장단점을 가지며 기계적 구 조의 복잡성으로 차량제작이 어렵지만,동력전달 효율이 좋아 연료 소비율이 상대적으로 우수함. 축전지 기술 -제동에너지를 저장하기 위한 고효율 축전지의 사양은 전기자동차 - 23 -
에 사용되는 것과 특성이 상이함. -전기자동차용 축전지에 비해 에너지밀도는 낮으나 출력밀도는 높 아야 하며,하루에도 여러번의 충방전을 반복하기 때문에 사이클 수명이 매우 중요함. -또한,배터리 시스템 단품 기술,배터리 관리시스템(BMS:Batery ManagementSystem)기술,배터리 트레이 기술이 중요함. -현재 Li-Ion,Li-Polymer축전지가 차세대 축전지 기술로 연구개발 중이며,Ni/MH는 실용화에 진입하였음. 보조에너지 저장장치 기술 -하이브리드 자동차용 축전지의 경우,출력밀도는 중요하지만 용량 은 그다지 중요하지 않으므로 축전지를 대신할 수 있는 부품으로 플라이휠과 Ultra-capacitor등이 개발되고 있음. -플라이휠의 연구개발의 목표는 에너지 증가와 시스템 제작비용 절 감에 초점을 맞추고 있으며 실용화를 위해서는 공정개선,고강도의 구성부품,습식 필라멘트 설치,급속경화,저가의 메탈 메트릭스를 이용한 복층 차폐물 및 폴리머 합성물의 기술개발이 선행되어야 함. -Ultra-capacitor:고효율의 충전 방전효과,뛰어난 사이클 특성,고효 율 동력발생이 특징으로서,Ultra-capacitor의 방전비율 증가,에너지 개선,비용저감에 관심이 집중되고 있으며,현재 Ultra-capacitor재 질 개선이 중점적으로 연구되고 있음. 하이브리드 자동차의 대표적인 미래기술 중 하나는 Plug-In 기술로 서 전기자동차와 엔진과 전동기의 동력을 같이 이용 - 24 -
-Plug-in 기술의 핵심은 차량에 장착된 전지의 효율적인 활용과 주 행패턴에 따른 엔진 및 전동기제어에 의한 부드러운 동력전환 및 동력분배 시스템 제어기술 등 -Plug-in 하이브리드는 국내외 모두 관련 원천기술의 개발이 진행 중이고,기술적인 문제점보다 인프라 구축 등 사회적 문제가 먼저 해결되어야하는 과제 존재 -Plug-in 하이브리드는 기존 하이브리드보다 환경친화적 측면에서 우수하지만 가격상승률은 높음. -생산규모가 10만대 이상 확대되면 기존생산라인의 변화가 없고,배 터리의 가격이 낮아져 경제성을 확보할 수 있을 것임. -차량운행을 위해 심야전기를 이용할 경우 가솔린 연료가격의 50% 정도로 차량을 운행할 수 있는 장점 보유 -Plug-in 하이브리드자동차는 본격적인 연료전지자동차시대가 오기 전 가장 적합한 차량으로 배터리 기술의 발달과 대량생산 여부에 따라 시장의 주도권을 행사할 수도 있음. 하이브리드자동차의 또 다른 중요한 미래기술은 In-Wheel하이브리 드 시스템으로 고성능의 전기 모터를 휠에 직접 장착하여 파워트레 인 요소를 모두 제거함으로써 차량 시스템의 효율을 높이고,회생 제동으로 인한 제동에너지 회수를 극대화함으로써 연비개선의 효과 를 가지며,효율적인 동력 제어를 통해 차량의 안정성을 개선 -In-Wheel시스템은 하이브리드자동차 및 연료전지자동차에 모두 적용할 수 있는 개념으로 하이브리드 자동차개발과정의 노하우를 다음 세대의 연료전지자동차나 순수 전기자동차개발을 준비하기 - 25 -
위한 원천 기술 -해외에서는 연구개발이 활발히 진행되고 있으나 국내에서는 미진 -중장기적으로는 특수차량이나 대형차량을 중심으로 수요가 확산될 가능성이 높음. 하이브리드 자동차의 기술개발 동향 선진자동차업체에서는 모터 및 엔진의 동력을 분배하고 전달하는 동력분배 전달시스템 개발을 위해 많은 노력 - 도요타는 유성기어와 2개의 모터를 이용한 전자식 무단변속기 (ECVT)동력분배 전달시스템을 개발 -VW은 DCT(dualclutchtransmission)를 사용한 하이브리드용 동력 전달시스템을 개발 -혼다는 자동변속기 기반의 동력전달 시스템을 개발 현재 하이브리드 자동차는 승용자동차를 중심으로 개발 및 생산되 고 있지만 향후 다목적차량,4WD 차량,경소형트럭,대형트럭 등으 로 적용범위가 확대될 것으로 예상 -다목적형 차량은 국내외에서 일부 개발되었지만,주로 소형승용차 를 모델로 하여 시범차량을 제작한 정도이지만 다목적차량이 세계 적으로 성장이 기대되는 시장이므로 향후 차종의 다양화를 위해 최우선 개발 기술이 될 예정 -4WD 하이브리드 차량은 미국의 포드가 부분적으로 시장에 출시하 고 있고,2006년 이후 일본 도요타 자동차가 하이브리드 차종의 다 - 26 -
양화를 본격적으로 추진하면서 시장이 확대될 전망 -상용차에 적용되는 하이브리드는 아직 국내외적으로 선행연구만 진행 중이지만,주로 도시 교통인프라 중심으로 기술개발이 추진될 것으로 보임. -특히,근거리 주행,배달용으로 사용되는 버스,경트럭 중심으로 기 술개발이 진행될 것이며,단기적으로는 승용 하이브리드기술을 접 목하여 시범운행을 실시하고 중장기적으로는 전후륜 구동 또는 In-Wheel기술을 점진적으로 적용할 것임. -미국은 지리적 특성으로 인하여 소형트럭용 하이브리드 시스템개 발을 추진 -상용하이브리드는 초기에 공공수요 위주가 될 것이고,중후반에는 일반을 대상으로 하는 시장이 형성될 것이며,여러 기술이 융합되 어 기술기반이 확고히 되는 2015년 이후 본격적인 시장이 형성될 것으로 판단 하이브리드자동차에 장착되는 차량엔진의 개발이 필요 -하이브리드 자동차 전용 엔진개발은 제어시스템 개발 등에 비하면 연구 및 투자가 미미한 실정 -일본 도요타는 승용 하이브리드 자동차용 동력발생장치를 개발하 여 상용화하고 있고,세계적으로 가장 앞서 있음. -향후 가솔린뿐만 아니라 하이브리드용 디젤 엔진도 지속적으로 점 유율을 높여 나갈 것으로 예상 -경제성 및 양산성 있는 하이브리드 차량용 엔진개발을 위해 엔진 - 27 -
설계,첨단부품 적용,기계적 매칭 기술 등을 통한 엔진시스템의 최적화가 요구 하이브리드자동차의 선두주자인 도요타의 개발과정은 현재까지 크 게 3단계로 나눌 수 있음. -1단계는 하이브리드 전용 모델 프리우스 출시 이후 약 6년간으로 연비향상을 목적으로 하고 있으며 친환경 기업이라는 이미지와 첨 단기술력을 보유한 선진 메이커라는 이미지를 강화하는 데 주력함. <표Ⅱ-2> 도요타의 하이브리드 자동차 개발단계 특징 1단계(1997~2003) 2단계(2003~2008) 3단계(2008~) 특징 연비향상 성능향상 가격인하 효과 주요 활동 탑재 차종 브랜드이미지 향상 상품력 강화 (친환경 이미지 구축, (판매확대) 첨단기술 보유) 혼다보다 먼저 출시 연비 개선효과 강조 주행성능 강화 시스템 개선 핵심차종 차종 다양화 전 차종 자료:권성욱, 하이브리드차 양산 경쟁격화, 자동차경제,2006. 경제성 향상 (본격적인 대중화) 연비추가 향상 원가절감 (개발비용 절감, 양상효과 강화, 생산기술 혁신) -2단계는 모터의 출력을 높여 주행기능을 대폭 강화한 새로운 하이 브리드 시스템인 THSI를 개발하여 신형 프리우스에 탑재한 2003 년부터로 상정할 수 있음. 이 기간에 도요타는 하이브리드차의 주행 성능 강화뿐 아니라 연 비의 추가 개선,모듈화,부품 공용화를 통한 원가절감 노력 등을 통해 하이브리드차의 상품력을 크게 강화 또한 하이브리드 시스템을 탑재한 모델을 점차적으로 확대하여 - 28 -
