커넥티드카의 미래와 전망
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커넥티드카의 미래와 전망
박민우 교수 / 청강문화산업대학교
I. 테슬라모터스 성공신화와 전략
II. 전기차의 역사와 기술적 이슈
테슬라 때문에 전기차 기술이 대단한 이슈로 떠오르긴 했지만, 사실 전기차의 구조는 기존 가솔린이나 디젤 연료를 사용하는 내연기관구조에 비해서 매우 단순하다. 반면, 석유연료를 이용하는 자동차들은 내연기관인 엔진 생산 능력과 ‘파워트레인’이라고 불리는 자동차에서 동력을 전달하고 제어하는 장치에 대한 기술력이 필요하다. 전기 모터와 비교해서, 석유연료를 이용해서 기계적인 엔진을 구동시키는 기술은 복잡할 수밖에 없다. 수백 년 동안 내연기관과 파워트레인의 비약적인 발전과 더불어 현대 자동차의 성능도 극대화되었다. 그래서 자동차를 생산할 수 있는 기업이나 국가가 20여개 밖에 되지 않을 정도로 높은 기술적 진입장벽을 가지고 있는 것이 자동차산업이었다. 이에 반해 전기차산업은 자동차 생산의 핵심 기술인 엔진 생산 능력과 파워트레인 기술이 상대적으로 중요하지 않다. 동력은 배터리가 대신하고 파워트레인은 모터만 있으면 된다. 이렇게 단순화되면 좋은 점은 쉽게 고장이 나지 않는다는 것이다. 반면 기존 내연기관을 이용한 자동차들은 고장의 원인이 매우 다양하고 수리 또한 복잡하다. 또 다른 장점은 전기차는 소프트웨어와 유기적으로 연결되어 있다는 점이다. 기존 자동차들은 소프트웨어의 명령을 다시 기계식 장치에 전달을 해야 되기 때문에 유기적으로 통제하기에는 한계가 있다. 미래의 기술로 자주 언급되는 무인자율주행자동차 기술도 전기차가 훨씬 유리한 이유이기도 하다. 이제 전기차는 바퀴가 달린 스마트 디바이스라고 보는 것이 더 현실적이다. 그렇다면 이렇게 많은 장점을 가지고 있고, 단순한 기술로 이루어진 전기차가 이제서야 대중화가 되고 있다는 점이 아이러니하지 않을 수 없다. 그래서 전문가들 사이에서는 전기차는 못 만드는 것이 아니고, 안 만드는 것이라는 얘기가 공공연하게 떠돌고 있다. 최초의 전기자동차는 이미 110년 전에 상용화 되었다. 1904년 시카고에서 설립된 EV Company라는 기업은 2,000여대의 택시와 트럭, 버스를 생산하였다. 하지만 당시의 배터리 기술력은 지금과 비교하면 매우 낮은 수준이어서, 내연기관 자동차의 등장으로 주행거리와 최고속도 등의 약점을 극복하지 못하고 역사 속으로 사라졌다. 더불어 1920년대 미국 텍사스에서 원유가 대량으로 발견되면서, 전기차의 가격 경쟁력은 사실상 없어졌다.그 이후 90년의 시간이 흐른 1996년 GM(General Motors)은 EV1 이라는 전기차를 생산하였고, 장기리스 형태로 임대하였다. 아직까지도 EV1은 논란의 자동차로 남아있다. 당시 캘리포니아 주정부는 심각해지는 공기오염 때문에 자동차기업들이 캘리포니아에서 자동차를 판매하려면 판매량의 20% 이상 배기가스가 나오지 않는 차량을 판매하도록 강제한 ‘배기가스 제로 법’을 만들었다. GM의 EV1은 이러한 배경으로 출시된 차량이다. 당시 EV1은 1회 완충으로 160km를 주행할 수 있었다고 한다. EV1은 폭발적인 인기를 끌었고, EV1 2세대 제품은 1회 충전으로 300km 주행이 가능했다고 한다. 