(전기차기술 리포트) ②편-전기자동차의 미래와 관련 기술 방향
전기자동차의 미래는?앞으로 전기차라는 무공해차를 기반으로 다양한 미래 모빌리티가 선을 보일 것이다. 이제 시작 이지만 일반 전기차와 수소연료 ...
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(전기차기술 리포트) ②편-전기자동차의 미래와 관련 기술 방향

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# (전기차기술 리포트) ②편-전기자동차의 미래와 관련 기술 방향

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에너지타임뉴스
- 입력 2024.01.25 17:30
- 수정 2024.01.26 06:20

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## 자료제공-김필수(대림대 미래자동차학부(한국)), 김병현(도쿄대 신영역창성과학연구과(일본))

■전기자동차의 미래는?

앞으로 전기차라는 무공해차를 기반으로 다양한 미래 모빌리티가 선을 보일 것이다. 이제 시작 이지만 일반 전기차와 수소연료전지차를 기본으로 도심형 항공모빌리티(Urban Air Mobility:UAM) 와 로봇을 모빌리티로 활용한 로보빌리티(Robobility)가 영역을 나누면서 다양성을 키우고 비즈니 스 모델로서 더욱 시장성이 커진다는 뜻이다. 특히 전기차를 기반으로 다양한 하드웨어적 부품이 나 시스템이 가미되면서 핵심적인 역할을 수행하고 있을 것이고 이를 움직이는 소프트웨어의 중 요성이 더욱 커질 것이기 때문이다.

즉 인공지능을 포함한 알고리즘의 중요성은 앞으로 애플카를 필두로 구글카와 아마존카 등의 등장도 예견할 수 있을 것이다. 최근 주도권을 쥐기 위한 중국의 샤오미 전기차의 양산형 모델도 확실히 주목할 부분이다. 기존 130여년의 내연기관차 주도권을 유지하기 위한 글로벌 제작사의 몸부림도 거세지고 있다. e퓨얼(e-fuel)의 등장이나 하이브리드차의 유지 등 다양한 움직임도 나타나고 있기 때문이다.

기존 명품 브랜드로 언급되던 기존의 프리미엄급 차종들의 경우도 미래의 전기차로의 변환에서 도태될 수 있는 만큼 미래의 명품화를 유지하기 위한 고민도 늘어나고 있다. 즉 기존 명품 브랜드의 제 작사들도 부침이 심해질 수 있는 만큼 새로운 제작사들도 명품화로 진전되면서 '개천에서 용 날 수 있다'는 기회도 등장한다는 것이다. 그만큼 미래 모빌리티의 주도권 싸움은 더욱 치열해진다는 뜻이다.

![미래 전기차 혁신을 이끌 주인공들...전기차 혁신은 우리 손으로!](https://cdn.enertopianews.co.kr/news/photo/202401/43287_42992_5047.jpg)미래 전기차 혁신을 이끌 주인공들...전기차 혁신은 우리 손으로!

■전기자동차의 주도권을 쥔 분야는?

전기차는 본격 등장한 지 수년 정도인 만큼 아직은 유연성이 큰 분야이다. 그 만큼 아직은 주 도권을 죌 수 있는 기술적 개발이 필수적이고 기회는 많다는 뜻이다. 물론 내연기관차의 부품수 인 약 30,000개의 부품수가 전기차는 약 13,000~18,000개 정도로 과반 정도로 줄어들고 엔진이나 변속기라는 약 10,000개의 부품이 사라지고 배터리와 모터라는 핵심 부품으로 줄어들면서 영역도 좁아지고 있는 형국이다. 여기에 자율주행용 라이더 센서와 더욱 높아지고 있는 하이테크형 차량 반도체도 중요한 역할을 담당하기 시작했다. 특히 이를 유기적으로 움직이는 5G와 인공지능을 포 함한 알고리즘은 역시 미래 주도권에서 핵심적인 역할을 할 것이다.

