3월 6일~8일 코엑스에서 동시에 개최된 EV트렌드코리아와 인터배터리는 전기차를 둘러싼 기술의 변화를 체감할 수 있는 장이었다. 두 행사는 배터리와 관련된 소재·부품·장비 업체들이 새로운 가능성을 찾는 자리이기도 한 B2B 성격이 강한 이벤트다. 올해 시선을 끈 것은 금양이 4695 배터리를 직접 생산하기 위해 공장을 건설한다는 것이었다. LG가 충전 네트워크 사업을 시작한다는 것도 중요한 이슈였다. 소비자의 입장에서 가장 시선을 끈 것은 다양한 충전기 업체들의 디지털화였다. 한국 충전기회사들이 출품한 제품들과 전 세계 충전 네트워크에 대해 짚어 본다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

개조형 전기차부터 그 발전 상황을 지켜본 입장에서 근래 들어 충전기에 관해 관심을 두지 못했다는 것을 확인했다. 그러면서 떠오른 것은 인프라라는 단어다. 한마디로 충전기가 부족해서 전기차 구매를 꺼린다는 소재다. 동시에 가끔 사용해 본 충전기는 천차만별이었다. 고속도로 휴게소가 가장 많았다는 정도의 인식을 하고 있었다. 아파트에 세대당 충전기 의무 비율로 인해 충전기가 설치되는 것도 지켜보았다.

충전기 그 이상의 무엇이 필요하다

그런데 2021년 1월 현대자동차가 서울 강동에 자체 개발한 초고속 충전설비 하이차저를 설치한 것을 보면서 새로운 시각으로 바라봤다. 우선은 화려한 시설이 눈길을 끌었다. 기존 주유소와는 다른 분위기의 충전소는 접근성이 용이할 것으로 생각했다. 그에 더해 출력량 기준 국내 최고 수준의 350kW급 고출력, 고효율 충전 기술이 적용됐다는 것도 시선을 끌었다. 800V 대용량 배터리가 탑재된 전기차를 하이차저로 충전할 경우 18분 이내에 10%에서 80%까지 충전이 가능하다. 그러니까 현대자동차의 하이차저는 충전 사업은 물론 현대차그룹 전기차의 우위성을 강조하는 마케팅 소구로도 활용하고 있다.

지금 사람들은 전기차로의 전환에 대해 받아들이고 있다. 국가가 주도하는 중국과 미국, 유럽은 물론이고 태국과 베트남, 인도 등 새로운 미래를 추구하고 있는 다양한 국가들에서의 움직임도 숨가쁘다. 그러나 한국은 전체 등록대수 1.8%, 신차 판매의 6.7%에 불과한 한국시장의 관련 내용은 상대적으로 부정적인 인식이 강하다.

여기에서 주목할 것은 최근 전기차, 더 정확히는 전동화차 시장의 흐름이다. 데이터포스(Dataforce)의 발표에 따르면 테슬라와 볼보, 메르세데스 벤츠 GLC등 프리미엄 브랜드의 중형 SUV에서 플러그인 하이브리드 버전에 대한 수요가 높아지고 있다. 지난 1월 프리미엄 브랜드의 중형 세그먼트에서 플러그인 하이브리드 전기차의 판매가 50% 증가했고 점유율은 24%에 달했다. 이는 디젤 엔진을 앞지른 것이다. 1월 해당 부문 전체 판매대수는 7.4% 증가한 5만 4,329대였다. 이를 배터리 전기차와 플러그인 하이브리드 전기차를 합하면 프리미엄 중형 SUV 판매의 62%를 차지했다.

이는 이런 전기차를 이용하는 사용자들의 관련 비즈니스가 새로운 형태로 전개될 수 있다는 것을 의미한다.