2006년 현재 총 6개의 모델을 판매하고 있으며 이러한 하이브리 드차의 상품력 강화와 적용 모델의 확대로 최근 북미를 중심으로 판매가 크게 확대되고 있음. -3단계는 제 3세대 하이브리드 시스템이 개발되는 2008년 이후로, 수요 확대에 따른 양산 효과의 증대,기술개발 수준의 향상에 따른 모터와 전지의 소형화와 경량화 진전,생산기술 혁신에 따른 생산 비용의 절감,CCC21과 VI활동 등으로 축적된 원가절감 방식의 적용에 따른 대폭적인 원가절감 추진 등으로 하이브리드 자동차 가격을 크게 인하시키는 것을 목적으로 하고 있음. 하이브리드자동차기술은 일본의 도요타가 가장 앞서 있고,다음으 로 혼다이며,미국업체는 최근 개발을 위해 노력하고 있고,유럽업 체들은 상대적으로 관심이 적은 편 -1997년 12월 도요타가 하이브리드자동차인 프리우스를 생산하면서 하이브리드자동차판매가 시작되었으며,1999년 11월 혼다가 인사이 트를 생산하면서 그 뒤를 이었음. -도요타는 2003년 9월 2세대 프리우스를 생산하여 가장 에너지효율 이 높은 하이브리드자동차를 생산하고 있으며,렉서스 RX400H,하 이랜더 등으로 생산차종을 확대하였고,향후 캄리,카롤라 등 전차 종에 하이브리드시스템을 적용할 예정 -혼다도 시빅,어코드하이브리드를 개발판매하고 있고,아큐라 등 여타차종에도 적용할 예정이며,에너지효율은 다소 뒤지지만 비용 이 낮은 마일드 하이브리드시스템을 채용 -한편,닛산자동차뿐만 아니라 후지나 마쓰다 등 여타 일본업체들은 독자적인 하이브리드기술을 확보하지 못해 도요타와 기술제휴를 통해 생산을 모색 - 29 -
<표Ⅱ-3> 주요 자동차업체의 하이브리드 자동차 개발 전략 업체 도요타 혼다 메르세데츠 벤츠 아우디 PSA,르노 포드 개발 전략 전 차종 하이브리드 시스템 적용 예정 2010년 하이브리드 자동차 판매량 100만대 목표 혼다의 가솔린 하이브리드 자동차는 마일드 하이브리드 구조로 생산 용이 가솔린 하이브리드 자동차는 연비와 가속력이 뛰어나 지속적으로 개발할 계획 독자적인 마일드 방식의 하이브리드 자동차 개발 추진 GM,BMW와 공동으로 Two-ModuleHybrid 차량개발 가솔린보다 연비가 더 좋은 디젤 하이브리드 자동차를 개발할 계획 FuntoDrive를 위한 디젤 하이브리드 자동차 개발에 주력할 계획 가솔린 하이브리드 자동차는 실질적인 연비향상이 없어 디젤 하이브리드 자동차만 개발 예정 도요타 시스템을 적용한 가솔린 하이브리드 개발 및 양산 한편,세계 최대시장인 미국에서 하이브리드차가 인기를 얻으면서 빅3의 본격적인 개발 경쟁도 시작되고 있음. <그림Ⅱ-9> 주요업체의 하이브리드자동차 출시현황 및 계획 주 :2006년은 추정치 - 30 -
-GM과 DCX도 2004년에 하이브리드 자동차 개발 제휴를 맺은 이후 도요타의 하이브리드 방식을 개선한 새로운 하이브리드 시스템을 개발하여 2007년부터 출시할 계획 -비교적 하이브리드 자동차에 대한 관심이 적은 유럽업체인 BMW 도 2005년 9월에 SUV X5에 탑재할 새로운 하이브리드 시스템을 개발하여 2008년 이후 출시할 계획을 발표하였으며 포르쉐와 VW 도 공동으로 하이브리드자동차개발을 시행함. -PSA,르노 등 여타 유럽업체들은 가솔린 하이브리드 자동차보다는 디젤 하이브리드 자동차 개발에 대한 계획 추진 중 <그림Ⅱ-10> 주요업체의 하이브리드자동차기술동향 자료 :과학기술혁신본부, 미래 성장동력창출을 위한 R&D 투자 방안,2007.5. 도요타,혼다 등 하이브리드기술을 선도하는 몇몇 업체를 제외하면 대부분의 업체들이 다른 업체의 도움을 받거나 업체간 제휴를 통해 하이브리드기술을 개발하고 있음. - 31 -
-후지,닛산,포드 등은 도요타로부터 기술이나 시스템을 공급받고 있고,GM,다임러크라이슬러,BMW 등은 제휴를 통해 공동연구를 실시하고 있는 상황 <그림Ⅱ-11> 하이브리드기술개발에 관한 세계제휴관계 자료 : 福 田, 系 列 外 提 携 は 目 指 をした 環 境 安 全 情 報 通 信 の 先 進 技 術 分 野 中 心 に 展 開, 日 本 自 動 車 調 査 月 報,Fourin,2006.8. 주 :현대자동차는 단독개발 세계 최대 하이브리드자동차시장은 미국인데,미국에서 판매되는 대부분의 하이브리드자동차는 일본에서 생산되어 수출 <그림Ⅱ-12> Mariner 0.1% 미국 하이브리드자동차시장의 모델별 점유율 Escape 7.6% Insight 0.3% Highlander 8.7% RX400h 10.0% Civic 12.6% 자료 Prius Accord 52.5% 8.2% : 中 田, 美 國, ハイブリッド 車 擴 販 に 問 われゐコア 部 品 のサプライベース, Fourin 世 界 自 動 車 調 査 月 報,2006.3. - 32 -
-전체시장의 90% 이상을 도요타,혼다가 점유하고 있으며,특히 도 요타가 70% 이상을 독점하고 있는 양상 -도요타,혼다 모두 하이브리드자동차모델은 일본에서 생산하여 미 국에 수출하는 구조 형성 (2)연료전지 자동차 연료전지자동차의 기술적 개념 연료전지 자동차는 자동차에 장착된 연료전지 스택에서 연료인 수 소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 얻은 후,생산된 전기로 모터를 움직여 주행하는 자동차로 전기자동차와 비교하면,축전지 가 연료전지로 바뀐 것임. -내연기관 자동차와 비교하여 유해물질을 배출하지 않아 무공해 자 동차로 분류되며,소음수준이 현저히 낮고,특히 자동차의 평균 운 전영역에서 내연기관 자동차보다 2~3배 높은 효율을 가짐. 연료전지 자동차는 연료전지 스택과 스택의 최적운전 상태를 만들 어주는 주변 운전장치,수소연료 저장장치,전력변환장치,모터 및 감속기,보조 전원(배터리 또는 수퍼캐패시터),그리고 이들을 제어 해주는 제어기 등으로 구성됨. 연료전지 자동차는 수소연료의 차량내 저장방법에 따라 수소 연료 전지 자동차와 액체연료 개질 연료전지 자동차로 분류되며,보조 전원장치의 사용여부에 따라 연료전지 자동차와 연료전지 하이브리 드 자동차로 분류됨. -수소 연료전지 자동차는 수소연료 자체를 외부에서 공급받아 수소 - 33 -
를 차내에 직접 저장하여 다니는 연료전지 자동차 -액체연료 개질 연료전지 자동차는 차량에 설치된 연료변환기를 이 용하여 가솔린이나 메탄올 등의 원료로부터 수소를 직접 만들어서 사용하는 연료전지 자동차 -연료전지 하이브리드 자동차는 전지 또는 캐패시터와 같은 보조전 원장치를 연료전지 스택과 함께 사용하는 연료전지 자동차 <그림Ⅱ-13> 연료전지자동차의 구성요소 자료:안병기, 현대 기아연료전지차량 개발현황,발표자료,2007. 연료전지자동차의 분류는 고분자 연료전지 스택,운전장치,차량 제어 기술,전기동력 구동시스템,차량 설계 기술,시스템 및 차량 평가 기 술등 6개 분야와 이와 관련된 19개의 대분야 기술군으로 분류할 수 있음. -고분자 연료전지 스택 분야는 자동차 구동용 80kW급 PEMFC 발전 모듈,200kW급 버스용 연료전지 시스템,고분자 연료전지 스택 재료 제조 및 생산기술,수송용 연료전지 스택/시스템의 냉시동 및 동결 대응 기술 등 4개의 대분류로 구분할 수 있음. - 34 -
-연료전지 운전장치 분야는 80KW급 승용차용 고분자 연료전지 운전 장치,연료전지 시스템 모듈화 기술, 연료전지 차량용 초고압 초경 량 수소탱크 모듈화 기술,연료전지 차량용 신수소저장 시스템 설계 및 평가기술 ( MH, CMH,CH,비탄소계,탄소계 등),연료전지차 수소 공급 및 재순환 시스템 설계 및 평가기술 등 5개 대분류로 구분 할 수 있음. -연료전지 차량제어 기술 분야는 차량 제어 및 하이브리드 운전 기술, 연료전지 시스템 제어 부품 기술등 2개 대분류로 분류할 수 있음 -연료전지차용 전기동력 구동시스템 분야는 고출력,고효율 구동 시 스템 (80Kw급),파워넷 설계 및 전기동력 핵심 부품,버스용 고전압 구동시스템(200kW급),연료전지차용 신개념 구동시스템(InWheel시 스템)등 4개 대분류로 분류 할 수 있음. -연료전지 차량 설계 기술 분야는 승용 연료전지 차량 설계 및 제어 기술,연료전지버스 설계 및 요소 부품, 연료전지차용 공조시스템 등 3개 대분류로 분류하였음. -연료전지 시스템 및 차량 평가 기술 분야는 연료전지시스템 및 차량 평가 기술의 1개 대분류로 분류할 수 있음. 주요업체들의 연료전지 자동차 개발현황 1980년대 말경부터 캐나다 벤처기업인 Balard PowerSystems사에 의한 자동차용 연료전지의 연구가 시작되었고,Benz사가 자본참여 를 하면서 연료전지자동차에 대한 관심이 집중 -1997년 동경모터쇼에서 도요타,닛산,마쓰다,Benz등이 연료전지 자동차를 전시한 이후 업체들이 경쟁적으로 연료전지자동차개발에 뛰어들었음. - 35 -