하지만 GM은 EV1의 대중적인 인기에도 불구하고, 수익성 악화와 부품결함 등의 이유로 임대중인 EV1을 전량 리콜조치 후 사막 한 가운데서 전량 폐기처분하였다. 이후 수많은 악성 루머와 소문이 떠돌고 있지만, 20년이 지난 지금도 GM은 EV1 폐기에 대한 정확한 답변은 없다. 또한 2003년 배기가스 제로 법도 폐기되었다. 이러한 의문과 논란은 이후 다양한 다큐멘터리 영화와 노래로 출시되었다. 2006년에 발표된 다큐멘터리 영화 “누가 전기차를 죽였는가?(Who Killed the Electric Car?)” 뿐만 아니라 2011년 발표한 “전기차의 복수(Revenge of the Electric Car)”라는 영화로도 소개되었다. 많은 추측들이 난무하지만, 가장 설득력 있는 이유는 정유업계와 자동차부품업체들의 단합과 압력이라는 설이다. 전기차가 대중화 되면 가장 큰 피해를 입는 기업은 세계에서 가장 강력한 파워를 가진 정유업체들이라는 것은 누구나 쉽게 생각할 수 있는 이유이다. 하지만, 2015년 9월 폭스바겐이 배기가스 저감장치를 고의적으로 조작했다는 사실이 밝혀지며, 연비가 높고 배기가스가 적은 디젤차는 허구였다는 게 드러난 클린디젤 사기극으로 인하여 전기차가 다시 부각되었다. 그리고 2016년 3월 테슬라의 모델3 발표로 전기차에 대한 관심이 최고조에 이르게 되었다.
III. 배터리 기술에 따른 전기차의 분류
테슬라에서 출시된 전기차들과 같이 순수 배터리만을 이용해서 동작하는 전기차를 BEV(Battery Electric Vehicle)이라고 구분한다. 하지만 전기차의 구분에는 BEV 뿐만 아니라 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)도 포함된다. 일명 하이브리드 자동차라고 불리는 HEV는 도요타의 프리우스를 통해서 대중화되었고, 국내에서도 인기가 높다. 일반적으로 HEV는 가솔린 엔진과 전기 모터를 모두 이용하는 방식을 말하며, 주 동력원은 가솔린 엔진이다. 주행 중에 발생하는 에너지를 배터리에 충전시켜서 보조 동력원으로 전기 모터를 이용하는 방식이다. 따라서 HEV는 같은 등급의 내연기관 자동차보다 생산원가가 높아질 수밖에 없다. 우리나라 환경부에서는 환경오염을 줄이고 친환경자동차 보급촉진을 위해서 최대 410만원까지 하이브리드자동차 구매보조금을 지원하고 있다. 하지만 HEV는 연비 개선의 효과는 있지만, 여전히 주 동력원은 가솔린 엔진이기 때문에 완전한 전기차라고 보기는 어렵다. 전기차에서 가장 중요한 배터리 기술도 보조 동력원으로 한정 사용되어 높은 수준의 기술을 요구하지 않기 때문에, 기존 자동차업계에서 가장 쉽게 전기차 분야에 진출할 수 있는 방법이다. PHEV라고 불리는 플러그인 하이브리드 자동차의 경우는 기존 HEV와 마찬가지로 가솔린 엔진과 전기 모터를 이용하는 방식이지만, 주 동력원이 전기 모터이기 때문에 기술적인 측면에서 BEV에 가깝다. BEV의 단점인 주행거리의 한계와 충전소 부족에 의한 불편함을 해소하기 위해서 보조 동력으로 가솔린 엔진을 활용하는 방식이다. 궁극적으로 배터리 용량의 기술적인 진보와 충전소 문제가 해결된다면, PHEV는 과도기적 기술이며 결국 BEV가 최종적인 목표라고 할 수 있다. 그렇다면 BEV의 경쟁력은 무엇인가? 테슬라가 보유한 기술 중에 가장 첫손으로 꼽는 기술은 배터리 즉 2차전지 기술에 대한 노하우라고 볼 수 있다. 