친환경차란 하이브리드, 연료전지, 전기차 등을 일컫는데, 결국은 탈석유를 뜻한다. 석유를 덜 쓰거나 신재생에너지로 바꿔나가는 차량을 의미하며, 특히 전기차에 대해 많은 이들의 이목이 집중되고 있다. 이 글에서는 현대자동차 김철수 부장의 전기자동차와 무선충전에 대한 발표 내용을 정리했다.

친환경차를 개발해 나가는 이유는 두 가지다.
첫 번째는 이산화탄소로 인한 지구온난화 문제가 오랫동안 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있기 때문이다. 두 번째는 석유 문제인데, 석유는 각국의 에너지 안보와 밀접한 관련이 있어서 중동 문제가 불거질 때마다 유가가 불안정해진다. 그런 상황에서 탈피하기 위해 수송 분야에서는 친환경차로 전환하자는 계기가 마련됐다.
환경 규제는 셰일가스의 영향에도 불구하고 지구온난화, 화석연료 문제 등으로 인해 지속적으로 강화될 전망이다. 미국 캘리포니아 주는 대체에너지 사용 강제화 등의 환경 규제 및 ZEV(Zero Emission Vehicle) 보급 확대를 주도하고 있다.
ZEV란 배출 가스를 내지 않는 차를 의미하는데 2020년 100만 대, 2025년 150만 대 판매를 목표하고 있다. 규제 대응을 위해서는 18MY부터 지난 3년간 평균 판매량의 2%를 ZEV로 의무 판매해야 한다. 위반 시 1크레딧당 벌금이 5,000달러이다. 채택한 주는 캘리포니아, 오리건, 뉴욕, 버몬트, 메인, 코네티컷, 매사추세츠, 메릴랜드, 뉴저지, 로드아일랜드, 뉴멕시코가 있다.

‌시장동향

주요 업체들은 차별화된 전기차 투입 전략으로 시장에 대응하고 있으며 전기차를 1차종 이상 운영 중이다. 2013년 글로벌 전기차 판매량을 보면 유럽 2만5천6백만 대(27%), 북미 4만8천2백만 대(50.8%), 아시아 2만3천대(22.1%) 순이다. 전체적으로 전년 대비 판매량이 111% 증가했으며, 닛산의 리프가 지속적으로 판매가 성장 중이며 테슬라의 모델S의 판매량이 대폭 증가했다.
미국 전기차(플러그인 포함)는 금년 6월 판매량이 전년 대비 43% 증가했으며, 판매 비중이 0.84%로 사상 최대치를 기록했다.
친환경차는 하이브리드 성장 둔화, 전기자동차의 성장세가 점점 낙관적으로 전망되는데, 2022년 전기차 시장은 FCEV가 2%, EV 50%, HEV 48%의 비율을 차지할 것으로 예상된다.

‌쏘울 EV 주요 성능

현대기아에서는 지속적으로 전기차 개발을 진행해 왔다. 2000년 싼타페 EV를 하와이에서 시범 운행했고, 2010년 블루온 EV를 국내 시범 보급, 레이 EV를 소량 양산했다. 그리고 2014년 모터 용량 81.4kW, 용량 27kWh의 리튬이온폴리머 배터리 장착, 완속 4.33시간, 급속 24분의 충전 시간, 200km 이상의 이동 거리를 자랑하는 쏘울 EV를 글로벌 시장에 론칭했다.
•‌차량 기본 성능 : 쏘울 동등 이상 수준의 차량 기본 성능 확보
-소음/진동 : 쏘울 대비 우세 개발
-핸들링/승차감 : 쏘울 동등 개발
-‌충돌 : 내수 강화 NCAP 1등급(당사 자체 시험기준), 초고장력 강판 확대 적용(37.1%)
-풀 언더커버 적용으로 차체 하부 공력 개선
-연비/동력 성능 : 동급 최고 수준의 주행 거리 확보
•‌배터리 : 27kWh(75Ah, 360V) 리튬 이온 폴리머 배터리를 탑재했다. 세계 최고 수준의 셀 에너지 밀도(200Wh/㎏)를 달성했으며(고용량 전극 재료 적용, 전극 재료 충진율 향상), 중량은 275㎏, 부피는 241L이다. 또한 4단계의 배터리 안전성 확보 기술을 적용했는데, 1단계(차량 협조 제어)는 차량 시스템을 상시 진단하며 모니터링을 통해 고장 시 안전을 확보하는 것이다. 2단계(능동 보호)는 BMS 제어로, 전압·전류·온도를 이용하여 실시간 배터리 진단, 배터리 이상 감지 시 즉시 전원을 차단하는 것이다. 3단계(수동 보호)는 배터리 과충전에 의한 셀 변형 시 전류를 차단하며 침수 등의 문제 발생 시 전압이 감소하여 전원을 차단시킨다. 4단계(단전기 개발)는 세라믹 코팅 분리막 적용으로 관통 및 충돌 시 안전성을 확보하는 것이다.
•‌공조 신기술 : 공조 장치 작동 시 실도로 주행 거리 증대
-고효율 냉난방 : 히트펌프 시스템
-공조 열부하 저감 : 예약 공조, 내기 혼입량 가변 제어
-냉온기 사용 효율화 : 개별 공조 시스템
•AVN : 8인치 AVN 및 전기차 전용 콘텐츠 적용
-주행 가능 거리
-충전소 검색
-배터리 정보
-전력 소비량
•‌클러스터 : 전기차 전용 클러스터 적용
-3.5인치 OLED 정보 창
-대형 원형 LCD
•‌친환경 소재 : 내장 부품 바이오 소재 적용 등으로 친환경 이미지 강화
-식물 추출 PET, 셀룰로오스 등 바이오 소재 적용
-수성 도장, BTX FREE 소재 등 VOC 규제 대응
-항균 소재 적용
-UL 환경 마크 획득

