[미래를 향한 질주, 전기자동차] 전기자동차 산업은 선택 아닌 필수, 핵심 원천 기술 개발과 표준화 동향

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[미래를 향한 질주, 전기자동차] 전기자동차 산업은 선택 아닌 필수, 핵심 원천 기술 개발과 표준화 동향

2011년 4월 21일 (목) 16:35:53 | 지면 발행 ( 2011년 3월호 - 전체 보기 )

자동차 산업은 지구 온난화와 에너지 자원 고갈로 위기에 직면했다. 온실가스 배출량을 보면, 모든 산업 분야 가운데 수송 부문이 약 25%를 차지한다. 세계 각국에서 온실가스 배출을 억제하고자 자동차 분야 규제를 강화하고, 그린카 산업 육성에 국력을 집중하는 이유다. 주요 국가들은 정부 주도로 그린카 산업을 육성하고, 자국 현실에 맞는 주력 차종을 발굴해 기술 개발과 보조금 · 세제 등을 지원한다. 우리나라도 그린카 시장을 선점하고자 전기자동차 활성화 방안을 마련했으나, 그 전반에 걸친 종합적 방향 제시는 미흡한 실정이다. 이 문제를 해결하고자 지난해 12월 지식경제부 자동차조선과 · 환경부 교통환경과 · 국토해양부 자동차정책과 · 녹색성장위원회 에너지정책팀이 머리를 맞대고 범정부 차원의 그린카 로드맵을 발표했다. 주요 내용은 그린카를 2015년까지 120만 대 생산해 그린카 기술 4대 강국 달성과 2012년부터 전기자동차를 구매하는 민간에게 인센티브를 지원하는 방안 검토 등이었다. 또한, 2015년까지 그린카 120만 대 국내생산 · 90만 대 해외수출, 국내시장 그린카 점유율 21% 달성 · 온실가스 3.3백만 톤 감축, 그린카 3.1조 원 민간 투자 유도를 담은 그린카 발전 전략 비전을 제시했다. 여기에서는 전기자동차 보급과 핵심 원천 기술 개발 그리고 표준화 동향에 대해 살펴보았다.

이제 전기자동차는 자동차 산업의 선택이 아닌 필수다. 미국 2015년 100만 대(누적, PHEV), 일본 2020년 100만 대(신차, EV · PHEV), 독일 2020년 100만 대(누적, EV), 중국 2020년 500만 대(누적, 전력 기반 차) 등 세계 각국은 의욕적인 보급 목표를 세우고 세계 전기자동차시장 선점에 나섰다. 우리나라도 소형 전기자동차 블루온BlueOn을 개발하며 축적한 기술을 중형 전기자동차 개발에 응용 · 확대하고, 2017년 중형 전기자동차 양산 계획을 3년 단축해 2014년까지 민관이 협업해 양산 체계를 구축할 계획이다.
지식경제부 자동차조선과 관계자는 "그 동안 전기자동차 활성화에 걸림돌로 작용해 온 차량 가격의 반에 해당하는 배터리 가격과 7시간이 넘는 충전 시간 등의 문제를 해결하고자, 배터리 교체형 전기자동차에 대한 경제성 분석을 올해 상반기까지 완료하고, 타당하면 2012년부터 개발할 예정이다"라면서, "2015년 국내 소형차 시장의 10%(연간 판매대수 기준), 2020년 국내 승용차 시장의 20%를 전기자동차로 대체해 2020년까지 전기자동차 총 100만 대(총 220만 대 충전기)를 보급 · 지원할 계획이다"라고 밝혔다.
또한, 정부는 전기자동차를 보급하고자 공공 부문에 2012년까지 동급 가솔린차와 전기자동차 가격차액 50% 수준의 구매 보조금(대당 2,000만 원 한도 내)을 지원하고, 민간 부문에 시장 여건과 재정상황을 고려해 자동차 취득세와 등록세, 자동차세 등 세재 혜택을 주는 방안을 검토 중이다. 한편, 일부에서는 전기자동차 보급 확산과 기술 개발을 통해 전기자동차의 보급 가격을 낮추고, 세계 전기자동차시장을 선점하려면 민간에도 초기 단계에 세제 혜택 뿐만 아니라 보조금도 주어야 한다고 주장한다.