전기차의 최고속도는 모터의 토크제어를 통해서 쉽게 향상이 가능하지만, 주행거리는 100% 배터리 기술력에 의존할 수밖에 없다. BEV 중에 의외로 슈퍼카 수준의 0-100km/h 성능과 최고속력이 240km/h를 넘는 차량이 많은 이유 중에 하나가 보편화된 모터 기술 때문이라고 볼 수 있다. 따라서 배터리 제조기술력이 전기차의 성능을 결정한다고 해도 과언이 아니다. 우리나라는 세계 1위 2차전지 기술력을 보유하고 있다고 알려져 있다. 삼성SDI와 LG화학, SK이노베이션 등이 일본 기업들과 함께 세계시장을 양분하고 있다. 하지만 BEV 시장에서 국내 기업들은 고전을 면치 못하고 있다. 2016년 상반기 한국산 전기차 배터리 시장점유율은 13.6%까지 떨어졌고, 일본산 전기차 배터리 시장점유율은 86.4%까지 올라갔다. 테슬라에 배터리를 공급하고 있는 기업들이 대부분 일본 기업들임을 감안하면, 테슬라의 성장은 세계 배터리 시장의 기업 판도를 바꿀 수 있는 수준이다. 국내 기업들이 전기차 시장에서 일본 기업들에게 고전하는 이유는 테슬라의 독특한 배터리 활용 혁신 때문이다. 기존 전기차는 중대형 리튬폴리머 방식의 배터리를 사용한다. 리튬폴리머 방식은 테슬라에서 사용되는 리튬이온 방식보다 높은 성능과 안정성을 가지고 있지만, 비싸고 부피를 많이 차지하고 생산 수급 조절이 어렵다는 단점이 있다. 테슬라는 기술적으로는 부족하지만 생산 수급이 편리한 소형 리튬이온 방식을 채택해서 부피의 한계를 줄여서 더 많은 용량의 배터리를 설치할 수 있게 되었다. 국내 기업들은 차세대 기술에 더 많은 투자와 영업을 하다 보니 테슬라가 사용하는 방식의 배터리 기술에 미온적이었다고 볼 수 있다. 결국 중대형 주문생산 배터리 사업에만 치중해서는 현재의 구조를 벗어날 수 없으며, 배터리 공급전략을 다각화하지 않으면 기술은 1위지만 시장점유율은 계속 떨어질 수밖에 없을 것이다.IV. 전기차와 커넥티드카의 상관관계
전기차를 소개할 때 항상 같이 언급되는 기술이 무인자율주행기술과 커넥티드카 개념이다. 무인자율주행기술과 커넥티드카 개념은 하드웨어적인 기술이 아니라 소프트웨어 기술이 중심이다. 소프트웨어의 명령을 자동차의 파워트레인에 전달해야하는 과정에서 내연기관을 이용한 자동차는 다시 기계식 장치로 변환해야하는 과정이 수반된다. 쉽게 말해서 Digital-Analog 변환기가 필요한 셈이다. 반면 전기차의 경우 소프트웨어 명령을 변환없이 모터 제어장치에 전달이 가능하다. 그래서 전기 모터를 이용한 전기차가 더 빠르고 정확하게 소프트웨어에 반응하게 되며, 오류의 발생 가능성도 줄어들게 된다. 과거의 전기차는 배터리를 이용한 주행이 목적이었지만, 현재의 전기차는 소프트웨어를 통한 효율의 극대화가 핵심이다. 그리고 항상 네트워크에 연결되어 있기 때문에 다양한 외부의 정보를 쉽게 공유할 수 있고, 효율을 극대화 시킬 수 있다. 테슬라 전기차는 이러한 관점에서 본다면 사물인터넷에서 얘기하는 커넥티드카의 요건을 충족시킨다. 커넥티드카의 핵심 기술은 운영체제와 네트워크다. 애플 구글과 같은 모바일 운영체제를 보유한 기업들이 커넥티드카 시장에 진출하는 이유가 여기에 있다. 최근 애플은 테슬라의 주요임원을 영입하였다. 