-2002년 12월 도요타와 혼다가 내각부를 비롯한 5개 성청에 한정적 이지만 연료전지자동차의 리스판매를 실시 -2003년 12월에는 DCX가,2004년 3월에는 닛산이 연료전지자동차의 리스판매 실시 최근 개발되고 있는 주요업체의 연료전지자동차는 주로 80~100kW 급이고 주행거리 400~560km,냉시동성 영하 20도 이하에 도달한 수준 <표Ⅱ-4> 주요업체의 연료전지자동차 개발현황 자료 :유영면, 선진국 친환경자동차개발동향과 전망,KAF발표자료,2006.6. 도요타는 1992년 연료전지 사업에 착수하여 1995년 첫 연료전지 차 량을 선보였음. -도요타는 초기부터 연료전지 차량뿐만 아니라 연료전지 스택을 자 체개발하여 2002년부터 미국과 일본 내에 리스판매를 시작함. - 36 -
-도요타는 하이브리드 기술을 바탕으로 연료전지 자동차 개발에도 박차를 가하고 있으며 2015년에는 연료전지 자동차를 판매할 계획 을 발표하였음. 혼다는 2003년 최초로 영하 20도 이하에서 시동 가능한 연료전지 자동차를 개발하였으며 유일하게 슈퍼 커패시터를 장착한 자동차를 운행하고 있음. -1999년 처음으로 연료전지 자동차를 선보인 혼다는 최근까지 발라 드의 스택을 장착하였으나 2005년부터 자체적으로 개발한 연료전지 를 탑재한 차량을 리스 판매하고 있음. -혼다는 연료전지 요소부품 업체들과 공동 개발을 통하여 금속분리 판 및 고온 이온 교환막을 개발하여 차량뿐 아니라 연료전지 스택 기술에 있어서도 세계 최고 기술력을 보유하고 있다고 인정되고 있음. 닛산은 1996년부터 기초연구를 시작하였으며 2002년 X-TrailFCV를 개발하였으며 2003년 새로운 모델인 X-Trail연료전지 자동차 개발 을 발표하였음. -닛산은 최근 수소연료 자동차의 도로 주행 테스트와 임대판매 사 업에 대하여 일본 국토교통성으로부터 최근 승인을 획득하였으며, 주행속도,주행거리,발전용량 등을 향상시킨 신형 연료전지를 개 발하였음. 완성차업체 중 가장 먼저 연료전지 자동차 개발에 착수한 다임러크 라이슬러는 현재 60여대의 승용차를 시범운행하고 있으며 40여대의 연료전지 버스도 운행하고 있음. - 37 -
-다임러크라이슬러는 오랜 시범운행 경험을 바탕으로 연료전지 자 동차의 양산에 가장 접근할 수 있는 안정된 기술을 보유하고 있는 것으로 평가 받고 있음. -벤츠의 A-class는 초기단계부터 연료전지 자동차의 탑재를 염두에 두고 개발되어 차량의 바닥이 이중프레임 구조로 설계되어 있어 연료전지 스택 및 운전장치가 장착되기 쉬운 구조로 설계되어 있 는 등 현재 상용화된 모델에 접합하려는 노력을 기울이고 있음. <그림Ⅱ-14> 연료전지자동차의 초기개발 제품 자료:안병기, 현대 기아연료전지차량 개발현황,발표자료,2007. GM은 1997년 연료전지 자동차 개발에 착수하였으며 공격적으로 신 기술을 적용하고 있음. -GM은 액체수소와 최초로 700기압 압축 수소 저장 기술을 확보하 고 있으며 2002년에 스케이트보드 형태의 Hy-Wire라는 연료전지 자동차를 2005년에는 연료전지 SUV를 발표하였음. - 38 -
-GM의 연료전지 자동차는 스케이트 보드위에 각종 연료전지 부품 을 장착할 수 있도록 설계되었으며 차량의 냉각모듈의 냉각성능을 향상시키기 위해서 차랑전면부와 후면부에 공기흡입구를 설치하는 연료전지 전용 차체의 모습으로 개발하고 있음. 최근 연료전지 자동차의 기술과제인 항속거리가 연료전지의 에너지 변환효율과 수소저장기술 향상으로 400km 이상 가능해지면서 일반 판매를 위한 시장검증용 연료전지차 계획이 발표되고 있음. -GM은 Equion FuelCel을 2007년 100대 생산하고 폭넓은 수요자 에 판매하는 시장화 테스트를 계획하고 있으며 최근 구조조정을 통해 조성된 90억 달러를 포함하여 GM의 재기에 중요한 역할을 할 수소연료전지 자동차 투자비를 준비하고 있음. 도요타,혼다 및 미국 Big3등이 연료전지자동차의 기술개발을 주도 -현재 일본의 도요타가 연료전지분야에서도 독보적인 역량을 과시 하고 있으며,독자적인 스택개발도 추진 -미국의 Big3는 합자 등을 통하여 공동전선을 형성하고 있으며,일 본 업체와의 기술제휴도 추진 -DCX와 포드,도요타와 GM,BMW와 델파이 등 주요 자동차업체 간 협력을 통해 연료전지자동차개발을 추진하였거나 추진 중 -주요업체들은 미국 캘리포니아주에서 실시하는 FC 파트너십에 참 여하고 있음. -세계 주요 자동차업체의 대부분이 연료전지자동차를 개발하여 시 범사업 등을 실시 - 39 -
<표Ⅱ-5> 세계 자동차업체들의 FCV 개발경위 자료 :(재)일본자동차연구소 주 :*는 미국 캘리포니아주 FC파트너십 참여업체 주요업체들 중 하이브리드자동차의 개발에는 소극적인 업체들이 다 - 40 -
수 존재하지만 연료전지자동차개발은 모두 참여 <표Ⅱ-6> 세계 주요자동차업체의 저공해자동차전략 GM 포드 DCX BMW VW/아우디 르노 PSA 연료전지자동차 2010년 양산개시,업계 최초 100만대 판매 목표 2005년 1월 연료전지컨셉차 Sequel발표 CaFCP참여,DOE와 공동 프로젝트 추진 하이브리드자동차 2005년 마일드 하이브리드의 Silverado/ Sierra를 판매개시.2007년 Yukon/Tahoe 의 하이브리드 판매예정 DC와 풀하이브리드기술개발 제휴 2010년 양산연료전지차 개발 목표 2004년 EscapeHybrid 판매개시.2005년 DC,발라드와 공동연료전지시스템 개발 2만대판매.Fusion를 포함한 5개 모델의 수소자동차도 개발,2007년부터 양산차에 하이브리드 시장투입 계획 탑재 중기적으로 연판 10만대 목표 2010년 이후 보급단계에 들 것으로 예상 2007년까지 하이브리드차 시장투입 계획 포드,발라드와 공동 연료전지시스템 개발 M-Benz S클래스,닷지 Durango 하이브 연료전지버스를 공급 리드 판매예정.GM과 기술개발제휴 수소자동차개발에 주력,2008년까지 시장 투입할예정.2005년 1월에 컨셉카 H2R을 하이브리드차 제품개발계획 없음. 발표.연료전지차 시판계획은 없음. 2008년 하이브리드차를 미국시장에 판매 CaFCP에 참여, 2004년 9월 Touran 할 계획을 2005년 봄에 명확히 HyMotion의 데모주행 실시 유럽에서 하이브리드차보다 디젤엔진차 가 효율적이라는 견해 이탈리아 De Nora 자회사 Nuvera와 개 발제휴,연료전지차개발 추진.Nuvera는 2010년까지 연료전지차개발을 목표 2001년에 Kangoo Hybrid를 개발했지만, 그 후 계획은 불명 미국 Milennium Cel,프랑스 Gaz de France와 연료전지차개발 제휴.2004년 9 하이브리드차 제품개발계획 없음. 월 연료전지기술을 사용한 Quark출품 피아트 PandaHydrogen발표,도로실험 실시 현대 2010년 시판을 목표로 연료전지차개발 Tuscon연료전지차를 LA오토쇼에 출품 UTC FuelCel과 공동개발 2000년 CaFCP에 참여 2000년 Multipla Hybrid를 개발했으나 그 후 계획 불명 2004년 하이브리드차개발계획 발표.2005 년 4월 하이브리드차 컨셉 Portico발표 2006년내 한국시장에 하이브리드차 판매 개시,미국에도 2006년말까지 Accent/Rio 하이브리드 판매예정 자료 : 田 中, 세계자동차メーカー,ハイブリッド 車 計 劃 具 體 化 で 轉 換 圖 ゐ 環 境 政 策, Fourin 世 界 自 動 車 調 査 月 報,2005.9. 리스판매는 정부의 지원에 의해 이루어지고 있는 실정 -미국 정부는 연료전지자동차개발뿐만 아니라 수소경제실현을 위한 차세대 수소시스템 구축 및 연료전지자동차 상용화 실현을 위한 연료전지자동차 시범운행 실시 - 41 -
