“그린카 경쟁력 90%는 부품에서 나온다”

배터리, 구동장치, 급속충전기 등 핵심 부품 개발 상용화 단계

전기차 관련 부품중 핵심은 연료와 구동장치다. 연료관련 배터리 기술은 리튬 폴리머 전지. SK, LG, 애경 등 대규모 기업들이 참여 개발에 적극 나서고 있다.

국내 최대 개별반도체 업체인 KEC는 전기자동차용 Power반도체 부품의 시장 확대를 위해 기존의 모터 구동용 Power모듈뿐만 아니라 전기자동차 및 전기스쿠터에 적용되는 BMS 전용 Power모듈 개발에 성공했다고 밝혔다.

전기자동차용 Power부품은 크게 모터구동(PCU: Power Control Unit) 및 배터리 보호장치(BMS: Battery Management System), 그리고 급속 충전기(High Speed Battery Charger)의 3가지 부분에 사용되는데, 이번 개발 완료되는 Power모듈은 BMS 부분에 속한 고효율 모듈로, 기존 개별 반도체 소자를 사용한 BMS SET 보다 열적인 특성이 우수하고 BMS 전체의 크기를 소형화 가능한 특징을 가지고 있다.

현재 BMS를 생산하는 고객사에 평가 및 승인이 완료되어 양산준비단계에 있으며 향후 해당부문 매출확대에 기여할 것으로 예상된다. 는 정부의 친환경 녹색 성장산업 육성정책에 힘입어 급성장하고 있는 전기차시장에 핵심부품인 Power모듈의 공급 및 LINE UP 확대를 통하여 2015년에는 동 사업부문에서 약 800억원 규모의 매출을 목표로 하고 있으며, 향후 이러한 Power반도체 부문의 사업강화를 통해 사업의 새로운 성장동력으로서 적극적으로 추진해 나간다는 방침이다.

배터리관리시스템(BMS) 시장, SK와 KEC 격돌C&C도 전기자동차 배터리 부품 사업에 진출했다. SK C&C는 사업 진출이 성공적으로 이뤄지게 되면 스마트 그리드 사업과 연계, 새로운 신성장 동력으로 자리매김 할 수도 있을 전망이다.C&C는 지난해 말 SK이노베이션과 전기자동차 배터리관리시스템(BMS) 공급에 대한 양해각서(MOU)를 체결한 데 이어 주주총회를 통해 사업목적에 `전기, 전자, 정보통신 소재, 부품 및 제품의 생산, 판매, 유통업'을 추가했다.

회사가 추진 중인 BMS는 전기차 부품의 핵심인 2차 전지에 공급되는 인공지능제어시스템으로 실시간 2차 전지의 전류ㆍ전압ㆍ온도 등을 측정해 에너지의 충ㆍ방전 상태와 잔여량을 모니터링 하는 시스템이다. 또 열에 의한 폭발에 대해 제어할 수 있는 기능도 갖고 있다.

현재 SK C&C는 BMS 부품 개발을 위해 SK이노베이션과 별도로 60억원을 투입해 연구개발을 하고 있다. 따라서 향후 SK이노베이션이 리튬이온 배터리를 공급하게 될 메르세데스 벤츠의 첫 전기 슈퍼카에 SK C&C의 BMS 부품이 공급될 것으로 예상된다.C&C의 BMS 부품은 설계 및 디자인은 자체 수행하고, 생산은 아웃소싱을 통해 진행하는 방안을 검토하고 있다. 이후 공급은 100% SK이노베이션을 통해 추진할 계획이다. 따라서 생산 계획 및 출시 시점도 SK이노베이션의 배터리 공급 계획에 맞물려 마련될 전망이다.C&C 한 관계자는 “현재 전기자동차 판매 가격 중 40~50%가 배터리 가격"이라며 “배터리가 전기차의 핵심 부품인 만큼 향후 전기차 시장이 활성화되면 BMS 시장은 상당히 커질 것"이라고 설명했다.

관련업계는 BMS 시장규모가 오는 2015년 5조원, 2020년에는 35조원 규모에 이를 것으로 추산하고 있다. SK C&C가 적극적으로 BMS 시장 진출을 추진하는 것도 아직 활성화되지 않은 시장을 조기 선점하겠다는 것으로 해석되고 있다.

