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주행거리 연장형 전기자동차 시장과 국내 지원 현황

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2012-12-30 16:48:26

본문

1. 서론
미국의 오바마 정부 출범과 함께 본격적으로 개발 경쟁이 가속화된 전기자동차는 당초 전망에 비해 시장확대가 다소 더디게 진행되고 있는 상황이며, 세계적인 경기불황으로 각국은 재정확보에 어려움을 겪고 있다. 그럼에도 불구하고 각국 정부는 전기자동차 분야의 육성정책 만큼은 지속적으로 확대하고 있다.

미국은 전기자동차에 대한 보조금을 30% 이상 인상하는 방안을 추진하고 있고, 유럽 각국도 2020년까지 100만 대, 2030년까지 600만 대의 전기자동차를 보급할 계획인 독일을 중심으로 보급과 개발 정책을 확대하고 있다. 이는 전기자동차 개발을 단순한 기술적인 트렌드가 아닌, 장기적인 에너지 안보와 전체 사회시스템을 변화시킬 수 있는 가능성 측면에서 접근하고 있기 때문이다.

전기자동차는 전기에너지의 사용비중에 따라 순수 전기자동차(BEV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV) 등으로 대분류 할 수 있다. 이 중 PHEV는 HEV를 기반으로 엔진과 모터가 모두 구동에 직접 기여하는 병렬형과, BEV를 기반으로 모터만 구동에 직접 관여하고 엔진은 발전기와 결합해서 전력발생에만 기여하는 직렬형으로 나눌 수 있는데, 후자를 RE-EV(Range Extended Electric Vehicle, 주행거리 연장형 전기자동차)라고 부르고 전기자동차의 범주에 포함시킨다.

본 고에서는 RE-EV의 개발동향 및 시장전망과 더불어, 국내 그린카 산업 활성화를 위해 정부의 광역경제권 거점기관지원사업의 하나로 추진 중인 그린 전기자동차 차량부품개발 및 연구기반구축사업에 대해 소개하고자 한다.

2. RE-EV 시장 전망
전기자동차 분야 시장조사 전문기관인 HIEDGE는 전기자동차 시장 중 주행거리에 따른
시장 전망을 제시하고 있는데, 주행거리 200km 이상인 전기차 시장을 2020년 이후 약 80만 대 정도로 전망하고 있다<그림 1>.

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현재 시장에 출시되고 있는 대부분의 순수전기차(BEV, Battery Electric Vehicle)는 약 150km의 1충전 주행거리를 확보한 경차 수준으로, 준중형급 이상으로 장거리를 주행할 수 있는 EV 시스템을 상용화하고 보급을 확대하기 위해서는 에너지 저장량 증가와 고성능의 충전인프라 보급이 요구된다. 에너지의 저장량을 절대적으로 증가시키기 위해서는 배터리의 에너지 밀도를 획기적으로 높이지 않는 이상 더 많은 배터리 탑재가 필요한데, 전체 차량의 무게와 가격이 상승하게 되므로 현실적이지 않다.

또한, 고효율의 충전인프라의 대대적인 보급도 장기적인 관점에서 추진되고 있다. 따라서, 전기자동차와 충전인프라의 보급초기 단계에서는 일상용도로는 공해물질 배출이 없는 전기자동차로 활용이 가능하고, 장거리 주행 시에는 고효율의 자가발전기를 가동하여 활용도와 편리성을 확보할 수 있는 RE-EV의 시장확대가 기대된다.

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HIEDGE에 따르면 2020년 전기자동차 시장은 약 330만 대 수준으로 전망되며, 이 중 주행거리 연장형 전기자동차(RE-EV) 시장은 2015년 50만대, 2020년 약 100만 대 수준으로 예상하고 있다 <그림 2>.

3. 국내외 개발 동향
GM은 최초의 RE-EV 전기자동차인 VOLT를 2010년 12월에 최초로 양산 판매를 시작하였는데, 1회 충전 시 순수 전기주행 모드로 64km(40mile), RE-EV 모드로 560km(350mile) 이상 주행이 가능하다.