-일본 정부도 연료전지자동차의 관용운행 등을 통하여 이미 시범운 행을 시작 연료전지자동차는 2020년 이후에나 본격적인 판매가 이루어질 것으 로 예상되어 리스크가 큰 산업분야이면서 막대한 연구개발 및 인프 라구축비용이 소요되어 특정업체 단독으로 개발 및 보급이 힘든 특 성을 지니고 있어 정부차원의 보급프로그램을 통해 개발 및 보급 실시 -가장 대표적인 프로그램으로 캘리포니아연료전지 파트너십(CaFCP) 을 들 수 있는데,DCX,포드,혼다,현대,닛산,VW,GM,도요타 등 대부분의 주요 업체들이 참여 -일본의 수소연료전지실증프로젝트(JHFC프로젝트)에도 도요타,닛 산,혼다,DCX,GM,히노,미쓰비시,스즈키 등이 참여 (3)지능형자동차 지능형자동차의 기술적 개념 지능형 자동차의 기술은 크게 차량안전,차량정보화 및 편의성으로 구분할 수 있음. 차량안전 분야는 고안전차량(ASV,Advanced Safety Vehicle)을 목 표로 능동적 안전개념(Active Safety)과 수동적 안전개념(Passive Safety), 능동 및 수동 통합 안전개념(Active-Passive Safety Integration)의 세부기술들이 존재함. 1990년대 초반에는 에어백 등과 같은 차량 충돌사고와 관련된 수 동적 안전개념의 기술들이 주류를 이루었으나,최근에는 예방안전 시스템(Pre-crash system)과 X-by-wire시스템과 같은 능동적 안전 - 42 -
개념 분야의 안전 시스템들이 활발히 연구되고 있음. 차량 정보화 분야는 정보통신기술을 자동차에 접목시킨 모바일카 를 구현하기위해 텔레매틱스,운전자정보시스템(DIS,DriverInfomation System),차량 내부 네트워크 등 다양한 기술들이 융합됨. 차량과 관련된 정보화는 차량과 외부와의 정보통신을 가능케 하는 기술,차량 내부의 제어신호와 데이터 교환을 위한 차량내부 네트 워크 기술과 이 두가지 기술의 접점에 존재하는 운전자정보시스템 기술로 나눠짐. ITS기술과도 밀접한 관련이 있는 기술 분야로서 텔레매틱스,네비게 이션 기술과 같은 차량 외부 통신기술 뿐만 아니라 전자 시스템의 증 가에 따른 차량 배선의 감소와 기능의 증대를 위해 CAN (Controler AreaNetwork)/LIN(LocalInterconnectNetwork)과 같은 차량제어용 네트워크와 MOST(Multimedia Oriented SystemsTransport)와 같은 멀티미디어 네트워크 등 차량 내부 네트워크 기술도 중요해지고 있 음. 차량 정보화 분야 기술은 차량 설계의 기반기술로서 차량 전자화의 기본이라 할 수 있고 다른 IT기술들의 속성과 비슷하게 표준화와 기술발전의 대열에서 뒤떨어지면 따라잡기 힘들다는 점이 중요함. 최근에는 차량-차량 및 차량-인프라 통신기술을 이용하여 차량안전 시스템과 연동하는 통합 안전 시스템들이 연구되고 있어 조만간 그 성과가 가시화될 전망 편의성(쾌적성)분야는 위성방송 및 디지털 오디오,비디오 매체와 다양한 정보 등을 네트워크와 연계하여 즐길 수 있는 인포테인먼트 (Infotainment)시스템 기술과 차량 보안 및 운전자 쾌적성 지원에 관련된 기술을 포함하며 자동차를 다양한 문화복합 공간으로 변화 - 43 -
시키는데 중요한 역할을 담당할 기술 분야임. 또한 지능형 시트,생체정보를 이용하는 지능형 공조 시스템 등 증 가하고 있는 탑승자들의 쾌적성 요구를 위해 인간공학 기술, HMI(Human Machine Interface)등 다양한 기술이 융합된 인간친 화형 시스템 개발이 향후 중요한 기술개발 목표가 될 것임. <표Ⅱ-7> 지능형차량 분야의 기술 분류 구분 기능 기술분류 (중분류) 차량 안전 차량 정보화 편의성 (쾌적성) ActiveSafety Active-Passive SafetyIntegration 차량 이동통신 시스템 차량정보 시스템 공통기반 기술 Entertainment시스템 Comfort& Security 예방안전,사고회피,자율주행 사고경감 및 탑승자,보행자 보호(충돌안전) 피해확대 방지 텔레매틱스,네비게이션,차량간통신 지능형 정보시스템(운전자정보시스템,DIS) 차량탑재 네트워크 기술 HMI기술,임베디드 H/W,S/W,평가기술 디지털 차량 AV 시스템 차량보안 및 탑승자 쾌적성 자동주차 지능형차량은 안전하고 쾌적한 교통환경을 확보하고 교통사고로 인 한 사회적인 인적/물적 손실을 최소화하여 단순한 운송수단에서 운 송/정보/업무/휴식 공간으로 발전된 자동차 -기계,전자,통신,제어를 기초분야로 하여 차량의 안전성 과 편 의성 을 획기적으로 향상 지능형차량은 텔레매틱스 기술,안전규제 대응기술,첨단차량/도로 기술 등을 기반으로 21세기 교통체계인 지능형 교통시스템(ITS)으 로 발전하는데 핵심요소가 될 것임. -지능형자동차부품에는 차량자체의 부품뿐만 아니라 지능형 교통시 - 44 -
스템부품을 포함하는 광범위한 개념으로 접근하기도 함. <그림Ⅱ-15> 고안전 지능형 차량기술 연료 부족시 가장 가까운 주유소 안내. 차세대 GPS 장착 졸음운전 감지 장치 운전자의 눈 깜박임과 동공을 관찰. 자동으로 환기 후방 사각 백미러속에 숨겨진 안내 소형 카메라가 따라오는 차량을 포착해 알려줌. 단추 하나만 누르면 일렬주차도 가능(도요타). 완전자동 주차 기능 움직이는 전조등 곡선주로 방향 전환시 사전에 전조등이 움직여 전방 시야를 밝혀줌. 잘못 회전할 경우 방향 바로 잡아줌. 전자 안전 통제 기능 탈선 경보 시스템 차선을 넘은 경우 자동으로 알려줌. 적외선 야간 야간투시 촬영장치를 기능 통해 전방의 사람 동물 투시(혼다). 외장 에어백 보닛 밑에 설치된 에어백으로 충돌 시 보행자 충격 완화. 추돌 예방 레이더 전방에 저속 차량이 있을 경우 에어백 머리 받침 작동 준비시켜 주고 선루프도 닫아줌. 지능형차량은 차량제어기술,센서/액추에이터 기술,HMI(Human MachineInterface)기술,정보통신기술의 요소기술을 바탕으로 차량 지능화와 차량정보화에 관계된 각종 세부기술을 채택 <그림Ⅱ-16> 첨단 차량/ 도로 시스템(ITS)기술 ITS 의 개념 q전방추돌경고 시스템 q적응속도제어 시스템 자동 주행 차선 추종 시스템 AVHS Center Computer q 개발 완료 기술 개발 추진중 사고 정보 제공 기상,노변 상태 정보 제공 영상 카메라 GPS 수신기 차량간 통신 (Inter-Vehicle Communication) 차량간 거리측정 (RF/Laser Radar, Sonar, etc.) 노변 통신망 노차간 통신 (Roadside-to-Vehicle Communication) 고안전 지능형 차량 텔레매틱스 첨단도로시스템 -선진안전차량(ASV :Advanced SafetyVehicle) - 45 -
-선진항법시스템(AHS:Advanced Cruise-AssistHighwaySystem) -차량정보통신시스템(VICS :Vehicle Information and Communication System) -운전자정보시스템(DIS:DriverInformationSystem) -위성방송(SB:SateliteBroadcasting) 지능형 자동차는 차량 주행 중 발생하는 교통사고를 방지하기 위해 필수적인 차량제어 시스템과 충돌 및 추돌 사고 발생 시 운전자, 승객,보행자 등의 피해를 최소화할 수 있는 시스템을 의미 <그림Ⅱ-17> 다양한 지능형 자동차 예 자료 :자동차부품연구원 지능형자동차시스템은 차량 주행 중 발생하는 교통사고를 방지하기 위한 차선 이탈 및 충돌 경보 시스템,고속,저속,주차 시 등 속도구 간별 능동적 사고방지 시스템과 충돌 시 운전자 및 보행자를 보호하 기 위한 수동적 보호 시스템으로 구성되며 다음과 같은 기능을 보유 -능동형 안전 장치 - 46 -
