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제목 [전기자동차(EV)는 어떤 차인가①] 고급·정밀 기술이 필요한 제작이 어려운 차
담당자 김유생 담당부서 전시홍보팀
연락처 02-3459-0027 등록일 2018-06-18 13:23:08.293
Industrial Trend
자료_ 일본 생산재마케팅지 4월호

 

최근 친환경이 화두로 떠오르면서 전기자동차(EV)에 대한 관심이 집중되고 있다. EV란 도대체 어떤 차일까? 엔진차와의 차이를 한마디로 말하자면, 엔진이 아니라 배터리와 모터로 움직이는 차이다. 이와 같이 특징을 간단히 표현할 수 있기 때문에 그야말로 ‘만드는 것도 간단한 차’라고 오해하는 사람들이 적지 않다. 그러나 EV를 만드는 것은 사람들이 흔히 생각하는 것보다 훨씬 더 어렵다. 설계도 제조도 결코 만만치 않다. 월간 공작기계(MTM)에서는 EV에 대해 2회에 거쳐 게재해 EV를 심도 깊게 살펴보고자한다.

 

 

제작이 어려운 두 가지 이유

“전기자동차(EV)는 만드는 것이 어렵다.”
이것이 수개월간에 걸친 조사에서 도달한 결론이다. 그 이유 중 첫 번째는 배터리 주변부와 관련해서 기술개발의 여지가 아직도 많이 남아 있다는 점이다. 따라서 지금 현재 어떤 업체가 개발력으로 세계를 주도하고 있더라도 몇 년 후에는 그 기술이 진부해져 개발경쟁에서 도태될 가능성이 높다.
두 번째는 필요한 개별 부품에 대한 요구수준이 높다는 점이다. EV는 처음부터 배터리라는 초중량물을 장착하고 달려야 하기 때문에 경량화의 필요성이 엔진차량보다도 훨씬 더 크다. 모든 부품을 소형화하여 고정밀도, 고강성으로 만들 필요가 있다.
흔히 ‘부품수가 적다’라고 이야기하지만, 설사 그렇다 하더라도 ‘제작이 용이하다’고 생각한다면 이는 큰 오산이다. 오히려 가공하기 어려운 부품들이 점점 더 늘어날 것으로 보인다. 고정밀도란 기계학적인 측면에서 고기능이라는 뜻과 같기 때문이다.
예를 들면 유니트끼리 연결하는 인터페이스가 발전하게 되면 유니트의 조립이 간단해져 조립공정에서의 ‘조정’ 작업이 불필요하게 된다. 그러나 이는 단순히 부품 간에 이루어지는 초고정도의 조정이 유니트 내부에서 마이크로 수준에서 이루어진다는 것을 뜻할 뿐이다. 모든 자동차부품은 기술의 결정체이다. 그리하여 자동차업체는 모든 부품을 고도화하여 복잡하고, 복합화시켜 최종제품의 경쟁력을 높이고 있다.
이러한 근본적인 접근방법이 바뀌지 않는 한 단순한 가공으로 만든 단순한 부품을 프라모델과 같이 조립하는 방법으로는 EV를 만들 수 없다.
또한 EV개발에 있어서는 인터넷과의 접속(connectibility)을 향상시키면서 자율운전 등과 같은 기술 트렌드와 보조를 맞출 필요가 있다. 카메라 등 인간의 오감을 대체할 수 있는 센서의 필요성이 압도적으로 커지게 된다.
그러나 기본적으로는 고기능화는 중량상승을 뜻한다. 고기능을 유지하면서 가볍게 만드는 것이 설계자들의 진정한 역량이라고 할 수 있다. 예를 들면 모터와 인버터를 타이어(wheel)에 내장하는, 미래의 차세대기술 ‘In Wheel Motor’가 있다.
각 유력부품업체들이 개발에 나서고는 있지만, 아직 중량과 생산비용이라는 두 가지 과제를 해결하지 못하고 있어 현재로서는 실용화 단계에 이르지 못하고 있다.

