Smart Sensor Symposium
그린카 전장화 확대…센서 시장 2017년 286억 달러
서호철 세종공업 이사
수소연료전지자동차용 센서 소개
정리 임근난 기자(fa@hellot.net)
스마트카/그린카용 센서시장 분석에 따르면, 그린카 차량 전장화로 인해 전자제어시스템 핵심부품인 센서 시장은 2012년 204억 달러에서 2017년 286억 달러로 확대될 전망이다. 차량용 센서시장 확대와 자동차 패러다임 변화에 따른 연료전지자동차 등장은 침체된 국내 센서시장에도 활력을 불어넣어 줄 절호의 기회가 될 수 있을 것으로 예상된다. 여기서는 연료전지자동차 센서류 적용 현황과 전망을 알아본다.
개요
수소연료전지자동차는 연료인 수소가스와 대기 중의 공기가 연료전지 스택으로 공급되어 화학반응으로 생성된 전기에너지를 동력원으로 사용하는 자동차를 일컬으며, 크게 스택, 운전장치, 수소탱크, 제어기, 모터 및 감속기, 배터리로 구분된다.
내연기관 차량 이후 차세대 친환경 차량으로 주목받고 있는 수소연료전지자동차(FCEV)는 2013년 국내 완성차 업체의 세계 최초 양산을 시작으로 해외 완성차 업체들도 속속히 양산과 개발 계획을 발표하고 있다.
대부분 글로벌 완성차 업체는 2020년 기점으로 본격적인 수소연료전지자동차 양산 체제를 구축할 것임으로 머지않아 자동차 패러다임의 변화가 올 것으로 예상된다.
센서류 적용 현황
자동차의 전장화 및 스마트카 시장의 확대로 인해 차량용 센서 기술의 중요성은 점점 더 커지고 있는 상황이다. 수소연료전지자동차 역시 기존 내연기관 차량에 장착되는 안전 및 편의용 센서류 외에 수소가스 모니터링을 위한 수소 및 압력센서 등 신규 센서들이 적용되고 있다.
세종공업에서는 연료전지자동차용 센서로 수소누설검지센서, 수소가스용 저압/중압센서, 냉각수 온도/압력센서, 응축수 레벨센서 등을 개발과 생산하고 있다.
수소누설검지센서는 연료전지차량에 총 4개소(스택, 수소공급장치, 수소탱크, 실내)에 장착되어 차량 내 수소 누출 발생 시 빠른 검지를 통해 운전자의 안전을 확보하는 역할을 한다. 센서의 검지 원리는 접촉연소식으로써 수소와 산소의 산화 반응에서 발생한 산화열에 의한 센서의 저항 변화를 전기적 신호로 환산한다. 센서에 구성된 히터와 촉매는 고온 분위기 유지 및 수소분자를 분리하여 원활한 산화 반응이 일어나도록 한다.
수소가스 압력센서의 용도는 연료전지 차량 수소 공급 라인의 압력을 모니터링하는 기능을 한다. 수소 공급 라인 압력 모니터링을 통해 시스템 운전 조건 제어완 안정성을 확보할 수 있다.
압력센서는 20bar 범위의 중압용, 1bar 범위의 저압용으로 적용되고 있으며, 각각의 레귤레이터와 수소 공급 장치에 적용되고 있다.
냉각수 온도압력센서의 용도는 연료전지 차량 열 물 관리 시스템 내부 냉각수 온도와 압력을 측정하는 기능을 한다. 냉각수 온도압력센서의 신호를 통해 냉각수 펌프 운전 제어가 가능하다. 또한, 온도와 압력센서는 하나의 패키지에 일체화하여 원가 및 중량 저감이 가능한 장점이 있다.
레벨 센서는 수소연료전지자동차의 스택 수소극 물 배출 시스템에서 워터트랩(차량에서 발생되는 응축수를 모으는 장치) 응축수의 수위 레벨을 측정하는 센서이다. 비접촉식의 정전 용량형 방식을 채택하여 정확하고 내구성이 높은 것이 장점이다.
세종공업 주요 생산품인 배기시스템에 장착되는 배기계 센서류는 부품 국산화를 위해 끊임없는 연구개발을 기울이고 있다.
배기가스 중의 질소산화물 농도를 측정 및 모니터링하는 NOx 센서는 향후 유로 6배기 규제의 대응을 위한 배기시스템의 핵심부품으로써 기존 상용품 대비 검지 원리 단순화에 따른 검지 성능 우수 및 원가 경쟁력을 확보했다.
그리고 배기관 내부의 온도를 측정하여 엔진 제어와 모니터링을 보조하는 온도센서, DPF 입출력 포트의 차압을 측정하여 DPF의 필터파손 방지 및 재생 제어 역할을 하는 차압센서는 현재 시제품 제작과 공인기관을 통한 신뢰성 확보를 완료한 상태이다.
향후 전망
스마트카/그린카용 센서시장 분석에 따르면, 친환경/그린카 차량 전장화로 인해 차량 전장부품 비율은 2013년 35%에서 2020년 약 50% 이상까지 증가할 것으로 예상되고 있다. 또한 전자제어시스템 핵심부품인 센서 시장 역시 2012년 204억 달러에서 2017년 286억 달러로 확대될 것으로 보고되고 있다.
이와 같이 차량용 센서시장 확대 및 자동차 패러다임 변화에 따른 연료전지자동차 등장은 침체된 국내 센서시장에 활력을 불어넣어 줄 절호의 기회가 될 수 있다.
결론
그린카 시장 확대 및 차량 전장화 추세에 따라 첨단 센서에 대한 요구가 증가되고 연료전지자동차 적용을 위한 수소 연료에 대한 전용센서의 필요성도 대두하고 있으나 현재 국내 센서 시장은 해외 소수 센서전문업체에 의해 독과점 되어 있다.
국내 자동차용 센서 시장 규모는 10억 달러에 이르나 국내 업체 점유율은 23%에 그치고 있다. 국내 센서 산업 활성화를 위한 방안 마련이 시급한 실정이다.
이를 위해서는 센서 원천기술 확대 업체에 대해 개발비 지원, 세제 혜택, 인프라 및 인력 지원 등 정부의 적극적인 인센티브 지원이 필요하다.
