전기자동차 선택인가? 필수인가?

오는 12월 코펜하겐 유엔기후변화협약을 앞두고 세계는 지금 배출가스 규제 문제에 상당히 민감해져 있다. 자동차산업에서 이와 같은 환경규제에 부응하기 위해서는 기존 내연기관의 개선만으로는 어렵기 때문에 HEV(Hybrid), PHEV(Plug-in type), EV(Electric Vehicle)의 시장이 커질 수밖에 없다. 2015년까지 미국과 유럽은 CO2배출량을 회사 평균으로 130g/km 이하로 맞출 것을 요구하고 있고 이를 초과할 경우 적지 않은 할증금을 부과할 것으로 확정 발표했다. 또한 미국의 경우 2016년까지 승용차는 39mpg, Light Truck은 30mpg 이상의 연비를 요구하고 이 경우에도 벌금을 부과할 것으로 보인다.

최근 미래에셋증권이 보고서를 통해 미국과 유럽 내 주요 자동차회사들의 2016년 기준 과징금 규모를 추정한 것을 보면 원화 환산기준 수천억원에서 1조원이 넘는 회사가 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 HEV 및 EV시장 규모는 강제적으로 커질 수밖에 없다.

이렇게 환경 관련 규제의 움직임이 최근에 들어서 급작스럽게 활발해진 이유는 글로벌 경기침체를 겪으면서 미국의 GM 등 대형 자동차회사의 로비력이 약화되어 정부의 적극적인 규제가 이전보다 쉽게 시장에 적용될 수 있게 되었기 때문이다(민간기업에서는 새로운 기술에 대한 투자가 이루어져야 하기 때문에 반가운 뉴스만은 아니기 때문에 이전에는 정부측과 민간기업의 중간수준의 규제로 시장에 적용되었다).

어쨌든 이렇게 급격하게 커질 가능성이 높은 전기자동차시장에서 국내 업체들은 발 빠르게 준비해서 경쟁력을 키워야 함이 분명하다. 그렇다면 전기자동차시대에서는 어떤 부품들이 주목을 받을 것인지를 알아야 하며 이를 위해서는 각종 부품에 대한 이해가 필요하다.

◆전기자동차, 무엇을 필요로 하는가?

자동차가 내연기관의 힘이 아니라 순수하게 전기의 힘만으로 구동된다면 자동차 부품시장도 지금과는 많이 달라질 것이다. 가장 먼저 생각해 볼 수 있는 것은 자동차에서 에너지의 근원인 엔진이 모터로 바뀐다는 것인데 자동차를 굴러가게 할 정도의 힘이 있는 구동모터는 일반직류모터의 효율로는 아직 구현하기 힘들고 교류모터라 하더라도 단상이 아닌 삼상 모터가 사용되어야 한다(삼상모터는 교류전압 및 전류가 sine파형으로 발생하게 될 때 3개의 발전코일이 있어 sine파형을 120도 간격으로 발생시키게 되어 효율이 높은 모터를 말함). 따라서 2차전지로부터 전기를 공급받는 구동모터는 교류를 직류로 변환 시켜주는 인버터(Inverter)가 필요하며 대전력이 소요되기 때문에 대전력 스위칭 및 제어용 파워모듈인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)모듈(KEC)도 포함되어야 한다. 충전되는 전압과 구동모터에 사용되는 전압이 다른 경우라면 컨버터도 필요하다.

또한 구동모터에서는 수백볼트의 고전압을 필요로 하지만 보조기기에서는 12V의 저전압이 사용되기 때문에 DC/DC 컨버터(Converter)는 필수적이다. 도요타에서는 인버터와 컨버터 등을 묶어서 하나의 모듈로 만들어 PCU(Power Control Unit)라고 부르고 있는데 이것이 최근에는 그냥 통용되고 있는 추세이다(LS산전(769,000원 ▲10,000 +1.32%)).