제동거리 단축 시스템:고속 주행 시 전방 장애물을 발견하고 급 제동 시 제동거리를 현저하게 단축시킬 수 있는 시스템(100km/h 주행제동시 30m -기존 차량대비 20% 이상 단축) Traficjam assistsystem:혼잡 구간 내에서 선행차량의 주행상태 에 따라 돌발 상황 발생 시 차량 추돌을 방지할 수 있는 시스템 Inteligentparking assistsystem:주차 사각지역의 시인성을 향 상시키고 주차 시 발생할 수 있는 후방 충돌,후방 장애물과의 접촉사고를 방지하기 위한 시스템 차선 이탈경보/유지보조 시스템:운전자의 부주의로 인한 차선이 탈을 방지하여 교통사고의 위험성을 방지하고 운전자가 안전하게 주행할 수 있도록 경보/제어하는 시스템 충돌 경보/회피 시스템:전 후 측방의 차량이나 장애물을 감지 하여 충돌 가능성이 있는 경우에서는 운전자에게 경보하고 충돌이 예측되는 상황에서는 자동적으로 충돌을 회피할 수 있는 시스템 커브 진입/제동 시스템:전방의 코너 상태를 감지하여 속도가 빠 르면 경보를 발함과 동시에 적정속도까지 자동 감속하는 시스템 고지능 주행제어 시스템 개발 :능동형 차량 제어기술에 인프라 로부터의 도로 정보등을 활용하여 목적지까지 안전하게 주행할 수 있는 시스템 -수동형 안전 장치 Smartairbag:차량 충돌 및 추돌 발생 시 운전자의 체격,자세 에 따라 airbag전개량을 조절하여 운전자 및 승객의 피해를 최 - 47 -
소화할 수 있는 시스템 Adaptivecolumn:충돌 시 steeringcolumn의 좌굴정도를 조절하 여 운전자에게 피해를 최소화할 수 있는 시스템 보행자 충돌 피해경감 시스템:차량과 보행자가 충돌하는 경우 보행자 충돌을 감지하여 2차 충돌에 의한 보행자 피해를 저감할 수 있는 시스템 지능형 차량은 전자 및 정보통신기술의 최대 수요처로서 부상할 것 으로 예상되며,관련산업의 기술개발 및 산업발전에 지대한 영향을 미칠 것으로 예상 -각종 센서,액추에이터,카메라,디스플레이,마이크로프로세서,메 모리,정보통신(도로 인프라,통신망,통신기기 등),제어용 S/W, 관련 콘텐츠 등이 관련 산업 -특히,센서와 액추에이터의 제조 및 응용기술은 절대적으로 필요하 지만 국내 수준은 선진국에 비해 매우 뒤떨어지고,핵심부품을 지 원하는 S/W기술도 부족한 상황 -핵심부품 및 S/W뿐만 아니라 도로 및 정보통신 등의 분야에서 다 양한 인프라가 필요 -안전관련 여러 가지 규제가 선진국을 중심으로 강화되고 있기 때 문에 이에 대비한 기술 및 제품개발이 필요 지능형자동차기술의 발전 방향 지능형자동차는 현재 안전벨트나 에어백,충격흡수차체 등 수동적 안전장치 위주로 발전되어 있고,ABS/TCS,ESP 등 부분적인 능동 - 48 -
적 안정장치가 적용되고 있지만 향후 각종 능동적 안전장치,편의 장치 등이 각종 전자 및 정보통신시스템과 연계되어 발전할 것으로 전망 <그림Ⅱ-18> 지능형자동차의 변화 양상 자료 :과학기술혁신본부, 미래 성장동력창출을 위한 R&D 투자 방안,2007.5. <그림Ⅱ-19> 지능형자동차시스템의 발전과정 자료 :과학기술혁신본부, 미래 성장동력창출을 위한 R&D 투자 방안,2007.5. 초기에는 전방 충돌에 대한 상해방지 요구에 그쳤으나 안전의식의 강화에 따라 측면 충돌뿐 만 아니라 전복 사고에 대해서도 상해방 - 49 -
지 대책에 대한 요구가 강화되고 있으며 유럽 및 일본을 중심으로 차량의 탑승자뿐 만 아니라 보행자 보호에 대한 기술도 발전 -자동차의 전자화 및 시스템 통합화에 따라 사고회피,탑승자 및 보 행자 지원 기술과 융합되어 상해방지 효과를 극대화 시키는 방향 으로 발전 주요업체의 주력차종에는 현재 각종 지능형개별시스템들이 적용되 고 있는데 그 현황은 아래 표와 같음. <표Ⅱ-8> 주요업체 자동차가 채택하고 있는 지능형시스템 자료 :과학기술혁신본부, 미래 성장동력창출을 위한 R&D 투자 방안,2007.5. 미국특허의 주요 소유권자를 보면,연구개발 활동이 주로 일본 기 업을 중심으로 이루어지고 있음 -1991~2004년간 미국내 지능형자동차 분야의 특허분석 결과,국가 별 점유율은 미국이 54.0%,일본이 28.1%,독일이 8.8%로 나타났 - 50 -
지만, -주요 10대 소유권자를 살펴보면,일본국적이 7개,미국국적이 2개, 독일국적이 1개로 일본기업이 상위에 랭크되어 있음 <표Ⅱ-9> 세계 주요자동차업체의 지능형자동차 기술개발 동향 업체 도요타 혼다 Chrysler BMW Jaguar GM 기타 기술개발 동향 Radar cruise control system, Pre-crash safety system, Night view system,lanekeeping assistsystem,inteligentparking aid system 등 이 실차에 탑재 LexusLS460에는 차체역학 통합제어 시스템인 VDIM 시스템,추돌감지 경고시스템,전후방 안전벨트 프리텐셔너 장치에 충돌방지 시스템이 장 착됨 인텔리전트 나이트비젼,추돌경감 브레이크 및 E-프리텐셔너,고속도로 운전지원시스템(HiDS:HondaInteligentDriverSupportSystem)탑재 지능형 차간거리 제어시스템,차선이탈 경보시스템,Stop&Go제어 시스템, Night vision 시스템을 개발하여 Pre-Safety 시스템인 PRO-SAFE를 S-series모델에 탑재 HUD(Head-up DisplayMonitor),Nightvision 시스템,지능형 운영 컨 셉트 idrive,remoteparkassist시스템을 7-series모델에 탑재 New XK모델에 충돌사고시 보행자 보호 시스템인 ActiveHood system 을 장착함.Volvo는 사각지대 정보를 알려주는 전자시스템 `BLIS'(Blind SpotInformationSystem)를 New S80에 장착 CadilacDevile에 적외선방식 나이트비전시스템 장착 판매,적외선 카메 라는 Raytheon사에서 개발, Cadilac DTS 에 Dual depth Airbag, Stabilitrak안전 시스템 장착 Telecommunication technology인 OnStar:사고발생시 에어백 전개신호나 버튼조작을 통해 OnStar오퍼레이터,구조기관에 정보가 전달되어 구조 요청(현재,가입자수 300만명) 2004년 이후 애플사의 ipod 와 차량정보기기를 연결시킨 ipod integratioincar'를 발표(BMW,벤츠,닛산 등) 마이크로소프트는 WindowsAutomotive 5.0을 출시하면서(2005)텔레매 틱스용 운영체제 시장을 적극 공략하고 있음 지능형자동차분야는 독일,일본 등이 가장 앞서 나가고 있고,미국 도 강점을 가지고 있는 분야 -이에 따라 이들 자동차선진국들이 지능형자동차분야 시스템의 주 - 51 -
요 수출국이 되고 여타 국가들은 수입에 의존 일본과 유럽의 지능형차량 기술 선진업체들은 차량안전 분야와 차 량 정보통신 분야에서 세계시장을 선도하고 있음. -일본 렉서스의 자동 감속시스템,AFS(AdaptiveFrontLightSystem), 독일의 메르데스-벤츠의 앞차와의 자동 거리조정 및 충돌예방 시 스템,BMW의 차량속도 흐름에 따른 속도조절 및 차선변경에 따른 경고 및 지원 시스템 등의 대표적인 지능형차량 시스템들을 개발 완료하고 적극적으로 상용화 하고 있음. -주요 부품 업체로는 Bosch,ContinentalTeves,Denso,TRW,Siemens VDO,Advics등이 있지만 완성차업체들과 긴밀한 협조를 통해 시 스템을 상품화하고 있음. 미국 업체들은 사실상 후발자로서 기술개발에 약간은 뒤쳐져 있는 상황이지만 큰 자동차 시장과 소프트웨어 강국의 장점을 살린다면 조만간 경쟁력을 가질 것으로 예상됨. 지능형자동차부품의 발전기반이 되는 ITS 추진 동향 1960년대 후반부터 일본은 건설성,통상산업성,운수성 등 5개 정부 기관이 독자적으로 첨단 교통사업을 경쟁적으로 추진하다가 통합의 필요성이 부각되면서 1994년에 ITS재팬을 설립 -1996년 재팬 ITS종합 계획 이 발표되었고,2001년 e-재팬 전략 수 립 후에는 이를 ITS와 연계시켜 추진 -ITS 재팬은 ITS의 연구개발을 촉진하며,ITS의 중요성을 홍보하고 국제적인 ITS활동의 창구 역할을 담당 - 52 -