화려한 인터페이스 채용한 충전기들

충전기는 아주 복잡하다. 가정용으로 사용되는 3kW부터 시작해 최근에는 450kW까지 다양한 충전기가 등장하고 있다. 한국에서는 3~7kW를 완속 충전기, 50~200kW를 급속 충전기, 300~350kW를 초고속 충전기로 분류하고 있다. 물론 위 분류에 정확히 일치하지 않는 규격도 있다. 고속도로 휴게소 등에는 급속 충전기 이사의 시설이 주로 설치되고 완속 충전기는 주택과 아파트를 대상으로 한다. 그 외에 버스회사나 택시회사 등은 급속충전기를 주로 설치해 사용한다.

설치 유형에 따라서는 벽 부착형과 스탠더드형, 이동형 등이 있다. 사용자들이 가장 자주 접하는 커넥터는 완속 충전기가 AC 단상 5핀과 급속도 가능한 AC3상 7핀, 그리고 급속 충전기는 DC차데모와 CCS1 타입인 DC콤보 7핀 등이 있다.

2023년 6월 기준 국내 충전기 현황은 한국전력공사 등 공공 사업자가 1만 9,310기, 파워큐브 등 20여 개의 민간사업자가 20만 9,439기를 설치하고 있다. 급속 충전기가 17만 3,400개, 완속 충전기가 2만 641개다. 주택이나 아파트의 완속 충전을 위한 인프라가 부족하다는 얘기이다.

한국에서의 충전기 이용현황은 특이하다. 무공해차 통합누리집의 자료에 따르면 2021년과 2022년 2년 동안 충전기 사용에서 7kW 완속 충전기 월평균 사용회수는 4.8회였고 나머지는 50kW부터 350kW까지 급속충전을 주로 사용한 것으로 나타났다. 설치 장소별로는 공공시설 24.2%, 관광시설 23.3%로 거의 절반을 차지했다. 차량 정비시설도 27%를 차지해 휴게소나 주차시설 등에서의 사용은 생각보다 적었다.

한국에서는 대부분의 편의시설이나 식당 등에서 키오스크 사용이 일반화되어 있다. 연령대를 가리지 않고 디지털화되어 있다. 충전기도 그런 흐름을 타고 있다. 이번 EV트렌드코리아에 전시된 충전기들의 특징은 한마디로 디지털화다.

현재 국내에는 20여 개의 충전기 개발 및 생산회사가 있다. 물론 세분하면 파워 모듈과 커넥터 등 부품업체도 있고 충전기 개발 및 생산, 그리고 그것을 네트워크로 운영하는 형태로 나뉜다. 대표적인 충전 네트워크는 현대자동차의 하이차저가 가장 존재감이 강하고 이어서 한국타이어와 협업하는 채비(CHAEVi), 그리고 이번에 론칭한 LG 유플러스 볼트업 등이 시선을 끌었다. 천장형 충전기라는 새로운 아이디어도 제시했다. LG전자는 올해 초 미국에 전기차 충전기 공장 가동을 시작하기도 했다.

2024 EV트렌드에는 기존 업체 외에도 워터(Water)라는 브랜드의 충전 네트워크도 눈길을 끌었다. 이는 세계적인 사모펀드 블랙록 등이 투자한 브라이트에너지파트너스(BEP)의 브랜드로 비자동차회사로서는 한국 최초로 전기차 급속 충전 브랜드를 선보였다. 특징은 사용자들의 사용 편의성을 고려한 충전기의 디자인이다. BEP는 충전소에 친환경을 모티브로 한 CI를 채용하고 있다. 또 다른 충전 네트워크인 EL일렉트릭의 위브이(WEV)의 제품은 매끄러운 디자인으로 관람객들의 시선을 끌었다. 벽부착형 충전기에 완속과 급속 충전기를 동시에 사용할 수 있게 한 모던테크의 제품도 눈길을 끌었다. 물론 개별적으로 커넥터를 통해 충전기를 이용할 수 있도록 한 제품도 있다.