전기자동차 보급과 핵심 원천 기술 개발
정부는 제10차 녹색성장위원회 보고대회에서 관계 부처 공동으로 세계 4강 도약을 위한 그린카 산업 발전 전략 및 과제를 발표한 바 있다. 전기자동차 관련 주요 내용은 ▲2012년부터 민간 분야 전기자동차 세제 지원과 보조금 제도 추진 ▲2020년까지 전기충전기 1,351.3천 기 설치를 목표로 충전소 설치 보조금 융자 ▲2014년까지 정류소에서 배터리 교환과 급속 충전하는 정류소 충전 시스템을 비롯해 주행 중 방전 등 돌발 상황 시 충전하는 이동식 긴급 충전 시스템 개발 등이다.
한편, 지식경제부는 올해 업무 계획에서 "지난해 소형 전기자동차 블루온 개발에 이어 올해에는 준중형급 전기자동차 개발에 착수하겠다"라면서, "이를 위해 2013년까지 총 600억 원을 들여 부품 개발을 지원하고 2014년부터 양산에 착수해 세계시장을 선도하겠다"라고 밝혔다. 또한, 그린카 로드맵을 발표할 때 "선진국 대비 기술 경쟁력을 갖춘 전기자동차에 대해 조기 경쟁력을 확보하고자, 대형 과제를 중심으로 중형급 전기자동차 부품 개발을 지원할 계획이다"라고 밝혔다. 모터 · 공조 · 차량 경량화 · 배터리 · 충전기 등이 여기에 속한다. 이를 위해 2015년까지 소형화 설계 기술을 개발해 출력 밀도를 3.2㎾/ℓ(현재 2.8㎾/ℓ)로, 모터 효율을 92%(현재 85%)로 높일 계획이다. 또한, 기존 내연기관 차와 다른 방식으로 운영하는 전기자동차용 냉난방 시스템 성능을 높이기 위해 히터와 펌프 등 부품을 개발하고, 차체와 편의 부품 최적 설계를 통해 중량 감소기술을 개발하고, 1회 충전 주행 거리를 140 → 200㎞로 늘리고 완속 충전 시간을 6시간에서 3시간으로 단축하기 위한 배터리를 개발하고, 저가 가정용 충전기 개발과 오랜 충전 시간을 극복하기 위한 완속 · 급속 충전기를 개발할 계획이다.

전기자동차 표준화 동향
전기자동차 표준화는 크게 차량 시스템, 모듈(배터리 등), 충전 시스템으로 구분해 진행 중이다. ▲차량 시스템 표준화 - 구동 성능, 안전성 평가, 전자파 영향 평가, 에너지 소비율 측정 등 ▲모듈 표준화 - 저장 장치 성능과 신뢰성 표준화, 에너지 저장팩 성능과 신뢰성 등 ▲충전 시스템 표준화 - 충전접속 기구, 충전소 설치와 운용, 충전 요금 등이다.
국제 표준화 기구인 ISO와 IEC 등은 전기자동차보급 핵심 요소인 전지와 충전 시스템을 중심으로 표준화를 진행 중이다. ISO는 전기 충격 안전, 전지시스템, 연비 측정, 차량과 그리드 간 통신 호환성 분야를, IEC는 전지와 충전 커넥터 등 전기 부품 분야 표준화를 담당한다. 전기자동차는 IT, 전기 · 전자, 기계, 화학 등 융합 산업과 국제 표준 개발도 ISO와 IEC 간 공동 작업반 형태로 진행 중이다.