애플이 직접 자동차를 만들지, 아니면 기존 자동차업체들에게 커넥티드카를 위한 운영체제와 소프트웨어만 공급할지는 알 수 없지만, 커넥티드카 산업의 주도권은 기존 자동차업계가 아니라 소프트웨어 기업들이 가지고 있다는 것은 분명하다. 최근에는 스마트자동차의 목적을 보다 세분화해서 무인자율주행기술로 국한시켜서 사용된다. 무인자율주행기술의 한계는 자동차가 수집할 수 있는 측위정보와 자동차에 장착된 센서만을 이용해서 주행이 가능해야 한다. 그러다보니 위급한 상황에서 자체적인 판단이 필요한데, 이 판단의 기준이 많은 논란을 야기시킬 수 있다. 올해 2월 캘리포니아에서 시험주행이던 구글의 자율주행차가 ‘끼어들기’를 시도하는 과정에서 버스와 충돌사고가 발생하였다. 고속도로 주행과 달리 시내 주행은 수많은 도로상황에 따른 변수가 존재한다. 차량 통행이 많은 도로에서 뒤에서 다가오는 차가 없을 때 차선을 바꿔야 된다면, 영원히 차선변경을 못할 수도 있다. 일반적인 운전자의 경우 끼어들기를 시도할 경우 뒷차의 양보를 기대하고 차선 진입을 하게 되고, 사고의 발생시 일정 부분의 책임을 가지게 된다. 하지만 자율주행자동차가 이러한 경우 어떤 판단을 내려야할지에 대해서 자동차의 주인과 합의가 이루어지지 않은 상태라는 문제를 가지게 된다. 일명 ‘끼어들기’ 딜레마에 봉착한 셈이다.V. 커넥티드카에 대한 규제와 정책 그리고 미래
커넥티드카가 활성화되기 위해서는 전기차 대중화가 선행되어야 한다. 기존 내연기관 자동차라고 해서 커넥티드카 기술을 적용하지 못할 이유는 없지만, 결국 과도기적 기술이 될 가능성이 높다. 많은 유럽 선진국들이 전기차 확산에 주력하는 이유는 강력한 친환경정책의 영향이 크다. 심각해지는 환경오염 문제로 인하여, 많은 국가들이 내연기관 자동차에 대해서 패널티를 부과하는 방식의 규제가 강화될 것으로 보인다. 미국의 캘리포니아주와 뉴욕주를 비롯한 11개 주는 무공해차량 의무 판매 비중을 2020년까지 22%로 확대할 계획이라고 한다. 특히 2018년부터는 HEV가 무공해차종에서 제외된다는 점을 주목할 만하다. 현재까지는 HEV도 무공해차량 혜택을 받았지만 앞으로는 PHEV와 BEV만 적용된다. 전기차의 천국이라 불리는 노르웨이의 경우 전기차 구입시 차 가격의 절반에 해당하는 세금 감면 혜택을 받는다. 등록세 감면, 유료도로 통행료 감면, 부가세 면제, 버스 전용차선 진입 허용, 하루 6~16시간 무료 주차 및 무료 충전 서비스까지 받을 수 있다. 단순히 보조금 지원 차원이 아니라 사회 인프라를 기반으로 다양한 혜택을 제공하여 전기차 운전자의 만족도를 높이는데 많은 노력을 기울이고 있다는 점에서 참고할 필요가 있다. 테슬라 모델3 예약판매 때문에 미국과 국내에서도 보조금에 대한 이슈가 커지고 있다. 미국의 경우 연방정부 보조금 최대 7,500달러와 그리고 각주에서 지원하는 보조금 약 2,500달러 지원을 받을 경우 약 1,200만원 정도를 할인받은 셈이 되는데, 문제는 현재 연방정부 정책이 제조사당 최대 20만대까지만 지원하도록 되어있어, 단기간에 예산이 소진될 경우 보조금을 받지 못할 수도 있다. 아직은 테슬라 모델3가 소비자에게 전달되는 시점은 내년 하반기부터이기 때문에, 전기차 활성화를 위해서 미국 정부가 어떤 노력을 펼칠지 지켜볼 필요가 있다. 보조금 관련해서 국내 사정도 크게 다르진 않다. 