따라서 빅 데이터의 역할과 인공지능은 자율주행에서 더욱 중요한 영역을 차지할 것이다. 제작사의 경우 완성도 높은 전기차 전용 플랫폼을 구성하여 부품수도 줄이고 제작과정의 비용 을 낮추며, 동시에 전체 비용도 낮추는 역할이 더욱 중요해지고 있다. 즉 전기차의 기본적인 제작 과정도 기존 방식과 달리 정리되어야 하고 응용분야의 적용도 중요한 영역을 차지한다는 것이다. 하나하나의 핵심적인 역할이 전체 전기차의 완성도와 차별화를 구축하는 영역이라는 것이다. 현재의 전기차에서 가장 주도권을 쥐고 혁신을 주도하는 기업은 역시 미국 테슬라라고 할 수 있다.

최근에는 테슬라의 충전 인프라인 수퍼차저를 기반으로 충전 인프라인 NACS( North American Charging Standard)를 중심으로 미국 포드와 GM, 리비안은 물론이고 볼보 등도 가미하 면서 미국 충전 인프라의 표준을 제시하고 있다.

얼마 전에는 현대차그룹도 동참하면서 미국에 서 실질적인 충전 인프라 표준으로 등장하고 있다. 테슬라는 미래 전기차와 더불어 충전 인프라 도 주도하면서 이른바 '실과 바늘'을 모두 지니는 전기차 거대공룡이 탄생하는 것이다. 최근 테슬라의 중요한 발표 자리인 '인베스터 데이' 등에서 전기차를 더욱 주도하기 위한 각종 신기술을 제시하고 있어서 주목받고 있다.

특히 앞으로의 화두인 '반값 전기차'를 구현하기 위한 각종 신기술은 테슬라를 필두로 중국 BYD 등 다양한 글로벌 전기차 제작사를 중심으로 진행 중 에 있다. 영업이익률이 지역별로 최대 약 25%에 이르는 테슬라의 경우 중국 시장의 약 20% 전기 차 가격 하락, 미국의 약 9% 전기차 가격 하락 등 주요 국가에서 전기차 가격을 획기적으로 낮추면서 '반값 전기차' 화두에 첫 단추를 맸다고 할 수 있다.

■실질적인 전기차 게임체인저급 기술은 변속기?

상기와 같이 다양한 '반값 전기차'를 구현하기 위하 각종 방법이 동원되고 있다. 어느 하나 쉽 지 않은 만큼 뼈를 깎는 고통을 수반하고 신기술을 통한 전기차 완성도를 높여야 하는 과정이다. 이 중 아직은 시작이지만 수면 위로 올라올 게임 체인저급 기술은 바로 바로 전기차용 자동변속 기이다. 이제야 수면 위로 올라올 정도로 아직은 미미하지만 이미 각 제작사와 관련 회사에서 중 점적으로 개발하고 있는 분야이다. 특히 중국의 경우 다른 국가대비 약 10년은 앞서서 전기차 개 발을 서두른 만큼 전기차용 변속기의 필요성을 크게 인식하고 있고 현재도 핵심적인 기술 개발에 매달리고 있는 분야이다.

현재 전기차는 배터리의 전기에너지를 이용하여 모터를 회전시키고 감속기를 통하여 높은 속도 를 낮춘 다음 바퀴에 전달되는 단순 구조로 제작되고 있다. 그 만큼 단순하고 모듈로 되어 있어 서 관리적인 장점과 고장빈도 측면에서 아주 유리한 부분이 많다. 특히 모터의 속도를 인버터 등 으로 제어하여 속도를 조절하는 방법을 일반적으로 사용하고 있으나 이 방법은 어디까지나 정격 범위 내에서 사용할 경우 최적의 효율을 나타낸다.

그러나 전기차는 언덕 등 등판각도가 높은 경 우나 출발할 때 또는 급가속 할 경우 등 모터의 정격 범위를 넘어선 경우가 비일비재하고 항상 사용하는 영역인 만큼 인버터 등의 속도 제어는 한계성이 크고 비효율적인 특성이 강하다는 것이 다. 특히 각 부위의 열의 발생은 중요한 효율저하를 초래한다. 즉 내연기관차용 자동변속기가 최대 10단까지 개발되어 적용된 상황을 이해할 필요가 있 다. 각 단이 올라갈 때마다 1% 내외 수준의 효율이 올라가는 만큼 기술적 난이도도 매우 높은 기 술 장벽이라 할 수 있다.