일본은 ITS를 4단계로 나누어 추진할 계획 -1단계(2000~2004)는 ITS의 도입기로 네비게이션의 확산과 일부 선 행 서비스 개시를 목표로 하고 있으며,2단계(2005~2009)에서는 ITS 를 한단계 업그레이드시킴으로써 다양한 서비스를 순차적으로 도입 -3단계(2010~2014)에서는 자동운전을 실현해 ITS를 성숙초기단계에 진입시킬 계획이며,4단계(2015~ )에서는 ITS가 사회 시스템 중의 하나로 완전히 자리잡도록 만든다는 계획을 수립. 일본은 ITS인프라 구축을 위한 시간이 장기간에 걸쳐 소요되기 때 문에 ITS인프라 구축이 현재도 진행되고 있으며 이러한 ITS의 인 프라 구축과 관련한 시스템 구축사업을 중심으로 하여 시장이 형성 되어 가고 있음. -최근 ITS 관련 시스템 및 응용소프트웨어,첨단교통정보제공서비 스,컨텐츠,텔레매틱스,위치기반서비스 등과 같은 산업 및 서비 스 시장이 형성되어 활발히 진행 중에 있음. 미국은 범국가적 차원의 ITS추진 및 협의체 필요성에 의해 1991년 민간 단체와 정부 기관을 포함한 1,300개 회원사로 구성된 ITS 아 메리카가 출범 -주요 기능으로는 정책 개발 지원,포럼 개최,표준화 개발,국제 협 력 증진,ITS사업 홍보 등의 역할을 수행하는데 정책개발 지원을 위해 미국 교통부의 연방자문위원회를 통하여 국가 프로그램,ITS 기술 개발,전략 수립 등에 적극적으로 참여 -ITS 아메리카의 회원사들은 조직내 설치된 20개 이상의 기술위원 회,특별 프로젝트 팀 등에 참여해 기술 개발 및 구축 사업과 관련 된 포럼을 개최 - 53 -
-ITS아메리카 조정위원회에서는 성공적인 ITS구축을 위하여 표준 화,법률적 제도적 관련 문제들을 다루고 있음. -유럽,아시아,캐나다 등 외국 ITS관련 기관과 ITS관련교류를 추 진하고 있음 미국의 ITS 추진현황은 육상교통효율화법의 지원 하에 10억 달러 이상을 투입하여 R&D를 활발히 추진 -1992년부터 2011년까지 20년 동안 단기,중기,장기 계획으로 구분 하여 2,000억 달러의 비용을 투입하여 ITS구축을 추진하고 있음. <표Ⅱ-10> 미국의 ITS추진계획 구축계획 구축시스템 구축내용 1단계 (1997~1999) 통행정보 및 교통관리 시스템 대도시 및 지방 ITS통합서비스 지원 차량운영을 위한 정보공유,위치추적, 주행안내시스템 서비스 운영 민간사업참여 확대 실시간 교통정보의 제공 2단계 (2000~2005) 교통관리 시스템 자동요금징수시스템 통합 광역적 교통관리시스템 실현 3단계 (2006~2010) 첨단차량 및 안전시스템 차량안전 및 충돌방기시스템 유럽의 ITS는 유럽 공동체의 후원으로 유럽의 ITSR&D와 각국 ITS 추진 계획간의 상호조정을 위해 설립된 ERTICO (European Road TransportTelematics Implementation Coordination Organization) 에 의해 추진되고 있음. -ERTICO의 설립 목적은 유럽 지역 교통 시설의 첨단화,대중교통 서비스의 확산,유럽 실정에 맞는 ITS의 실현,범유럽 ITS 통합을 위한 지원과 시스템 제공임. - 54 -
-전 유럽 지역에서 통용될 수 있는 공통된 ITS구조를 구축하기 위 해 노력 중에 있음. 1995~2000년까지 유럽연합은 ITS를 위해 18.3억 유로를 지원 대표적인 자동차업체인 도요타도 21세기 종합 모빌리티(mobiltiy) 기업 이라는 목표를 달성하기 위해 ITS 사업에 적극적으로 참여하 고 있음. -도요타는 자동차산업의 성장이 미래에도 계속 보장되지 않을 것으 로 예측하고 자동차로부터 발생하는 교통 사고 및 정체,환경 문제 등에 대해 자동차 메이커들이 해결책을 제시해야 한다고 생각하고 있으며 이에 따라 1996년부터 회사내에 ITS사업부를 구성해 일본 의 ITS구축에 주도적으로 참여 -ITS가 성공을 거두면 자동차의 고기능화가 실현되는 것으로 첨단 안전차량 기술개발로 새로운 수익 사업 발굴 및 제품 생산이 가능 할 것으로 판단 도요타의 ITS추진 로드맵을 보면 자동차가 정보 제공 기능을 하는 단계에서 운전지원 기능 단계로,그리고 궁극적으로는 자동 운전까 지 도달하는 것을 목표로 수립 -자동차의 고기능화를 위해 인간의 인지 및 판단 능력을 지원할 수 있는 전자 브레이크 시스템과 차선 이탈 경보 장치 등이 도입될 전망 -2010년 경에는 자동차의 고기능화와 ITS가 결합되어 스마트카에 의한 자동운전이 이루어질 것으로 전망 - 55 -
3.미래형자동차산업의 세계시장 전망 하이브리드자동차,연료전지자동차,지능형자동차 등 미래형 자동차 는 일부 상용화되고 있지만 도입기에 지나지 않거나 아직 개발단계 여서 미래를 예측하기 쉽지 않고 전망기관에 따라 큰 차이 존재 -하이브리드자동차 및 연료전지자동차는 동력발생장치의 차이에 따 른 차량분류로서 기존의 내연기관자동차를 대체하는 역할을 수행 하므로 각 동력발생장치별로 시장점유율 변화가 매우 중요 -지능형 자동차는 차량내에 부가되는 여러 가지 안전장치 및 통신 장치,편의장치가 복합적으로 내재되는 것으로 한 차량내에서도 지 능형의 정도가 달라질 수 있어 단순하게 시장을 전망하는 것이 힘 들 것으로 판단 -따라서 지능형자동차의 시장전망은 채택되는 지능형시스템의 정도 에 따라 판단하는 것이 바람직 (1)하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차 동력발생장치별 시장점유율 변화전망 2004년 GlobalInsight의 전망에 따르면 2010년까지 세계적으로 하 이브리드자동차는 도입기에 지나지 않으며,2015년에 가서도 여전 히 내연기관 자동차가 시장을 주도할 것으로 예상 -하이브리드차량이 주력차종으로 부상하는 시기는 2020년 이후가 될 것이며,연료전지자동차는 2020년까지 시장에 도입되는 정도수 준에 머무르고,2030년 이후에야 시장을 주도 - 56 -
<그림Ⅱ-20> 세계 자동차산업의 발전방향 Source:AutomotiveWorldCarIndustryForecastReport,GlobalInsight,2004 The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Bariers, and R&D Needs,TheNationalAcademies,2004 2006년 McKinsey&Company는 The Future ofautomotive Power 라는 보고서에서 3가지 기본시나리오의 가정하에서 2020년 각 동력 장치별로 주요 지역별 시장점유율을 전망 -이 전망에 따르면 하이브리드자동차나 연료전지자동차와 같은 미 래형 자동차에 대한 전망이 보다 비관적인 것으로 나타났음. -이 전망에서는 크게 ICE Age 시나리오,Intermediate 시나리오, Green World 시나리오 등으로 나누어 1) 전망을 실시하고 있는데 GreenWorld 시나리오의 경우에도 2020년에 연료전지자동차의 보 급은 의미 있는 시장점유율을 보이지 않고,하이브리드자동차의 시장점유율도 18%에 불과할 것으로 전망 1)ICEAge시나리오는 원유가격이 배럴당 30달러까지 떨어지고 환경규제가 현 수준에서 크 게 변하지 않는 경우.Intermediate시나리오는 유가가 배럴당 50달러 수준을 유지하고, 환경규제가 EURO Ⅴ,Ⅵ,Tier2등으로 강화되고,중국의 규제도 2015년에 EURO Ⅴ 수 준에 도달하는 경우.GreenWorld시나리오는 유가가 배럴당 100달러로 상승하고,배출가 스기준이 세계적으로 거의 0에 가깝게 강화되는 경우 - 57 -