현재 독일 · 미국 · 일본 등을 중심으로 국가적 차원에서 리튬 이온 전지 성능과 안전성, 충전 인터페이스, 통신 방식의 표준 선점을 위한 경쟁이 한창이다. 다임러 · 폴크스바겐 · 도요타 · 혼다 · GM 등 관련 업계는 고성능 배터리, 고효율 전력 모듈, 충전 시스템 핵심 기술 개발 등의 표준화를 동시에 추진 중이다.
미국은 충전 커넥터와 통신 방식 등에서 세계 표준을 선점하고자 사실상 국제 표준으로 통하는 자동차공학회(SAE) 표준으로 개발 중이다. 정부 지원을 바탕으로 업계와 연구소가 참여해 충전 인프라와 이차전지 표준 개발에 집중하고 있다. 독일은 프랑스와 국제 표준 개발에 합의하고 범국가적 차원으로 표준화를 추진 중이다. 또한, 전기자동차 국가 표준 15종을 제정해 차량 안전, 리튬 이차전지, 충전 커넥터, 통신 방식 등에서 국제 표준화(ISO)를 주도하고 있다. 일본은 전기자동차 충전 방식 기술을 국제 표준에 반영하고자 도요타와 도쿄전력 등 158개 기업이 모여 충전(Charge)과 주행(Move)를 합친 차데모(CHAdeMO) 협의회를 구성했다.
우리나라는 자동차부품연구원과 전기연구원이 참여해 전기자동차 기술 개발과 연계해 리튬 이차전지 표준화 기반을 구축하고, 전지 성능 · 안전성 평가 방법 등에서 국제 표준 제안을 추진 중이다.
또한, 지능형 전력망 실증 사업과 연계한 스마트 그리드 표준화 사업에 전기자동차 충전 인터페이스 표준화를 포함해 추진 중이다. 사업 주관 기관과 주요 내용을 보면 ▲한국스마트그리드협회 - 급속/완속 인렛 · 커넥터, 통신 방식 표준 개발(IEC 국제 표준 도입 추진에 맞춰 제주 실증단지 설치) ▲자동차부품연구원-완속 인렛 · 커넥터, 충전 스탠드 개발과 표준화(미국 SAE 단체 표준 도입) ▲한국전기연구원- 급속 인렛 · 커넥터, 충전기 개발과 표준화 ▲KEPCO(한국전력)- 급속 인렛 · 커넥터, 통신 방식과 충전기 개발(한전 자체 자금으로 현대차와 MOU 체결) 등이다.
우리나라는 전기자동차 산업 활성화 지원과 미국 · 일본 등 주요 국가들의 국제 표준화 움직임에 대응하고자 전기자동차 국가 표준화 로드맵을 수립하고, 표준 코디네이터를 도입해 차량 시스템 · 모듈 · 충전 시스템 3개 분야에서 표준 전략을 마련 중이다. 올해까지 전기자동차 양산 체제 구축을 목표로 지난해부터 충전 시스템 표준화를 추진해 왔다.
현재 한국스마트그리드협회에서 인렛 · 커넥터와 충전기 등 충전 인터페이스 표준화 작업을 총괄해 수행 중이다. 자동차부품연구원 · 한국전기연구원 · 한국전력 등이 개발한 충전 인터페이스 사양을 활용하고, 차량 시스템과 배터리 표준화는 로드맵에 따라 국가 표준화를 추진할 방침이다.

전기자동차 충전 인프라
정부에서 2030년 완료를 목표로 추진하는 스마트그리드 전략 산업 가운데 하나가 전기자동차 충전 인프라 구축이다. 지식경제부 스마트 그리드 태스크포스 팀장인 안응수 사무관은 "전기자동차 보급 대수에 맞춰 충전소를 올해에 시범 도시 200곳을 시작으로 2030년까지 2만 7000여 곳에 구축할 계획이다"라면서, "충전소는 공공 기관 · 대형 마트 · 주차장 · 주유소 등을 중심으로 구축하며, 초기 단계에는 정부에서 일부 구축비를 지원하겠다"라고 밝혔다.
지난해 10월 LS전선에서 한국환경공단의 국내 최초 고속 전기용 충전 인프라 구축을 완료했다. 이 사업은 이용자들이 자동차전용도로에서도 사용하는 고속 전기자동차(시속 60㎞ 이상)를 위해 공공장소에 충전 인프라를 조성하는 것으로, LS전선은 종합환경연구단지 외에도 GS칼텍스 주유소(삼성로점 · 88주유소), 롯데마트(잠실 월드점 · 구로점), 과천시청 등에 총 13대의 전기자동차 충전기를 설치했다(급속 충전기 6대, 준급속 충전기 1대, 완속충전기 6대). 이 준공으로 LS전선과 LS산전은 전기자동차 관련 시장에서 먼저 유리한 자리에 올라섰다는 평가를 받았다.

〈타임〉지誌, KAIST 온라인 전기자동차
2010년 최고 발명품 중 하나로 선정

KAIST 온라인 전기자동차가 세계의 주목을 받았다. 미국 유명 주간지〈타임Time〉지誌는 KAIST 온라인 전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)를 2010년 세계 최고 발명품 중 하나로 선정하고, 이 온라인 전기자동차는 수송 부문에서 버스를 비롯한 교통수단의 전기자동차 상용화를 앞당기는 녹색 기술로 소개했다. 다음은 기사 전문이다. "사진에 소개한 기차는 텔레비전 프로그램의 '소울 트레인'이 아니다. 서울에 있는 많은 버스는 전기를 이용해 달릴 날이 머지않은 것 같다. KAIST에서 도로에 매설한 전선에서 발생하는 자기장을 전력으로 전환해 무선으로 차량에 전송하는 전기자동차를 연구하고 있다. 서울 남쪽에 있는 과천 서울대공원에서 시운전한 온라인 전기자동차는 세계에서 유일한 무선 전기자동차다. 온라인 전기자동차 기술은(현재 시중에 나온 전기자동차의 배터리보다 더 작은) 1/5 크기, 1/3가격대의 배터리를 장착한 전기자동차 개발을 가능하게 만들 것이라고 KAIST 연구원들은 말했다."