1,400cc 엔진, 111kW급 모터 및 16kWh 용량의 리튬이온 배터리를 장착하였으며 최고속력은 160km에 이른다. 2011년 7,600대를 판매한 바 있으며, 2012년부터는 유럽에도 판매를 시작해서 상반기에만 약 8,800대 정도 판매된 것으로 알려져 있다.

국내에서는 최근 현대자동차가 RE-EV 전기자동차 컨셉카인 아이오닉을 발표한 바 있다. 아이오닉은 3기통 1ℓ급 가솔린 엔진과 80kW급의 모터를 장착해서 1회 충전 시 순수 전기주행 120km, RE-EV 모드 주행 시 최대 700km까지 달릴 수 있다. 최고속도는 145km/h에 이른다.

쌍용자동차도 환경부의 친환경차 보급확산기술 국책과제로 SUV급 RE-EV를 개발 중이다. 5kW급 또는 10kW급 소형 고효율 온보드(On-board) 제너레이터(발전기)로 배터리를 충전해서, 최고속도 150km/h, 총 주행거리 300km를 주행할 수 있는 도심형 RE-EV 전기자동차를 2015년까지 개발 완료하고 차량 검증 및 신뢰성 시험을 거쳐 양산 체제 구축한다는 계획이다.

4. 국내 RE-EV 전기자동차 산업 육성 전략
광역경제권 거점기관지원사업은 지역의 신산업 창출을 위하여 지역에 연구기반시설을 구축하고, 기술개발을 지원함으로써 지역의 새로운 성장동력을 육성하기 위한 사업으로, 지식경제부가 2011년부터 지원하고 있다. 광역경제권 거점기관지원사업의 하나인‘그린 전기자동차(RE-EV) 차량부품개발 및 연구기반구축사업’은 국내 자동차산업의 최대 집적지인 울산을 중심으로 RE-EV 전기자동차와 관련된 핵심 연구개발 인프라를 구축하고, RE-EV 핵심부품 기술개발을 지원해서, 전기자동차 부품 전문기업을 육성하는 것을 목표로 하고 있다.

이를 위해 2011년 9월부터 2016년 8월까지 5년간 국비 1,105억 원, 지방비 163억 원, 민간부담 225억 원 등 총 1,493억 원을 투입해서, 사업기간내 8개 핵심부품의 상용화를 목표로 R&D와 연구기반 조성 등 기업활동에 실질적인 도움이 되는 부분을 중점 지원하는 사업을 시행하고 있다.

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개발대상인 핵심부품은 첫째, RE-EV용 구동모듈로써 중형급의 RE-EV를 구동할 수 있는 100kW급 모터와 제어기 및 감속기 일체형 구동시스템을 개발하는 것을 목표로 하고
있다.

둘째는 RE-EV 소형 고효율 엔진발전기 개발로, 1충전 주행거리 400km 이상 달성을 위해 발전시스템 효율 35% 이상의 소형 고효율 엔진과 Euro-6 배기기준을 만족하는 후처리 시스템, 고효율의 발전기 개발을 목표로 하고 있다.

셋째는 RE-EV용 스마트 플랫폼 및 BIW 경량화 기술로, 발전용 엔진, 구동모듈, 배터리팩, 연료탱크 등 이 모두 탑재 가능한 플랫폼 구조 개발과 RE-EV 시스템 효율을 향상시키기 위해 기존 제품 대비 20% 이상 경량화된 BIW를 개발하고 있다.

넷째는 RE-EV 차량을 고속제어할 수 있는 어플리케이션 개발을 위한 네트워크 시스템과 관련 핵심부품 개발로써, IVN(In Vehicle Network) 통합 관리 ECU, 고전압-대전류 와이어링 하네스(Wiring Harness)와 IVN을 기반으로 제어효율을 극대화하고 고주파 피드백이 가능한 전류센서 개발을 포함하고 있다.