기존 내연기관차를 제작하는 기업이 모두 선진국에 한정된 이유도 바로 엔진과 변속기라는 기술 장벽이 너무 높았기 때문이다. 중국의 경우도 일본, 한국과 같이 기술 자 립을 위하여 유사하게 산업 개발을 진행하였으나 결국 원천 기술에 실패한 만큼 새롭게 시작하는 전기차로의 진행을 서두르고 있다. 중국이 하이브리드차가 아닌 전기차로 진행을 하는 이유는 하 이브리드차는 엔진에 배터리를 겸비하는 만큼 순수전기차에 비해 기술적 난이도가 높아 전기차로 바로 진입하는 것이 유효하다고 판단하였기 때문이다.

그 만큼 내연기관차용 변속기는 5단 이상 부터는 기술적 난이도가 매우 높다는 것이다. 실제 이렇게 엔진과 변속기를 독립적으로 설계하고 제작할 수 있는 국가는 한정적이다. 그렇기에 130여 년 동안 자동차는 한정된 국가의 독점적 점 유 품목이 되었던 것이다. 내연기관차용 자동변속기는 엔진보다도 복잡할 정도로 난이도가 높고 기술적 개발도 어렵다. 구조적으로 각종 솔레노이드, 센서 등의 각종 부품이 존재하여 구조적 설계가 어렵고 변속기 오일이라는 오일 유압을 활용한 구동특성은 기술적 접근을 더욱 어렵게 만든다는 것이다.

지난 수 십 년간 현재의 10단까지 오게 된 배경이 더욱 어려운 이유이다. 이렇게 어려운 영역인 내연기관차용 변속기를 굳이 개발하는 이유는 바로 엔진의 힘을 능동적 으로, 효율적으로 바퀴에 전달하기 위해서이다. 특히 단수가 높아질수록 탑승자가 느끼는 둔탁함 이 사라지고 매끄럽게 운행되는 것은 물론 효율도 높아지는 장점이 커서 변속기는 점차 복잡하면 서도 상당히 고가의 장치가 되었다. 일반적으로 6~7단 이상이 되면 비용 대비 더욱 복잡해지고 고가로 이어지면서 장점 대비 단점이 더욱 커지는 만큼 비효율적이 되었다.

이러한 고가에도 불 구하고 자동변속기의 다단화가 되어온 것은 승차감의 향상을 그 이유의 하나로 뽑을 수 있다. 내연기관차의 자동변속기를 개발 사용하는 이유는 효율적인 부분도 있지만 작은 엔진의 힘을 주변 상황에 따라 가장 효과적으로 사용하기 위해서이다. 더욱 높은 속도에서의 힘을 바퀴에 효 율적으로 전달하는 방법, 높은 언덕을 올라가기 위하여 작은 엔진의 힘을 높이는 방법, 내리막 길 의 경우도 너무 높아지지 않으면서 적당한 속도로 유지시키는 방법, 정지 상태에서 가속을 높이 면서 속도에 따라 효과적으로 엔진의 힘을 효과적으로 배분하는 방법 등 엔진의 힘이 바퀴에 전 달될 때 주변 도로 상황에 따라 효율적으로 조율하는 장치이다. 최적의 엔진 크기와 힘을 이용하여 약 2톤이나 되는 승용차를 각종 환경 조건에 따라 유연하게 운행하는 것은 내연기관차 자동변 속기가 없었으면 구현할 수 없었다. 중대형의 트럭의 경우는 승용차와는 다른 특성을 가지고 있 기에 자동변속기 개발에 있어서 또 다른 노력이 필요로 했다.

그 만큼 내연기관차용 자동변속기는 인류 역사상 자동차라는 최고의 장치로 개발되면서 역시 핵심 장치로 충실한 역할을 하였다는 점이다. 지난 130여 년 동안 자동차 10대 핵심 장치 중 변 속기는 엔진과 더불어 가장 최고 수준의 융합장치라고 할 수 있다.

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