[전기자동차 시장 궤도에 오르다] 현대기아의 전기자동차 개발 사례


전기차 보급 확대의 장애 요인인 높은 가격은 차량 및 배터리 메이커 간의 경쟁 체제가 본격화하고 있어 머지않은 시간 안에 해결될 것으로 보인다. 그러나 전기차는 차량만 잘 개발된다고 보급되는 것은 아니다. 충전 인프라가 구축돼야 하며 전기차의 특성을 고려하고 시장을 확대할 수 있는 비즈니스 모델의 개발이 병행되어야 하기 때문이다.

김철수 책임연구원
현대 환경기술기획지원팀


금년(2013년 9월 12일~22일) 프랑크푸르트 모터쇼에는 다수의 전기차와 플러그인 하이브리드가 출품됐다. 2009년 프랑크푸르트 모터쇼에서 갑자기 거의 전 메이커가 전기차를 들고 나온 후 몇 년간 전기차 개발 붐이 있었지만 이후 몇 년간은 다소간 침체 분위기였던 터라 이번 모토쇼에 출품된 전기차 모델들은 주요 언론의 관심 대상이 됐다.
이미 테슬러 S 전기차의 성공으로 전기차 개발이 탄력을 받고 있는 데다 이번 전시회에 출품된 모델들이 대량 양산을 목표로 하고 있다는 점에서 전기차 보급이 다시 속도를 내는 것 아니냐는 기대를 갖게 했다.
사실 선진국에서는 점점 심각해지고 있는 에너지 문제와 지구온난화 문제를 해결하기 위해 이산화탄소 또는 연비 규제를 강화하고 있는데, 유럽의 경우 2020년 평균 이산화탄소 배출목표가 95 g/km이며 미국은 2025년 54.5mpg의 연비 목표를 가지고 있으며 캘리포니아는 ZEV 법규를 통해 전기차의 의무 판매를 명시하고 있다.
이 규제치들을 만족하려면 내연기관 차량만으로는 안 되며 전기차의 도입은 당연한 것으로 여겨지고 있다. 이 점은 모든 메이커와 마찬가지로 현대기아도 예외는 아니다.


현대기아 전기차 개발 동향

현대·기아차는 2009년 비상경제대책회의를 통해 전기차 개발과 보급에 참여키로 결정하고 블루온 전기차 개발에 착수했다.
블루온 전기차 개발은 2단계로 나누어 진행됐는데, 1단계로 30대를 제작하여 2010년 9월부터 2년간 시범 운행을 하고 2단계로 2011년부터 시범 양산하여 정부 및 공공기관에 판매됐다. 블루온 전기차는 개발 착수부터 양산까지 매우 짧은 기간인 2년 만에 개발됐다. 하지만 모터, 인버터, 배터리 등 주요 부품이 모두 국내 부품 업체에 의해 개발됐고 한전과의 협력으로 충전 인프라와 표준화 개발도 병행됐다. 또 전기차에 대한 불안감을 해소하기 위해 4중 안전장치를 갖는 배터리 시스템을 개발하는 등 안전성을 확보하는 데 주력했다. 블루온 전기차는 개발 기간이 짧았음에도 불구하고 국산화를 통한 부품 경쟁력과 경쟁사 대비 우월한 성능을 확보하는 데 성공했다.
기아 레이 전기차는 블루온 전기차가 별도 간이 라인에서 생산된 것과 달리 대량 양산에 적합한 플랫폼 개발을 통해 양산 라인에서 혼류 방식으로 생산된 국내 최초의 전기차이다.



레이 전기차는 블루온에서 개발된 국산 부품들이 더욱 업그레이드돼 장착됐으며 대량 양산에 적합하게 설계됐다. 2011년 말 출시된 레이 전기차는 현재까지 739대가 보급됐다. 초기 판매 가격은 정부와 협의하여 4,500만원으로 결정됐으나 최근 경쟁이 치열해지면서 3,500만원으로 파격적인 가격 인하가 이루어졌다. 제주도의 경우에는 국가 보조금 1,500만원과 제주도 지자체 보조금 800만원을 고려하면 일반 차량 가격과 비슷한 1,200만원에 구매할 수 있다. 보급 대상은 블루온 전기차의 경우에는 관공서와 공공기관에 250대 전량이 판매됐으나 레이 전기차는 관공서, 공공기관 이외에 카쉐어링 업체에도 판매, 판매 범위가 확대됐다. 제주도에서는 소량이지만 민간에게까지도 판매가 예정되어 있고 환경부에서는 내년에 시범 도시를 중심으로 민간 보급을 확대해 나가겠다는 계획을 밝히고 있어 국내 전기차 보급 확대가 기대되고 있다.
현대기아차는 본격적인 전기차 시대에 대비하여 내년 4월 준중형 전기차를 출시할 예정이다. 정부 과제로 43개 국내 부품 업체와 국가 연구소가 협력하여 차세대 전기차를 준비해 왔는데 곧 그 결실을 보게 되는 것이다. 출시 준비 중인 차세대 전기차는 그간 아쉬움이 있었던 일충전 주행 거리를 200km 이상으로 대폭 개선하고 히트펌프를 채택하여 겨울철 난방으로 인한 주행 거리 감소를 대폭 개선할 예정이다.
모터는 효율 좋은 영구자석형 동기 모터로 교체하여 개발됐고 리튬 배터리는 셀 에너지 밀도가 현재 최고 수준인 200Wh/kg을 자랑한다. 충전 시간을 단축하기 위해 6.6kW급 탑재형 충전기와 100kW급 급속 충전기도 개발되고 있다. 이 차량은 국내뿐 아니라 북미, 유럽에도 수출할 예정인데 본격적인 전기차 개발 경쟁에 있어서 당사를 선두 그룹에 올려놓을 것으로 확신하고 있다.