애경유화, 전자부품연구원과 함께 전지 개발 에너지가 LiBS(2차전지분리막)에 이어 애경유화와 손잡고 음극소재 개발에 나서는 등 전기차용 배터리 핵심소재 국산화에 박차를 가하고 있다. 에너지는 애경유화에서 개발 중인 음극소재를 전기차용 배터리에 적용해 상용화 테스트를 진행하는 등 양사간 공동 연구 체계를 구축해 전기차용 배터리의 핵심 소재인 음극소재의 국산화에 나선다는 방침이다.

음극재는 양극재・분리막・전해액과 함께 2차전지의 4대 핵심 소재로, 전기차용 배터리의 음극재는 주로 흑연물질과 하드카본을 혼합해 생산된다. 이 중 하드카본은 기술 장벽이 높아 일본 업체만이 유일하게 생산 중인 음극재 내에서도 핵심 소재로, 이번 MOU를 통해 SK에너지와 애경유화는 하드카본 개발에 협력할 예정이다. 에너지 관계자는 “애경유화가 개발 중인 음극소재(하드카본)를 적용한 전기차용 배터리 성능 테스트 결과가 수입산 소재를 사용한 경우와 비교해 동등 이상으로 나타나, 앞으로 양사가 개발에 협력할 경우 음극소재 상업화에 자신한다”며, “전기차용 배터리 소재의 수입 의존도를 크게 낮춤은 물론 배터리의 원가경쟁력 제고에도 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

지난 2005년 국내 최초로 2차전지 분리막(LiBS) 기술 상용화에 성공, 리튬이온 배터리 소재 국산화에 나선 SK에너지는 이번 협력을 통해 배터리의 국산화율을 한층 높인다는 계획이다.

한편, SK에너지는 2009년 말 미쓰비시후소社 하이브리드상용차의 배터리공급업체로 선정된 데 이어, 올해 현대차의 국내 첫 순수고속전기차인 ‘블루온’의 배터리 공급업체로 선정된 바 있다. 나아가 2012년 완공을 목표로 서산일반산업단지 내에 전기차용 배터리 공장 신설에 나서고 있다. 그룹이 지식경제부 산하 국책 연구기관인 전자부품연구원(KETI)과 손잡고 차세대 에너지저장 분야의 공동기술 개발에 나섰다. 와 연구원은 앞으로 인력 기술 교류 등을 통해 전기차, 모바일 기기 등에 쓰이는 차세대 2차전지와 전력저장용 2차전지 분야의 차세대 기술확보를 위해 협력할 예정이다.

이를 위해 SK는 연구원의 전지분야 전문가들과 함께 글로벌 네트워크 등을 활용해 2차전지 관련 유망기술을 선정하고, 자체 기술개발에 나선다는 계획이다.

이와 관련, SK는 지난 2004년 국내 최초이자 세계에서 세 번째로 2차전지의 핵심소재인 LiBS(분리막) 제조 기술을 독자 개발하는 데 성공해, 2005년부터 상용화했다. 는 2차전지 분야의 기술력을 인정받아 현대기아자동차그룹 첫 순수 고속 전기차로 개발중인 신차 ‘i10’ 기반의 양산 모델 및 차기 모델의 배터리 공급업체로 공식 선정된 상태다.

지난 7월에는 충청남도 및 서산시와 양해각서를 맺고 2012년까지 서산산업단지 내 23만km2의 터에 일반 하이브리드 자동차 약 500만대에 공급할 수 있는 500MWh 규모의 전기차 배터리 생산라인을 건설하기로 했다.

한편, SK그룹은 전기자동차용 배터리 외에도 그린콜(저공해석탄에너지), 그린폴(이산화탄소 플라스틱), 바이오 연료, 수소에너지, 스마트그리드 등 다양한 미래 에너지 기술개발을 주도하고 있다.

화학, 미국 포드사에 리튬 2차 전기 공급 화학이 미국 포드에 공급할 고속전기차(EV)용 리튬 대용량 2차전지 생산체계를 이르면 6월 본격 가동한다. 공급물량은 10만대 수준이며 2차전지 성능은 GM 볼트에 공급한 제품보다 진화한 것으로 전해졌다.화학은 오는 6월부터 충북 오창 2차전지 공장에서 포드의 첫 양산 전기차인 ‘포드 포커스 EV’용 2차전지 생산라인을 가동한다.