현재 국내의 경우 국비 1,200만원, 지방자치단체 보조금 300만~800만원이 지원되어 2000만원 정도 할인받을 수 있다고 알려져 있는데, 최근 테슬라 예약주문 때문에 정부부처에 문의가 많이 들어온다고 한다. 정부 관계자는 테슬라 제품이 국내에 들어오려면 2년 이상 시간이 필요하기 때문에 그 사이에 정책이 어떻게 바뀔지는 예측할 수 없다는 입장이다. 노르웨이 사례에서 보듯이 전기차 활성화를 위해서는 민간기업의 노력만으로는 한계가 있다. 정부지자체와 환경관련 부처의 노력없이는 고가의 전기차가 쉽게 대중화되기는 어려워 보인다. 보조금 이슈와 함께 충전소 보급도 당면한 과제다. 미국처럼 개인 차고지가 보편화되지 않은 국내 사정을 고려할 때 가정에서 충전하기에도 불편한 환경이다. 현재 주유소에 충전소를 병행하는 방법이 가장 현실적이지만, 기존 주유소 입장에서 충전소는 심각한 경쟁사이기 때문에 병행하기는 어려워 보인다. 그래서 정부와 민간이 공동으로 운영하는 충전소 보급률을 높여야한다. 최근에 KT와 정부가 공동으로 전기차 충전소 1만개 만드는 협력안을 체결했다고 하는데, 구체적으로 언제부터 설치가 이루어질지는 아직 미지수이다. 더불어 충전시 요금도 현실화 되어야 한다. 현재 국내 충전요금은 미국에 비해 2배 이상 높아서, 디젤이나 LPG 대비 대체 효과가 크지 않다. 지금 수준의 충전 요금이라면 BEV는 커녕 PHEV도 현실적이지 않은 수준이다. 테슬라 같이 태양광을 활용한 충전소 보급 방법도 고려해 볼 만하다.현재 기술의 발전 방향을 고려할 경우, “전기차 = 커넥티드카” 라는 등식이 성립하게 될 것이다. 전기차의 장점인 소프트웨어 경쟁력은 자연스럽게 커넥티드카의 발전과 일치하게 된다. 커넥티드카는 AR(증강현실)같은 디스플레이 기술 및 스마트워치 및 웨어러블을 통합 입출력 인터페이스와 쉽게 결합될 것이다. AR은 다양한 센서들과 결합되어 운전을 보조하는 스마트 네비게이션 역할을 하게 될 것이다. 네트워크 관점에서 보면 사물인터넷에서 언급되는 커넥티드시티와 상호연계되어 도시와 공공장소에서 하나의 객체로서 커넥티드카가 다루어지게 될 것이다. 플랫폼 관점에서는 커넥티드카를 위한 운영체제를 누가 선점하게 될 것인지 치열한 경쟁이 예상된다. 기존 모바일 운영체제를 보유한 애플과 구글이 유리한 위치에 있지만, 세계 1위 전기차 제조사인 테슬라의 행보에 따라서 다양한 반전이 예상된다. 초기에는 판매량에서 압도적인 테슬라의 플랫폼이 유리한 위치를 선점하게 되겠지만, 기존 자동차업계와 플랫폼 기업들의 합종연횡에 따라서 강력한 연합군이 만들어질 수도 있다. 궁극적으로 플랫폼의 역할은 단순한 정보 공유와 커뮤니케이션에 국한되지 않으며, 사용자의 운전패턴과 도로 교통량에 대한 빅데이터 분석을 통해서 보다 효과적이고 안전한 자동차 주행을 도와줄 수 있어야 한다. 아직은 커넥티드카가 가야할 길은 멀고도 험하다. 하지만 테슬라가 모델3를 통해서 전기차 대중화의 가능성을 보여준 만큼 생각보다 빨리 커넥티드카의 미래가 다가올 수도 있다. 국내 자동차 제조사들도 전기차에 대한 많은 투자와 연구개발을 하고 있지만, 소프트웨어 경쟁력 없이는 커넥티드카로서의 경쟁력은 확보하기 어려울 것이다. 2차전지 기술에 대한 협력만큼 소프트웨어 기술에 대한 협력이 절실하다.
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