전기차 부품 개발 동향

앞에서도 언급했듯이 국내 전기차 관련 부품은 거의 국산화돼 있다. 이 중 전기차의 핵심 부품인 리튬 배터리는 국내 메이커가 매우 강세를 나타내고 있다. 이들 업체가 개발한 리튬 배터리는 두 종류인데, LG화학과 SK이노베이션은 파우치 타입을, 삼성SDI는 캔 타입을 선호하고 있다. 파우치 타입은 안전성 측면에서, 캔 타입은 양산성 측면에서 강점을 가지고 있고 에너지 밀도, 내구성 등 성능 측면에서도 각각 장단점이 있어 어느 한 쪽 기술이 일방적으로 우세하다고 말할 수는 없다.



전기차 배터리에서 가장 중요한 성능인 에너지 밀도와 내구성은 최근 200Wh/kg과 3000∼4000사이클 정도의 수준까지 확보돼 있다. 또 전기차 활성화의 가장 큰 걸림돌로 지목된 가격은 2020년까지 kWh당 300$을 예상했으나 최근 배터리 업체들의 극심한 경쟁 속에 예상보다 훨씬 빠른 속도로 내려가고 있다.
향후 배터리 기술 개발 방향은 현재의 리튬이온 배터리의 에너지 밀도를 300~350Wh/kg까지 높이고 내구 수명은 더욱 증대시키는 것이 될 것이다. 이들 목표가 달성된다면 당분간은 국내 업체의 글로벌 경쟁력은 지속될 것으로 보인다.
국내 전기차 모터는 산업용 모터 공급 업체인 효성, 하이젠, 현대중공업이 전기차용 유도전동기를 개발해 공급하고 있다. 이 중 효성 유도전동기는 블루온 전기차와 레이 전기차에 탑재됐다. 그러나 향후 전기차용 모터는 희토류 자석을 이용한 영구자석형 동기 모터가 효율 및 출력 밀도가 높아 선호될 것으로 보이며 희토류 가격 문제를 극복하기 위한 노력이 지속될 것으로 보인다.



국내 충전기는 PNE솔루션, 효성, 시스넷, LS전선, 코바디스 등 10여 개 업체가 경쟁하고 있다. 급속 충전기의 경우에는 일본과 동일하게 차데모(CHAdeMO) 타입의 50kW급이 개발됐고 완속 충전기의 경우에는 7.7kW급으로 통일해 공급되고 있다. 충전 인터페이스는 급속은 유라, 완속은 경신이 국제 표준에 따라 개발해 공급 중에 있다. 그러나 급속의 경우 최근 독일과 미국 업체가 제기한 콤보 타입이 국제 표준화를 주도하면서 국내도 이에 대한 검토가 신중하게 이루어지고 있다.


보급 확대를 위해

전기차 보급 확대의 장애 요인인 높은 가격은 차량 및 배터리 메이커 간의 경쟁 체제가 본격화하고 있어 머지않은 시간 안에 해결될 것으로 보인다. 그러나 전기차는 차량만 잘 개발된다고 보급되는 것은 아니다. 충전 인프라가 구축돼야 하며 전기차의 특성을 고려하고 시장을 확대할 수 있는 비즈니스 모델의 개발이 병행되어야 하기 때문이다.
충전 인프라는 가장 경제적으로 구축되는 방안을 찾아야 한다. 그렇지 않으면 높은 인프라 구축 비용이 보급 확대를 저해하는 요인으로 작용할 수 있기 때문이다. 또 설치하는 것 못지않게 효율적인 유지관리와 전기차 충전 정보 서비스가 중요하므로 충전 인프라 운영 시스템의 구축이 필요하다. 충전 인프라 운영 시스템은 궁극적으로 전국망으로 구축돼야 하므로 정부 주도하에 민관이 협력하여 체계적으로 설치, 운영돼야 할 것이다.
금년 서울시에서 전기차 비즈니스 모델의 첫 번째 시도로 카쉐어링 사업이 시작됐다. 또 제주도에서는 처음으로 민간에게 보급하는 사업을 전개했다. 처음 시도하는 것이라 여러 가지 문제점이 있지만 이러한 사업을 통해 많은 사람들에게 전기차를 쉽게 직접 체험할 수 있는 기회를 제공하며 사업 진행 과정에서 발생하는 법적, 제도적 장애 요인을 찾아 해결해 나가야만 전기차의 본격적인 시장 확대가 이루어질 것이다.
또 전기차 보급은 스스로 창출할 수 있는 구조를 갖출 수 있도록 유도돼야 하며 새로운 사업 아이디어가 빛을 볼 수 있는 토양을 갖추어 나가야 우리의 미래의 가치를 실현시킬 수 있다고 생각된다.