포커스 EV는 한 번 충전으로 최장 160km를 주행할 수 있고 최고 속도는 136km/h 수준이며 충전시간이 3~4시간으로 여타 상용 전기차보다 빠르다. 그동안 구체적인 계약규모와 양산시기 등은 알려지지 않았다.화학과 포드의 계약물량은 10만대 수준으로 이 회사가 GM 쉐보레 볼트와 계약한 25만대 분량보다 다소 적지만 배터리 용량은 볼트에 공급한 제품을 능가하는 수준으로 알려졌다. 이는 포커스EV와 쉐보레 볼트 모두 EV를 지향하지만 구동방식에서는 다소 차이가 있기 때문으로 분석된다.

쉐보레 볼트는 처음 56km까지는 리튬-이온 배터리에 의해 전기로만 구동하지만 이후에는 가솔린엔진 충전 시스템이 가동해 발생한 전기로 움직인다. 반면에 포커스 EV는 내연기관을 없애고 순수하게 2차전지로만 구동해 보다 대용량・고성능의 배터리가 필요하다.화학은 대용량 2차전지 부문에서 GM에 이어 제품 생산도 본격화함에 따라 삼성SDI, SK이노베이션 등 후발주자와 격차를 벌린다는 전략이다.

포드는 내년 국내에도 포커스EV를 출시할 것으로 알려져 고유가에도 불구하고 국내 시장에서 외면받고 있는 전기차 시장의 활성화를 이끌지 기대된다. 전 세계 전기차 시장 규모는 오는 2015년까지 80만대로 늘어날 전망이다.

삼성SDI와 세계 최대 자동차부품업체 독일 보슈의 합작회사인 SB리모티브는 미국 크라이슬러에 전기차용 리튬이온 배터리 팩을 공급하기로 했다. 리모티브가 전기차용 배터리를 미국에 공급하는 것은 처음이다. 이로써 SB리모티브, LG화학 등 우리나라 업체들은 GM, 포드 등에 이어 크라이슬러까지 미국 3대 자동차회사 모두에 전기차용 배터리를 공급하게 된 셈이다. SB리모티브가 공급할 리튬이온 배터리 팩은 크라이슬러의 순수 전기차 모델인 ‘피아트 500EV’에 장착된다. 피아트 500EV는 이탈리아 자동차 회사 피아트의 인기 차종인 ‘피아트 500’의 전기차 모델로 2012년부터 미국 시장에서 판매될 예정이다.

배터리 셀은 울산에 새로 건설된 SB리모티브의 전기차용 배터리 생산 라인에서 제조된다. 셀과 배터리 제어시스템(BMS), 냉각시스템, 안전장치 등으로 구성된 배터리 팩은 미국 오하이오에 있는 SB리모티브의 자회사 코바시스에서 조립・생산돼 크라이슬러에 공급된다. 리모티브는 지난해 유럽의 BMW와 세계적인 자동차 전장업체인 델파이에 각각 전기차용 배터리와 하이브리드 상용차용 배터리 공급 계약을 수주한 바 있다. 올해 3월에는 국내 오토바이 전문업체인 S&T모터스에 전기이륜차 100만 대분의 리튬이온 배터리를 공급하기로 했다.

삼성SDI 관계자는 “SB리모티브의 전기차용 배터리 시장 진입이 다른 업체에 비해 3년 정도 늦었지만 BMW, 델파이, 크라이슬러 등과 잇따라 공급 계약을 맺으면서 높은 기술력을 인정받고 있다.”고 말했다. 2차전지 전문 시장조사 기관인 IIT에 따르면 세계 전기차 시장 규모는 2012년 49만대, 2015년 150만대, 2020년에는 340만대로 급성장할 것으로 전망됐다.

‘연료전지 자동차’ 특허출원 동향

운전장치 관련 특허출원 5년간 8% 증가

점점 엄격해지는 세계 각국의 환경 규제에 대응하고 석유 고갈에 대비한 자동차 업체들의 그린카 개발 경쟁이 가속화되고 있다. 그린카는 유해가스와 이산화탄소를 발생시키지 않거나 발생량이 적은 차량으로 일반적으로 연료전지 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등을 들 수 있다.

연료전지 자동차의 경쟁자인 전기자동차는 엄밀한 의미에서 무공해차로 분류하기는 어렵다. 왜냐하면, 주행 시 배기가스를 배출하지는 않지만 화력발전으로 전기를 생산한다면 화석 연료를 사용하기 때문이다. 따라서 도시의 공기는 깨끗해지지만 지구 전체로 볼 때는 오염원의 위치가 달라질 뿐이기 때문이다.