다섯째는 중형 RE-EV용 발전과 연계한 고효율, 장수명의 전기저장 및 에너지 관리시스템 개발로써 RE-EV 특유의 엔진 발전 출력 특성을 고려한 전기저장 시스템 개발과 장착성 확보기술, 발전시스템과의 연동 인터페이스를 위한 통합관리 시스템을 개발하고 있다.

여섯째는 통합주행 시스템 개발인데, RE-EV 시스템의 효율화를 위해 엔진발전기와 연동한 통합 차량제어 시스템(VCU)를 개발하고, 도로에 따른 능동 주행제어 알고리즘을 적용하는 것을 목표로 하고 있다.

이외에도 RE-EV의 효율을 극대화하기 위한 공통핵심부품으로써, 경량 소재 적용과 구조 최적화를 통한 클래쉬 패드의 경량화와 희토류 원소를 사용하지 않는 소형, 고효율 조향장치를 개발하고 있다.

이상의 핵심부품을 상용화하기 위해 DH홀딩스, 세종공업, 엠에스오토텍, 퓨트로닉, 신영, 캐프, 덕양산업, 센트랄 등 중견 부품전문기업과 참여기업, 대학, 연구소 등 30여 개 기업 및 기관 컨소시엄이 모든 역량을 집중하고 있다.

이들 R&D 과제를 지원하기 위해 기반구축사업을 수행하고 있는 울산테크노 파크와 울산광역시는 2014년까지 그린카 기술센터를 설립하고 RE-EV 분야의 전문 연구개발 시설, 시험평가 장비 및 시양산 지원 시설을 구축할 계획이다. 또한 R&D 수행기업의 기술지원과 개발된 부품의 시스템 통합(System Integration)을 지원함으로써, 전기자동차 분야의 핵심 부품기업 발굴 → 소재∙부품개발 → 모듈개발 → 상용화에 이르는 일괄 프로세스를 지원하게 된다.

울산은 국내 최대의 자동차 생산기반(연산 160만 대)을 보유하고 있고, 2010년 기준 전국 자동차산업 생산액의 23%(33조 6,000억 원), 부가가치 24.4%(10조 9,800억 원)을 담당하고 있는 자동차산업의 메카이다.

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친환경 자동차, 특히 전기자동차로의 패러다임 전환은 울산지역, 나아가서는 국내 자동차 업계의 미래 성장과 직결되는 생존문제이다. 이에 그린 전기자동차 차량부품개발 및 연구기반 구축사업의 성공적인 추진을 통해서 RE-EV 핵심부품을 상용화함으로 국내 전기자동차 산업 활성화의 기회를 제공할 계획이다. 이를 통해 울산을 세계적인 친환경 자동차 특히 전기자동차 산업클러스터로 육성하고, 대한민국이 세계4대 친환경 자동차 강국으로 도약하는데 기여하고자 한다.

5. 결론
주행거리 연장형 전기자동차(RE-EV)는 순수 전기자동차의 친환경성과 병렬형 플러그인 하이브리드의 편리성을 동시에 만족하는 차량으로, 본격적인 순수 전기자동차의 보급과 대규모 인프라 구축에 앞서 시장규모를 확대해 나갈 것으로 전망된다. 이에 따라 정부와 울산시는‘그린 전기자동차(RE-EV) 차량부품개발 및 연구기반 구축사업’을 수행함으로써 국내 부품기업의 RE-EV 핵심부품개발을 지원하고 공동연구, 시험평가, 시양산 인프라를 구축하고 있다. 이를 통해 국내 부품 전문기업이 RE-EV 핵심부품을 조기에 상용화할 수 있도록 지원하고 울산을 세계적인 전기자동차 산업클러스터로 육성하겠다는 비전을 실현함과 동시에, 대한민국이 세계 4대 친환경 자동차 강국으로 도약하는 기반을 마련하고자 한다.
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