디지털 감각이 앞선 한국의 특징을 반영해 충전기 인터페이스의 디지털화가 가장 눈길을 끌었다. 대부분의 충전기의 디자인이 화려하다. 그 화려함의 배경은 본체의 디자인이 아름다운 것에 더해 사용자들이 충전할 때 사용하는 스크린이다. 물론 경우에 따라서는 같은 네트워크의 충전기에 한 번 충전했을 경우 다음부터는 접근하면 모든 정보가 확인되어 다른 절차가 필요 없는 것이 대부분이다. 회원과 비회원이 모두 사용할 수는 있지만 충전 요금에서는 차이가 난다. 또한 자사의 충전기의 사용 현황을 확인할 수 있는 시스템도 갖추고 있다. 당장에는 유럽의 아이오니티나 미국의 테슬라 슈퍼차저 네트워크의 충전기와 다른 화려한 디자인과 디지털화로 새로운 가능성을 타진하고 있다는 것이 특징이다.

그런 한편 파워모듈을 생산하는 시넥셀을 포함한 중국 업체들의 참가가 많아진 것도 간과할 수 없는 부분이다.

전 세계 충전 네트워크 개요

지금 한국 내 충전 네트워크는 2017년에 출범한 유럽의 고속 충전 합작 네트워크 아이오니티나 테슬라의 슈퍼차저에 비해서는 부족하다. 아이오니티는 지난달 충전소가 600개를 돌파했다. 여기에 3,382개의 HPC 충전기가 있다. 현재 추가로 96개의 충전소가 건설 중으로 2025년에는 1,000개 이상의 충전소에 7,000개 이상의 충전기를 구축할 계획이다. 아이오니티는 현재 유럽 24개국에 진출해 있다.

테슬라는 세계 최대 시장 중국에 이미 1,600개 이상의 슈퍼차저 충전소와 1만 개 이상의 충전기를 설치했다. 중국 전체 충전기는 2022년 말 기준 506만 개다.(항시 그렇지만 중국의 데이터는 정확지 않다.).

테슬라는 미국 시장에서는 자사의 NACS 커넥터를 대부분의 완성차 업체가 사용할 수 있도록 하면서 충전사업으로도 수익성 창출을 노리고 있다. 테슬라 사용자의 불만은 있지만 슈퍼차저의 절대 수치를 늘려 해소한다는 방침이다. 미국은 정부 차원에서 충전시설 확대를 지원하고 있다.

BMW 그룹과 GM, 혼다, 현대, 기아, 메르세데스 벤츠 그룹, 스텔란티스 북미사업부 등이 합작투자한 새로운 충전 네트워크 아이오나(IONNA)도 전기차 수요를 증대시킬 것으로 기대한다.

그 외에도 BMW는 자체 충전 네트워크 구축 계획이 있는 메르세데스 벤츠와 작년 말 고전력 충전 네트워크와 프리미엄 충전 서비스 제공을 목적으로 중국에 50:50 합작 회사를 설립하기로 합의했다. 주로 중국 시장을 노리고 있는 것으로 프리미엄 브랜드들의 방향성을 보여 주는 대목이다.

합작 투자는 조건이 허락하는 한 재생 가능 에너지원에서 생산된 전기를 조달하여 2026년 말까지 약 7,000개의 고출력 파일이 있는 최소 1,000개의 충전소로 구성된 새로운 네트워크를 목표로 삼고 있다.

로터스는 혁신적인 기술을 반영해 초고속 전기차 충전 솔루션을 자체 개발했다고 밝혔다. 로터스가 자체 개발한 초고속 전기차 충전 솔루션의 핵심은 최대 450kW에 달하는 출력 충전과 수랭식, 그리고 모듈식 파워 캐비닛에 있다. 마찬가지로 중국 시장에 먼저 도입됐으며, 이후 2024년 2분기를 기점으로 대부분의 유럽 국가와 중동에도 도입될 계획이다.