현재의 자동차에서도 전장부품을 제어하기 위해 ECU(Electric Control Unit)가 사용되고 있지만 전기자동차에서는 각 부문에서 추가로 ECU가 필요하게 된다. 가장 대표적인 것이 에어컨 시스템인데 내연기관자동차에서는 엔진에 연결된 벨트로 에어컨을 가동하지만 전기자동차는 정지한 상태에서 아무런 동력이 작동하지 않기 때문에 에어컨을 작동하기 위한 모터가 따로 필요하다(하이브리드자동차의 경우에도 정지 시에는 엔진이 정지하므로 마찬가지다). 따라서 이를 제어하기 위한 ECU도 새롭게 필요하게 되며 이때 모터의 과열을 방지하기 위해 기존의 냉매보다 우수한 냉매의 개발도 이루어져야 한다. 히터의 경우도 마찬가지이다. 냉각수가 데워지는 것을 이용한 기존 방식에서 고전압을 이용한 전기가열식의 PTC 히터와 이를 제어하는 시스템의 개발이 필수적이다(한라공조(3,780원 ▲20 +0.53%),우리산업(3,490원 ▲70 +2.05%)).

그리고 기어변속을 제어하거나 각종 부위의 온도를 감지하여 제어하기 위한 ECU도 필요하게 될 것이며 지금도 계속 발전 중인 Steer by wire, Brake by wire 등의 각종 X by Wire(현재의 벨트식 구동을 모터로 대체하여 제어하는 전선으로 연결되는 각종 시스템을 일컬음)도 그 중요도가 점차 높아질 것이다(S&T대우(33,450원 ▲550 +1.67%),현대모비스(388,500원 ▼1,000 -0.26%)).

전력을 공급하게 될 2차전지(LG화학, 삼성SDI)는 보호회로를 통해 BMS(넥스콘테크, 파워로직스)로 제어하게 되며 배터리의 안전을 위해서는 BMS의 경쟁력을 키우는 것도 중요하며 아직 배터리에 비해 밀도가 낮아서 전력원으로 사용하기는 힘들지만 저장장치로서의 Ultra Capacity(LS산전)도 개발속도에 따라 그 중요도가 높아 질 가능성이 높다.

지금까지 순수전기자동차의 경우만 다루었다면 하이브리드자동차에서는 모터의 동작유무에 따라 스위치를 켜거나 닫는 EV Relay도 추가로 필요하다. 하이브리드자동차는 병렬형과 직렬형에 따라 모터의 작동시기가 다르지만 엔진에 대한 보조동력으로서 항상 작동될 필요가 없기 때문이다(LS산전).

그리고 마지막으로 부품은 아니지만 자동차가 전장화 될수록 구리(LS니꼬동)의 사용이 늘어날 수밖에 없음도 주목해야 하는데 각종 X By wire 시스템은 점차 확대 될 수밖에 없기 때문이다. 또한 전기자동차의 구동모터뿐 아니라 자동차에 사용되고 있는 각종 소형 일반DC모터도 효율을 높이기 위해 BLDC모터의 사용이 확대 될 수밖에 없을 것으로 보여 이에 대한 기술발전도 필요하다(아모텍(15,560원 ▲610 +4.08%),모아텍(3,435원 ▲10 +0.29%),에스피지(105,800원 ▼2,000 -1.86%)). 구동모터로 사용되는 200V 이상의 BLDC모터를 제조할 수 있는 곳은 별로 없는데 현대기아차그룹에서는 구동모터는 현대모비스를 통해 직접 개발하기로 방침을 정하고 기타 자동차에 사용되는 소형모터는 외부에서 조달 받을 것으로 방침을 정한 것으로 알려지고 있다.

◆BLDC(Brushless DC) 모터란?

DC 모터의 정류자(commutator)와 bursh의 역할을 반도체 스위치와 Hall 센서가 대신 하며 DC 모터와는 달리 가운데(권선)가 고정자가 되고 바깥쪽(자석)이 회전자가 되어 Brush에서의 마찰이 적어 보다 효율이 높고 소음도 없어지는 모터이나 기술적 차이로 단가가 높다는 단점이 있다. 최근에는 자동차에서 점차적으로 BLDC모터의 사용이 확대되는 추세에 있다.