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[오토저널] 전기자동차와 표준화, 어디로 가고 있나

글로벌오토뉴스 조회 수1,106 등록일 2019.12.16
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GM은 최근 북미공장을 폐쇄한다고 발표하였다. 메리바라가 CEO로 취임한 이후 강력한 구조조정을 계속 진행시키고 있다. 북미 5개 공장의 폐쇄로 얻어지는 60억달러 자금으로 전기자동차와 자율주행차에 투자한다는 것이 명분이다. 2009년부터 시작된 전기자동차의 재등장과 AI 혁명의 일부분인 자율주행 기술의 진보는 공유경제의 출현과 함께 자동차산업 전반을 흔들고 있다. GM은 이러한 변화에 능동적으로 대응하기 위한 노력을 하고 있다고 시장은 긍정적으로 평가하고 있다.

전기자동차는 2009년 재등장 이후 필자도 놀라울 정도로 발전해 가고 있다. 사실 2009년 아이미브가 출시되었을 때만해도 전기자동차 가격과 일충전주행거리에 대한 회의가 대다수 전문가들에게 있었다. 2010년 초기에 탑재된 리튬 배터리의 가격이 꽤 높았기 때문일 것이다. 그러나 필자는 전기자동차의 확산에 대하여 긍정적인 평가를 하고 있었는데 그 이유는 리튬 배터리가 여전히 발전할 수 있는 포텐셜을 가지고 있었고 2000년경에 비해 또 달라진 점은 하이브리드 자동차의 확산으로 모터, 인버터 등의 전기동력 부품의 기술과 가격이 감당할 수 있는 수준에 이미 도달해 있었기 때문이다.

2009년 이후 약 10년이 지나는 시점에서 전세계 전기자동차 시장은 하이브리드 자동차 시장을 이미 넘어서고 있다. 연평균 40~50%의 놀라운 성장을 계속하고 있다. 2014년 기아자동차의 소울 전기자동차가 나왔을 때 리튬 배터리의 에너지 밀도는 200Wh/kg을 달성하고 있었다. 당시 이 목표도 달성하기 쉽지 않다고 생각되었지만 짧은 시간에 목표를 무난히 달성하여 국내 배터리 업체의 능력을 입증하였다. 소울 전기자동차의 환경부 공인 일충전주행거리는 148km이었다. 원래 소울 전기자동차의 일충전주행거리 목표는 시가지 주행모드에서 200km이상으로 설정하였는데 200km가 갖는 상징적인 의미가 있어서였다. 이 정도 주행거리는 초기 전기자동차에 비해서는 비약적인 발전을 이룬 것이고 비로서 전기자동차가 부족하지만 최소한의 상품성을 갖추게 되었다고 생각한다.

2016년 GM의 볼트 전기자동차가 출시하기 전 현대차도 LG화학을 통하여 리튬 배터리가 다시 도약하고 있는 것을 알았다. 현대차 내부에서도 빠른 시간 안에 일충전주행거리가 200마일 즉, 320km이상의 전기자동차를 개발하기 위한 논의가 활발하게 진행되었다. 그러나 현대차가 개발하려는 차종에 배터리 탑재가 쉽지 않았고 개인적으로는 볼트에 탑재된 배터리 성능이 불만족스러웠다. 필자가 현대차를 나온 이후 코나 전기자동차가 개발되었는데 알려진 바와 같이 64kWh 배터리가 무리없이 탑재되었고 일충전 주행거리는 무려 406km나 되었다. 후배들이 매우 자랑스러웠다.

이제 전기자동차의 일충전주행거리를 문제로 여기는 사람들은 없게 되었고 늘어난 배터리 용량만큼 충전 시스템 표준도 변화해 가고 있다. 본 고에서는 전기자동차와 표준의 향후 방향이 어디인지 살펴보고자 한다.