<그림Ⅱ-21> 2020년 동력장치별 자동차의 시장점유율 전망 CNG 5% 가솔린 60% 디젤 17% 디젤하이브리드 2% Green World 가솔린하이브리드 16% 2% 71% 18% 1% 8% Intermediate 1% 78% 16% 5% ICE Age 자료 :Mckinsey&Company,TheFutureofAutomotivePower,2006. 주 :각주 참조 세계 주요 자동차시장의 동력장치별 판매비중의 변화 전망을 살펴 보면,2015년에도 여전히 가솔린엔진이 세계시장을 주도할 것으로 예상 -그러나 서유럽시장에서는 디젤엔진 차량의 비중이 50%를 상회하고 있고,2015년에는 56%까지 증가할 전망 하이브리드자동차는 하이브리드자동차생산을 주도하고 있는 일본에 서 가장 크게 성장할 것으로 전망 -2015년 일본시장에서 하이브리드자동차의 시장점유율은 11%에 달할 것으로 예상되지만 기타 아시아나 NAFTA시장에서는 5%에도 미 치지 못할 것으로 예상 -디젤자동차가 주도하고 있는 유럽시장의 경우 하이브리드자동차의 이점이 적어 하이브리드 자동차의 시장점유율은 2%에 불과할 것 으로 전망 CNG나 LPG같은 대체연료엔진 차량은 아시아나 서유럽시장에서 1% 내외의 시장점유율을 기록하여 미미한 수준일 것으로 전망 - 58 -
McKinsey&Company 보고서에 따르면,미래형 자동차인 하이브리 드자동차는 주로 일본과 미국에서 집중적으로 시장이 확대될 것으 로 보고 있음. -디젤자동차가 강세를 보이고 있는 유럽이나 기존 가솔린자동차의 비중이 클 것으로 예상되는 중국을 비롯한 개도국은 하이브리드자 동차의 보급이 제한적일 것으로 전망 <그림Ⅱ-22> 세계 주요자동차시장의 동력장치별 비중 변화 추이 2 0 1 5 1 1 10 79 서유럽 NAFTA 아시아 일본 2 0 1 0 2 0 0 5 2 0 1 5 2 0 1 0 2 0 0 5 2 0 1 5 2 0 1 0 2 0 0 5 2 0 1 5 2 0 1 0 2 0 0 5 8 9 3 9 4 1 22 2 1 2 1 1 18 4 15 3 8 5 2 1 11 53 56 5 6 8 3 86 73 7 6 81 81 89 95 47 41 42 자료 :전게서 0% 20% 40% 60% 80% 100% 하 이 브 리 드 C N G / L P G 디 젤 가 솔 린 하이브리드차량 판매현황 및 전망 하이브리드차량의 최대시장인 미국에서 급속도로 증가하고 있는 실정 하이브리드자동차 판매는 -2001년 2만대에서 2004년 8만 4천대로 증가했고,2005년에도 전년 대비 2.5배나 증가한 20만 6천대에 도달 2005년까지 미국시장에 투입된 하이브리드 자동차의 모델은 총 8개 에 달하고 있고,2007년부터는 큰 폭으로 증가할 예정 - 59 -
-GM이 2007년부터 SUV와 픽업트럭에서 하이브리드시스템탑재를 시작하고,포드는 2010년까지 적어도 8개 모델까지 확대할 계획으 로 이에 따라 미국의 하이브리드시장은 2010년 70만대에 달할 것 으로 예상 <표Ⅱ-11> 미국 하이브리드자동차제품의 전개상황 실적 계획 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008~ 누계 모델 수 1 2 2 3 3 5 8 11 20 n.a. 신규 모델 수 1 1 0 1 0 2 3 3 9 n.a. 모델명 H.Insight T.Prius H.Civic 자료 주 T.Highland H.Accord Le.RX400h F.Escape M.Mariner T.Camry Le.GS450h N.Altima Cv.Tahoe Cd.Escalade D.Durango T.Tundra Le.LS600h Ma.Tribute MB.S클래스 BMW X5 Cv.Silverado G.Sierra T.Corola T.Prius F.Fusion M.Milan F.500 F.Edge M.Montego Li.MKX P.Cayenne VW Tourareg A.Q7 : 中 田, 美 國, ハイブリッド 車 擴 販 に 問 われゐコア 部 品 のサプライベース, Fourin 世 界 自 動 車 調 査 月 報,2006.3. :H(혼다),T(도요타),Le(렉서스),F(포드),M(머큐리),Li(링컨),Ma(마쓰다),N (닛산),Cv(시보레),Cd(캐딜락),G(GMC),D(닷지),MB(메르세데스벤츠),P (포르쉐),A(아우디) 하이브리드는 총소유비용이라는 측면에서 일반 가솔린엔진 차량에 비해 비싼 것으로 조사되었음. -하이브리드자동차의 높은 비용측면에 5년내 상쇄되려면,연간 1.5 만마일 주행하는 경우,1갤런 당 5.6달러에 달해야 함. 전문가 설문조사에 따르면,선진국시장에서 본격 산업화되는 시기 는 대체적으로 2010년에서 2015년 사이가 될 것으로 전망하고 있 고,2010년 이전에 이미 산업화될 것이라고 보는 견해도 다수 존재 -2005년 현재 세계 전체적으로 30만대 이상의 시장이 형성되어 있 고,2010년이면 적어도 130만대 이상은 판매될 것으로 예상되어 - 60 -
2010년 이후면 하이브리드자동차가 본격 산업화되는 시기 -이에 따라 모터,인버터,전지,기타 전장품 등 하이브리드관련 부 품의 시장 규모도 2005년의 1,669억엔 규모에서 2010년 5,464억엔 규모로 증가할 것으로 예상 <표Ⅱ-12> 하이브리드자동차의 총소유비용 차량 실제가격 + 소유비용 비용증감 포드 EscapeHybrid 50,521 +3,249 포드 EscapeXLT AWD 47,092 혼다 어코드 하이브리드 49,972 +3,816 혼다 어코드 EX(V6) 46,156 도요타 프리우스 37,893 +5,283 도요타 CorolaLE 32,610 도요타 프리우스 37,893-81 도요타 캠리 LE 37,974 단위 :달러 자료 :Fourin," 美 國,ハイブリッド 車 販 賣 は2005년20 萬 台 弱 に 擴 大, 高 性 能 追 及 で 需 要 喚 起, 世 界 自 動 車 月 報,2005.6.(www.edmunds.com에서 재인용) 주 :소유비용은 론금리,세금,보험프리미엄,연료,유지 및 보수 등 제비용 <표Ⅱ-13> 하이브리드자동차의 세계시장 규모 전망 2) 단위 :만대 미국 일본 유럽 계 2005 14.7 12 2.3 29 2006 28.2 15.6 2.4 46.2 2007 40.6 18.5 2.8 61.9 2008 57.5 24.2 3.3 84.9 2009 79.2 28.2 3.9 111.3 2010 101.3 30.1 4.4 135.7 2011 133.7 37 4.6 175.2 2012 167.5 46 5.2 218.8 자료 : 野 村 總 合 硏 究 所, ハイブリッド 車 に 關 するアンケート 調 査 と2021 年 までの 市 場 規 模 豫 測 を 實 施,NewsRelease,2006.11. 현재 세계 자동차시장은 McKinsey&Company 보고서에서 가정한 GreenWorld에 가까운 상황으로 환경변화가 발생하고 있어 2020년 하이브리드자동차의 판매비중을 Green World 시나리오에 해당하 는 18%로 가정 2)2005년 이미 미국의 하이브리드자동차판매는 20만대를 상회하여 전망치를 상회 - 61 -