전기차 충전 관련 특허 출원 수, 중국이 압도적 1위

한편, 일본의 특허분석회사 페이턴트 리설트의 자료에 따르면 2010년부터 2022년까지의 전기차 충전과 배터리 교환 관련 특허 누계 출원수에서 중국 기업이 4만 1,011건으로 가장 많았다. 2위는 일본으로 2만 6,962건, 3위 독일 1만 6,340건, 4위 미국 1만 4,325건, 5위 한국 1만 1,281건 등이었다. 특허는 출원해 주로 1년 반 지난 무렵에 공개되기 때문에 특히 21년 이후에는 미 공개분이 있어 실제 출원 수는 더 많을 것으로 예상된다.2015년까지는 일본이나 독일, 미국의 출원 수가 중국보다 많았지만, 2013년에 중국에서 신에너지차의 보조금이 본격화한 것을 계기로 배터리 전기차와 플러그인 하이브리드 전기차 판매가 확대되면서 상황이 바뀌었다. 중국은 그동안 선두였던 일본의 출원 수를 2016년에 추월했으며 2010년부터의 누계에서도 2019년에 일본을 웃돌았다.

중국 기업의 특허 내용 중에는 충전 시간 단축을 노린 것이 많다. 전체 출원건수 중 급속충전 관련 특허 비율이 17%, 전지교환 관련이 10%를 차지했다. 일본과 독일, 미국은 각각 1~3%에 그쳤다. 그 밖에 충전 스테이션의 구조와 제어, 전력 전송, 안전성, 비 접촉 급속충전 등에 대한 특허도 증가했다.

급속 충전은 전지 열화로 이어지기 쉽고 안전성을 고려하면 중요하다고 판단해 소비자의 요구가 높다고 보고 연구개발을 서두르고 있다고 분석했다. 또한 전기차의 배터리 전압을 일반적인 전기차의 2배로 높여 충전 속도를 높이는 기술과 관련된 특허 출원이 많았다.

기업별 출원수로 9위에 진입한 중국 전기차 업체 BYD는 2021년 800볼트의 고전압에 대응한 전용 차대를 개발하고 있다고 발표했다. 5분간 충전으로 항속거리 150km분의 급속 충전이 가능하다. 현대차그룹도 이 부문에 대한 특허 출원에 공을 들이고 있다.

단시간에 보급할 수 있는 배터리교환 관련에서도 중국 기업의 출원이 두드러진다. 온보드 배터리 고체 교환서비스를 다루는 중국의 올튼 신에너지차는 출원수에서 4위를 차지했다. 이 회사가 출원한 1,028건의 특허 중 96%가 전지교환과 관련된 기술이었다.

중국과 한국의 기업이 충전시간이나 배터리 교환을 고집하는 한편, 일본은 전력 변환회로나 차량으로의 전력전송 등 기초적인 분야의 특허가 많다.

기업별 출원수로는 토요타 자동차가 가장 많았다. 비 접촉 충전에 관한 특허 208건으로 2위 현대차의 2배 이상을 출원했다. 랭킹 상위에 중국 기업은 적지만, 스타트업 기업이 많이 포함되어 있어 전체 출원수를 증가시켰다.

무선 충전에 관한 관심도 높아지고 있다. BMW는 2018년 업계 최초로 무선 충전 시스템을 개발했다. 작년 말 미국 디트로이트에 무선 충전 도로가 설치됐다. 발레오도 무선 충전 기술을 개발해 선보였다.KG모빌리티도 미국 와이트리시티와 공동 개발한 무선 충전 기술을 토레스EVX에 채용해 공개하기도 했다. 테슬라는 가정용 무선 유도 충전기를 개발 중이다. 볼보와 스텔란티스도 무선 충전에 진심이다.

전기차 관련 다양한 사업이 등장하고 있다. 그 중 소비자와 접촉할 수 있는 대표적인 아이템이 충전기다. 이 부문에 새로운 움직임이 일고 있다.