전기자동차와 표준 동향

현대기아차는 2019년 전기자동차 판매 목표를 10만대로 설정하였다. 코나 전기자동차를 필두로 아이오닉, 니로 전기 자동차 그리고 내년 출시되는 신형 소울 전기자동차의 판매 확대를 계획하고 있다. 이중 60~70%는 수출 물량이라고 한다. 아마도 유럽의 이산화탄소 규제에 효과적으로 대응하기 위하여 유럽시장을 집중 공략할 것으로 예상된다. 내년 출시되는 신형 소울 전기자동차는 일충전주행거리가 400km에 육박하고 가속성능도 개선될 예정이다. 아이오닉도 배터리 용량을 40kWh로 증대시켜 일충전주행거리를 300km정도로 늘릴 예정이다. 이로써 현대기아차의 전기자동차는 대중화를 위한 기술적인 기반을 완성해 가고 있다.

폭스바겐은 디젤게이트를 극복하고 전기자동차를 최우선 순위로 설정하고 향후 5년간 38조원을 투자하여 전기자동차 입지를 확립할 계획이다. 이를 통하여 2025년까지 유럽에서 생산되는 자동차의 20%를 전기자동차로 전환하겠다는 계획이다. 내년에 드디어 새로운 전기자동차 시리즈 ID를 양산한다. 일충전주행거리가 500km에 이르고 가격은 현 디젤자동차와 경쟁할 수 있도록 설정하겠다고 한다. 아마도 옵션 가격은 별도이겠지만 대단한 가격경쟁력에 대한 자신감을 갖고 있는 것 같다.

폭스바겐의 전기자동차 가격에 대한 자신감은 리튬 배터리 가격하락에 대한 자신감일 것이다. GM의 메리 바라 CEO가 볼트의 배터리 가격을 공개하였는데 셀 기준으로 1kWh당 148달러였다고 공개적으로 밝혀 LG화학을 당황하게 만든 적이 있었다. 최근 어떤 세미나에서 LG화학 관계자가 리튬배터리 가격에 대하여 2022년 셀기준으로 1kWh당 100달러 이하가 될 것으로 전망하였다. 배터리팩 기준으로는 1kWh당 125 달러로 예측했는데 이는 현재 코나 전기자동차 기준으로 보면 배터리팩 가격이 8,000달러에 불과하다는 것을 의미한다.





이 정도 가격이면 보조금이 없다고 해도 전기료와 가솔린 연료 가격 차이와 각종 세제 혜택을 고려하면 전기자동차의 가격 경쟁력이 어느 정도 확보된다고 본다. 전기자동차의 주행거리는 각 메이커에서 경쟁적으로 늘리고 있는 추세이나 향후 공유경제 확산에 따라 공유차량이 늘어난다고 보면 주행거리는 300~400km 정도에 머물 것으로 보인다. 따라서 이 기준으로 보면 전기자동차의 가격경쟁력은 2025년 전후로 내연기관차를 추월할 것으로 보인다. 어떤 제품이 확산되려면 사회적 수용성이 있어야 하는데 최근의 소비자들의 전기자동차에 대한 기대가 증폭되고 있어 이것도 무난히 확보될 것으로 보인다. 결론적으로 말하면 전기자동차의 확산은 이미 보장되어 있는 것이다.

전기자동차의 배터리 용량 증대에 따라 충전기의 출력도 증가하고 있다. 충전시간은 일충전주행거리와 함께 전기자동차의 단점으로 지적되어 왔던 것이다. 전기자동차의 충전은 스마트폰과 마찬가지로 퇴근해서 집에서 천천히 충전하는 것이 자연스럽다. 그러나 충전하는데 7~8시간 이상이 필요하다면 이건 여간 불편한 일이 아닐 수 없다. 코나 전기자동차의 경우 완전히 방전되어 있을 때 만충전까지 9시간 이상 걸릴 것으로 예상되는데 이건 좀 문제가 있다. 물론 소비자들이 완전 방전 후에 충전하는 경우가 적다 하더라도 불편한 건 사실이다. 따라서 현재의 6.6kW급 OBC를 10kW급 이상으로 올려 줄 필요가 있는데 이를 위해서는 충전 표준을 변경할 필요가 있다.