-GlobalInsight에 따르면 2020년 세계 자동차시장은 약 1억대에 달 할 것으로 전망되어 하이브리드자동차는 1,800만대의 시장을 형성 할 것으로 전망 3) -따라서 2005년 현재 하이브리드자동차의 세계시장규모는 33만대에 서 2010년 150만대,2015년 650만대,2020년 1,800만대로 전망 -자동차시장의 판매액을 추정하기 위해 차량대당 평균판매가격을 1 만 5천 달러로 설정하고,하이브리드화하는데 추가되는 비용은 맥 킨지보고서에서 설정한대로 2005년은 6,867달러(5,800유로),2020년 은 2,841달러(2,400유로) 4),2010년과 2015년은 가격감소율을 고려하 여 추정 -이에 따라 시장규모를 추정하면 2005년 현재 72억 달러에서 2010 년은 연평균 33.1% 증가한 302억 달러가 되고 2020년은 3,211억 달 러에 도달 <표Ⅱ-14> 하이브리드자동차의 세계시장 전망 5) 단위:백만달러,% 2005 (최근년도) 2010 2015 2020 연평균 증가율 05-10 10-20 시장규모 7,216 30,176 122,285 321,138 33.1 26.7 부가가치 1,855 7,725 31,305 82,211 33.1 26.7 수출규모 4,811 18,105 61,142 138,089 30.4 22.5 자료:조철, 차세대 자동차의 2020비전과 전략,산업연구원,2007. -현재 하이브리드자동차는 일본이 주로 생산하여 세계시장에 공급 하는 양상이어서 수출비중이 67%에 달하고 있으나 향후 미국을 3)GlobalInsight는 2020년 하이브리드자동차 판매가 3,000만대 이상일 것으로 전망하지만 Mckinsey의 GreenWorld시나리오가 더 합리적인 것으로 판단 4)2005년 환율 및 자동차가격을 기준 5)부가가치율은 일반적인 자동차산업의 부가가치율 25.6%를 준용하여 계산 - 62 -
비롯한 세계 각국의 자체생산이 확대되면 이 비중은 점차 낮아져 2020년이 되면 현재의 자동차전체 수출비중인 21.4%에 달할 것으 로 전망 연료전지차량 보급현황 및 전망 대부분의 자동차업체들이 연료전지자동차를 개발하고 있지만 현재 부분적으로 시범운행을 실시하고 있는 실정 -일본의 선두업체인 혼다와 도요타는 2002년부터 미국과 일본에서 리스판매를 시작하여 2005년 현재 20~30여대를 보급 -미국의 빅3도 2003~4년에 시범운행을 실시하고 있으며,2005년 현 재 GM 20여대,포드 30여대,DCX 100여대를 운행 <그림Ⅱ-23> 주요업체의 연료전지자동차보급현황과 생산계획 자료 :유영면, 선진국 친환경자동차개발동향과 전망,KAF발표자료,2006.6. 이들 업체들은 2010년 이후 소량생산을 거쳐 2015년 이후에 양산을 실시할 계획 - 63 -
-혼다와 도요타는 각각 2012년과 2010년에 생산을 목표로 하고 있 고,GM과 DCX도 유사한 계획을 수립 -DCX는 2015년경에 5만대 규모의 양산계획을 수립하였고,GM도 2020년경 수십만대를 생산할 계획 현재 주요업체들이 시범사업에 출시하고 있는 연료전지자동차의 성 능을 보면, 최고속도는 시속 140~160km가 되고, 항속거리는 300~400km 수준 <표Ⅱ-15> 주요업체의 연료전지시범차량 자료:안병기, 현대 기아연료전지차량 개발현황,발표자료,2007. 각 국가별로도 미국과 유럽은 기술개발 및 시범운행단계를 거쳐 2015년 이후 초기시장진출이 이루어지고 2025년 이후에나 본격 시 장 확대가 이루어질 것으로 전망 -일본은 2010년 이후 초기시장 진출이 이루어지고 2015년 이후 본 격 시장 확대를 전망하여 미국이나 유럽에 비해 다소 빠른 실용화 - 64 -
계획을 수립하고 있음. <그림Ⅱ-24> 미국,일본 및 유럽의 연료전지자동차 실용화계획 2001~2010 2011~2020 2021~2030 2031~2040 2041~2050 Ⅰ.기 술 개 발 단 계 Ⅱ.초 기 시 장 진 출 단 계 Ⅲ.시 장 확 대 단 계 Ⅳ.수 소 사 회 의 실 현 미 국 201 5년 FC V양 산 결 정, 20 20년 본 격 양 산 FC V, 1 2,000 대 FC V, 330,0 00대 ( 캘 리 포 니 아 주 의 예 상 대 수 로 부 터 미 국 지 역 추 론 ) C A 지 역 충 전 소, 20 0기 Ⅰ.여 명 기 Ⅱ.시 장 초 기 Ⅲ.시 장 확 대 기 일 본 FC V, 5 0,000 대 FC V, 5,000,0 00대 FC V, 1 5,000,0 00대 충 전 소, 5 00기 충 전 소, 3,5 00기 충 전 소, 8,5 00기 대 도 시 주 변 지 역 (동 경, 오 사 카, 나 고 야 ) 주 요 대 도 시 및 주 변 위 성 도 시 일 본 全 지 역 Ⅰ.연 구 개 발, 실 증 사 업 Ⅱ.초 기 시 장 진 출 Ⅲ.시 장 확 대 및 시 장 완 성 유 럽 기 술 개 발 및 수 백 대 규 모 의 시 범 운 행 ( 05~ 1 0) 제 1세 대 FC V 출 현 제 2 세 대 FC V 출 현 FC V, 2,0 00,00 0 ~ 9,000,0 00대 충 전 소, 5,00 0 ~ 10,00 0대 자료 :곽대종,조철, 환경친화적 자동차의 개발 보급 기본계획 수립 및 보급지 원방안 연구,산업연구원 산업자원부,2005.6. 미국 에너지부는 연료전지자동차의 보급목표를 하이브리드자동차시 장 규모의 12년 후행시나리오를 전제로 2025년 500만대를 보급한다 는 목표를 잡고 지원을 실시하고 있으며 성능 및 설계원가 목표달 성은 2015년이면 가능할 것으로 전망 <그림Ⅱ-25> 미국 에너지부의 연료전지자동차 보급목표 자료 :이춘범, 환경친화적 자동차 추진현황,발전전방 및 정부의 역할,2007.4.19-65 -
연료전지자동차의 시장규모는 자동차용 연료전지시장규모로 추정할 수 있는데,2005년 현재 일본의 자동차용 연료전지시장은 20대 규 모이고 2010년에도 약 500대 정도에 머물 것으로 전망 -일본 자동차용 연료전지는 도요타,혼다,닛산 등 주요 자동차업체 에 의해 수요되는 것으로 조사 <그림Ⅱ-26> 일본 자동차용 연료전지 시장규모 변화 추이 및 분포 단위: 대 600 500 400 기타일본업체 10% 기타해외업체 10% 도요타 45% 300 닛산 10% 200 혼다 25% 100 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 자료 :일본경제정보과, 日 本 の 燃 料 電 池 産 業 の 動 向,IndustrialReport,JETRO,2006. 일본경제산업성의 신산업창조전략2005(2005.6) 에 따르면 2010년 일본의 연료전지자동차시장규모는 약 1조엔에 달하고,2020년에는 약 8조엔에 달할 것으로 전망 일본 에너지청은 매우 높은 수준의 연료전지자동차보급목표를 설정 -2010년 5만대 2020년 500만대 2030년 1,500만대(보급대수) 그러나 McKinsey&Company보고서에 따르면,높은 차량가격,연료 공급인프라 부족 등으로 2020년이 되어서도 의미 있는 시장 확대가 이루어지지 않을 것으로 전망 - 66 -
-낙관적으로 전망하더라도 연료전지자동차와 일반자동차간의 가격 차이는 11,500달러~19,400달러에 달할 것으로 전망 -수소연료공급인프라도 미국 캘리포니아주와 같은 특정지역에서만 원활한 이용이 가능하고 여타지역에서는 보급에 시간이 걸릴 것으 로 전망 국내 전문가들은 연료전지자동차가 세계시장에서 본격 산업화가 되 는 시기를 2015년 이후라고 응답하였음. 따라서 연료전지자동차의 경우 초기시장 형성 수준에 지나지 않을 것으로 판단되어 전체자동차시장에서 차지하는 비중은 약 1.5%에 불과할 것으로 전망 -2020년 1억만대 자동차판매를 상정하면,연료전지자동차는 약 150 만대에 달할 것으로 추정 -2005년 현재 세계 연료전지자동차생산은 현재 보급되어 운행되고 있는 차량과 일본의 자동차용 연료전지시장규모에서 유추해보면 약 80대규모에 달할 것으로 추정 <표Ⅱ-16> 연료전지자동차의 세계시장 전망 단위:백만달러 2005 (최근년도) 2010 2015 2020 연평균 증가율 05-10 10-20 시장규모 4 33 6,907 48,647 49.4 107.4 부가가치 1 8 1,768 12,454 49.4 107.4 수출규모 1 10 3,454 24,323 49.4 118.3 자료:조철, 차세대 자동차의 2020비전과 전략,산업연구원,2007. 주 :2005년,2010년은 양산을 가정한 가격상정,이 시기 수출도 해외 시범운행참여 를 위해 송출하는 경우(약 30%수준)를 상정.양산단계에는 주요국 중심으로 생산이 이루어지므로 수출 비중을 50%로 상정 - 67 -