기존의 화력발전 시스템은 연료를 연소시켜 발생한 열로 스팀을 만든 후, 그 스팀으로 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 그러나 연료전지는 연료의 화학에너지를 전기에너지로 직접 바꾸기 때문에 에너지 변환 단계가 줄어 효율이 높다. 따라서 자동차용 외에 선박용, 가정용 및 발전용으로 그 적용범위가 확대되고 있다.

연료전지 자동차는 수소를 연료로 사용하는데 아직은 수소 저장 및 운반 기술이 미흡하고, 충전소도 많지 않아서 상용화되지 못하고 있다. 그러나 연구는 활발하게 이루어지고 있어, 연구개발의 척도를 나타내는 특허출원 건수를 보면, 연료전지 자동차 중 핵심기술이라 할 수 있는 운전장치에 관련된 특허출원은 2000년 이후 꾸준히 증가하여 최근 5년간(2003~2008년)에는 연평균 8%의 증가율을 나타냈다.

특허청 관계자는 지난 2009년, 전 세계 자동차 업계가 2015년부터 연료전지 자동차를 일반 수요자들에게 보급한다는 공동선언문을 발표한 바 있어 연료전지 자동차에 관한 특허출원은 앞으로도 꾸준히 증가할 것이라고 전망하였다.

한편, 서울시에서는 얼마 전 개최된 G20 정상회의에 참가한 내・외신 기자들에게 국내 업체가 만든 연료전지 자동차를 취재용으로 제공하여 연료전지 자동차 시대가 성큼 다가왔음을 느끼게 해준 바가 있다.

전기차 충전시스템 어떻게 준비하나

한국전기연구원 전기기기평가본부는 충전스탠드, 충전장치, 통신프로토콜 관계회사 등 업계 관계자를 대상으로 ‘전기자동차 충전시스템 기술세미나’를 열었다.

이번 세미나는 전기자동차용 충전시스템 관련 전자기적합성(EMC), IEC 60529 IP 보호등급, 절연재료 성능평가 및 통신프로토콜 기술교육을 통해 충전시스템 관련 기업체의 기술경쟁력 향상을 도모하기 위한 것.

이날 세미나에서는 △접촉식 충전시스템 EMC 성능평가 기술(김언석 박사) △전기자동차 EMC 표준(안) 해설(안건현 기술원) △IEC 60529 IP 보호등급 성능평가 해설(김용성 기술원) △충전시스템 및 케이블 절연재료 성능평가(심대섭 박사) △전기자동차 급속충전장치 통신프로토콜 - 연구결과 발표(김종수 박사) △전기자동차 급속충전장치 통신프로토콜 - IEC 및 SG협회[BMS 시뮬레이터 시연](임성정 박사) 등의 내용이 발표될 예정이며, 질의응답 시간이 별도로 마련됐다.

한편, KERI는 최근 가장 각광받고 있는 전기자동차의 대중화를 위해서는 전기자동차 자체의 개발 외에 전기차를 국민 누구나 편리하게 이용할 수 있는 인프라를 어떻게 구축하는가가 중요하다는 점에 주목, 전기자동차용 한국형 급속충전시스템을 개발하고 관련 전기추진시스템을 연구하는 한편, 배터리 및 BMS(Battery Management System) 기술 개발, 전기차의 보급에 필요한 충전 인프라 구축 방안과 표준안을 마련하는 것을 목표로 하는 연구를 수행하고 있다.

또한 지난 6월 말부터 연구소 본원이 위치한 통합 창원시 및 반경 30㎞의 경남지역 시군구에 전기자동차용 충전 인프라를 설치하고 전기트럭, 전기승용차 등을 실생활에 활용하면서 보급과 확산을 위한 개선점을 찾아내는 것을 목표로 8개 협력업체와 공동으로 추진하는 ‘스마트그리드 연계 전기자동차 모니터링 기술사업’을 추진하고 있다.

이는 운전자 입장에서 전기차의 운행환경을 종합적으로 평가하는 국내 최초의 시범사업으로 현재 일본 자동차업체가 주도권을 쥐고 대부분의 친환경차 시장을 점유하고 있는 상황에서 국내 전기자동차 산업과 배터리 산업, 충전인프라 산업을 적극 지원하고 육성할 수 있는 근간을 마련할 수 있는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.