 

 

 

EV란 이런 차다

다음으로 EV의 기본구성을 살펴보자.
EV는 배터리를 탑재하고 거기에서 방출되는 전력으로 모터를 돌리고 그 동력을 타이어에 전달한다. 이러한 동력이 전달되는 일련의 흐름인 전동파워트레인을 구성하는 부품들 중에서 중요한 것은 배터리, 인버터, 모터의 3가지로, 일반적으로 ‘EV 삼종의 신기’라고 불린다. 
배터리는 건전지와 동일하며 전기를 충전 및 방전하는 시스템을 가리킨다. 전지의 형태는 현재 리튬이온이 주류이나, 이것이 EV의 동력원으로서 완벽한 최종형태는 아니다. 
고체전지나 공기전지 등 차세대배터리의 개발도 꾸준히 이루어지고 있다. 이 중 비교적 실용화가 멀지 않은 것이 고체전지이다. 리튬이온전지와 달리 축전을 위한 전해액이 고체이기 때문에 액체누출의 우려도 없고 발화 등의 사고도 일어날 가능성이 적다고 한다.
인버터는 배터리에서 출력된 전압의 주파수를 바꿈으로써 모터의 회전수를 제어하는 장치이다. EV와 하이브리드차의 경우 감속 시 발생하는 에너지를 전력으로 변환하여 축전시키는 기술인 ‘회생’(回生)이 사용된다. 이 때 인버터가 모터와 엔진 측에서 발생한 에너지를 축전에 가장 적합한 전압으로 조정하는 역할을 담당한다. 
모터는 전동기 또는 발동기라고도 불리며 전기에너지를 회전력으로 바꾸는 장치이다. EV에서의 역할은 엔진차의 엔진에 해당한다. 스테이터(stator)라고 불리는 고정자 안에서 로터라고 불리는 회전자를 회전시켜 자장과 전력의 상호작용으로 회전력을 얻는 것이 기본적인 구조이다. 
전자석 역할을 하는 코일을 감는 방법이나 전자강판의 적층방법 등 생산 기술적인 측면에서의 과제도 적지 않다. 

 

 

2030년에 연 1,000만대 생산 추정

‘제조 과정’에 대한 특집 테마이기는 하나 시장성에 대해서도 살짝 언급해두고자 한다. 
일본은 하이브리드차와 플러그인 하이브리드차의 보급으로 인해 EV의 보급이 비교적 더딜 것으로 예측되고 있다. 한편 세계평균으로 보면 EV의 점유율은 2030년경까지 10~15%내외로 증가할 것이라는 견해가 일반적이다. 즉 이 무렵에 자동차의 연간 생산대수가 약 1억대가 된다고 한다면, EV의 생산량은 1,000~1,500만대 정도가 된다고 볼 수 있다.
그러나 보급을 가로막는 우려요인도 몇 가지 있다.
그 중 첫 번째는 희토류 금속의 확보가 어렵다는 점이다. 특히 우려되는 점이 초경공구 등에도 사용되는 코발트의 가격급등이다. 코발트는 리튬이온전지의 정극재 재료로 사용되는데, ‘EV로의 전환에 대한 기대감’이 투기자금을 불러들여 시중가격이 2년 만에 3배로 급등했다.
자석용 네오듐은 광석에서 추출할 때 대량의 방사성 폐기물이 생겨난다. 따라서 환경보호의 관점에서 기존의 채굴방법을 억제하는 움직임이 생겨나고 있다. 또한 희토류 금속은 기본적으로 아프리카 등 정치적으로 불안정한 장소에서 채굴되는 경우가 많다. 자원쟁탈 때문에 내전이 심화되고 있는 나라도 적지 않다. 
이외에도 보급을 저해하는 요인으로는 ①운행거리가 짧다, ②충전시간이 길다, ③충전인프라가 적다, ④운전이 재미없다, ⑤가격이 비싸다, ⑥실제 비용대비 성능이 불투명하다 등을 들 수 있다. 어느 단계에서 어떤 과제가 해결되는가에 따라 보급 정도가 크게 달라질 것이다.