현재 KS C IEC 62196-2:2012(ED 1.0)에서는 유형 1(Type 1)에 대한 정격을 단상 250V, 32A로 규정하고 있어 10kW급의 OBC는 현 표준에서는 적용이 불가하다. 따라서 국내 표준전문위원회에서는 현대차를 중심으로 표준을 변경하려고 준비 중이다. 변경 안은 Type 1을 사용하는 북미 사례를 참고하여 국내 표준에 반영하고자 하는 것인데 북미의 경우 최대 80A까지 사용할 수 있도록 SAE J1772 표준에 명시되어 있어, 이를 KS C IEC 62196-2:2012 9.1절 비고에 반영하려고 하고 있다.

또한 급속 충전의 경우에도 충전기 출력이 커지고 있다. 유럽 메이커를 중심으로 유럽 고속도로에 350kW급 충전기를 설치하기 위한 협력을 강화하고 있는데 이는 장거리 운전자를 위한 것으로 유럽의 목표는 4분 정도 충전하면 추가적으로 100km를 운행할 수 있도록 충전시간을 단축하는 것이다. <그림 2>에서 보듯이 배터리 업체의 목표는 이 보다 더 빠른 6분 이내 충전으로 200km를 더 갈 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 국제 표준의 변경이 있었는데 IEC 62196-3을 통해 400kW급 고속 충전이 가능하도록 충전 전압을 500V에서 1,000V로, 충전 전류는 200A에서 400A로 상향 조정하였다. 이때 충전커플러의 무게가 증가하지 않도록 강제냉각 방식의 커플러가 개발되고 있다. 이 표준은 콤보 방식뿐 아니라 차데모 방식도 함께 추진되고 있어 전세계 모든 충전 방식이 충전시간 단축에 대응하고 있다.

이 외에도 V2G 관련 표준을 비롯하여 전기자동차의 보급확대에 따른 필수적으로 필요한 표준들이 제정되거나 개정되고 있다. 전기자동차 기술은 계속 발전하고 있어 이에 따른 표준화 과제가 증가하고 있는 것이다.

그 동안 전기자동차의 단점으로 지적된 일충전주행거리 및 충전시간 문제가 해결되어 가고 있고 가격문제도 해결의 실마리가 보이고 있다. 이러한 전기자동차의 기술적인 진보에 힘입어 최근 몇 년간 전기자동차 보급이 빠른 속도로 확산되고 있다. 전기자동차가 공유경제와 자율주행과 결합하면서 그 추세는 더욱 명확해 질 것으로 보인다. 국내 전기자동차 기술은 세계 제일의 경쟁력을 갖고 있는 배터리를 비롯하여 관련 기술이 아직은 경쟁력을 갖고 있다. 그러나 중국의 값싼 부품이 국내에 침투하고 있어 자칫 국내 전기자동차 기술 경쟁력을 잃을까 매우 두렵다.

국내 전기자동차 산업을 지키기 위해서는 중국과의 기술격차를 벌려 나가야 한다. 최근 국내에 5G 기술이 세계 최초로 상용화되었다고 한다. 전기자동차는 향후 정보통신 및 그리드와의 결합으로 발전해 나갈 것이므로 국내 기술의 강점을 살려 산업을 키워야 한다. 표준 문제도 이러한 결합에 따른 기술의 변화에 맞추어 변화해 나가야 한다. 정부와 학계 기업 모두가 힘을 모아 이러한 변화를 주도한다면 국내 전기자동차 산업은 희망적일 것이다.

글 / 김철수 (호남대학교)

출처 / 오토저널 2019년 1월호 (http://www.ksae.org)
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