한편, KEPCO는 1월 25일 미래 전기자동차 시대에 대비하고 전기자동차 조기 보급에 이바지하고자 서울 강남구 삼성동 본사에 충전소를 구축한 데 이어 최근 대전 전력연구원을 비롯한 고속도로 휴게소 6개소(이천, 음성, 오창휴게소 상 · 하행선)에 전기자동차 충전소 설치를 완료했다. 특히, 이천휴게소 등 6개소에 구축한 충전소는 국내 최초 고속도로 전기자동차 충전소라는 점에서 주목할 만하다.
KEPCO는 고속도로 휴게소 등 전기자동차 충전소에 총 12대의 충전기를 설치했다. 급속 충전기(50㎾)는 완전 충전에 약 25분 걸리고, 완속 충전기(7.7㎾)는 약 6시간 걸린다. 충전 요금은 스마트카드를 이용해 실시간으로 지불하는 시스템이다. 아울러, KEPCO는 1월 11일부터 서울 본사에서 중부고속도로를 통해 대전 전력연구원에 이르는 고속도로 시험주행(편도 164㎞)을 성공리에 마쳤으며, 충전소 시범 운영에도 성공적인 시험 결과를 얻었다.

KEPCO는 충전소에 설치한 충전기 운전 상태와 충전 정보 등을 실시간으로 원격 감시 · 제어하는 '충전소 운영 시스템'을 설치했으며, 이를 통해 충전소 간 거리와 충전 패턴 등을 분석해 충전 인프라성능을 개선하고 충전 솔루션도 최적화할 계획이다. KEPCO 관계자는 "이 사업을 통해 최적의 충전솔루션과 기술을 확보함으로써, 앞으로 전기자동차 저변 확대와 녹색 성장 견인에 선도적 역할을 다할 것이다"라고 말했다.

전기자동차 충전 시스템 표준화
지식경제부 기술표준원(원장 허 경)은 2월 16일 우리나라 완성 차와 부품업계의 전기자동차 양산을 위한 산업 환경이 조성 중인 가운데, 전기자동차 상용화와 보급 촉진의 핵심 요소인 '충전 시스템 표준화 및 안전 인증'에 대한 각계 의견을 수렴하고자 공청회를 개최했다.
공청회에서 발표한 충전 시스템 표준안은 지난 1년간 제주 스마트 그리드 실증사업에 현대기아자동차 · 르노삼성자동차 · LS전선 · 한국전력 등 산 · 학 · 연이 공동으로 참여해 개발한 결과물이다. 주요 내용은 완속 및 급속 충전 설비인 '충전기'의 전압과 전류, 전기적 안전성, 절연시험, 환경 시험, 충전 장치인 '충전커플러'의 형상, 감전 보호, 전자파 적합성 시험 방법 그리고 전기자동차 배터리 관리 시스템과 급속 충전기 사이의 통신 메시지 구성 방식 등이다. 또한, 전기자동차 충전 설비의 안전성을 위해 충전기 및 충전 커플러의 안전인증제도 구축을 위해〈전기용품 안전관리법〉등 관련법을 개정하는 방안도 함께 검토했다.
기술표준원은 "전기자동차 표준화 추진협의회와 올해 상반기에 시행할 '표준 코디네이터'를 중심으로, 우선 충전 인프라 구축에 시급히 필요한 국가 표준을 확정하고 배터리 표준화 · 에너지 소비율 측정방법 표준화 등을 단계별로 추진해 나갈 계획이다"라면서, "충전시스템 국가표준(안)은 공청회를 통해 의견을 수렴하고 예고 고시를 거쳐 빠르면 올해 상반기에 국가 표준으로 확정할 예정이다"라고 밝혔다.
우리나라는 그동안 학회와 협회를 중심으로 전기자동차 표준화를 추진함으로써 산업계 의견을 제대로 반영하지 못해 산업계의 참여가 저조했다. 이에 따라 완성 차 업계와 부품 업계 간 표준화 공동 개발 노력과 함께 표준화의 중요성에 대한 인식을 높여 국제 표준화와 국가 표준화를 선도하는 활동이 필요하다는 주장이 나왔다. 이를 통해 충전 통신 기술과 배터리 분야 등 우리나라가 우위를 확보한 기술에 대해 국제 표준화를 선점해 전기자동차 산업을 선도하자는 것이다.

정리 윤홍로 기자