‌표준화의 현황과 향후 방향

국내 표준화 진행 현황으로는 일반 요구사항(IEC 61851-1) 및 AC 충전설비(IEC 61851-22)를 2011년 6월 국제 표준을 반영하여 개정했다.
AC 충전 커플러는 국제 표준 제정 문서 및 제주도 스마트그리드 실증사업용 SG 단체 표준을 기반으로 KS 표준(KS C 9900)을 제정했으며, 국제 표준 반영 사양 중 국내 전력망(단상)을 고려한 5pin(type 1) 사양만을 반영했다.
DC 충전설비(IEC 61851-23)에 대해서는 2011년 9월 제정 진행 중인 ’11년 국제 표준 CD 문서 기반 부합화 작업 후 KS 개정을 했다. HMC-한전 사양, CHAdeMO, 중국 표준, Combo 총 4가지 형태의 DC 충전 시스템을 정의 중이다.
DC 충전 커플러에 대해서는 2010년 초기 제주 스마트그리드 실증사업용 단체 표준을 제정했다. 2010년 전기차 양산 시 국제 표준 커플러 사양 중 유일하게 적용 가능했던 Type AA 형상으로 긴급 표준화 작업을 진행하고, 2011년 11월 IEC 62196-3 표준화 제정 작업 진행에 따라 Type AA(CHAdeMO) 커플러와 호환될 수 있도록 국제 표준 반영 및 도면 치수 변경 후 개정했다.
DC 충전 통신 프로토콜은 2011년 11월, HMC-한전 개발 사양 기반의 단체 표준을 제정했고, 내수 독자 개발 사양 바탕으로 표준화 작업을 진행(CHAdeMO) 대비 동등 수준의 전기적 안전성 확보를 위한 관련 기관 회의 및 의견 반영 후 표준을 제정했다.
한편 급속 충전 표준화는 국가 KS 표준은 ISO 표준 제정 후 부합화하여 제정할 예정이다. 현재 제정 중인 15118-3 PLC 표준(콤보)과 국내 AMI 사업으로 추진 중인 12139-1 PLC 표준(한전)간에 통신 간섭 문제 발생, 한전 PLC 통신과 DC 콤보 간 간섭 문제 해결이 시급하다.
•‌PLC 등 통신 표준 필요성 : 정보 네트워크와 에너지 네트워크의 융합으로 스마트그리드 및 HEMS(Home Energy Management System)와 연계한 다양한 역할이 가능하다.
-‌정보 네트워크 : 클라우드 컴퓨팅 전기차 개발로 차량 위치, 음악, 동영상 등 실시간 정보 교환, S/G 기술 접목으로 전기 요금, 전력 상황 등 실시간 교환, 자택은 PC용 S/W와 PLC 모뎀으로 정보 공유, 충전 중에 가정의 컴퓨터를 이용하여 음악과 동영상을 차량에 넣거나 출발 전에 차내를 냉난방 시스템 조작이 가능하다.
-‌에너지 네트워크 : 재난 발생 시 저장된 에너지를 비상 전원으로 활용 가능하여 조명, 전화 등 생존에 필요한 전원 공급해 피해 규모를 축소한다. 또 저렴한 시간대에 전기를 사서 차에 저장한 후 비싼 시간대에 전력 재판매가 가능하다. 그리고 일본 대지진 사태를 계기로 전기차를 비상 전력 공급 장치로 활용하는 시스템을 개발한다.
•‌향후 표준화 진행 방향
-‌Vehicle-to-Consumer : 원격 충전, 차량 상태 확인, 운전자 인증(스마트키)
-‌Vehicle-to-Charging Point : PLC 통신 규약(방법, 절차, 제약 조건), 인증(운전자 인증, 차량 인증, 충전기 인증), 충전 프로파일 분석(요금 정보, 충전 가능 전력 등), 노이즈 강건화
-‌Vehicle-to-Grid : 홈 네트워크 연동, 전력망 연동, 부가서비스 제공, OEM 서버 연결

‌무선(비접촉식)충전

SAE J2954는 상호운용성, EMC(전자파 적합성), 최소 이행, 안전성 그리고 무선전력충전과 플러그인 전기 차량(경량 자동차부터 중량 자동차까지)의 테스트에 있어 받아들일 수 있는 기준들 규정에 대한 산업 전체의 가이드라인 설명서를 수립했다. 충전 레벨을 기초로 한 무선전력전송의 표준은 차량 자격 요건을 기초로 한 적절한 충전 선정을 가능케 함으로써, 더 나은 차량 패키징, 그리고 고객이 사용하기 편리하게 한다.
•‌현재는 단방향 충전이지만 미래에는 양방향의 에너지 이동이 표준에 평가될 것이다.
•‌TIR(국제 도로 수송, Transport International Routier)에서는  2015년에 필드 데이터 도입을 규격화할 생각이다.
•‌전력전송의 적절한 주파수로는 81.38-90.00kHz (85kHz
Band)를 권고하는데 이유는 85kHz는 규제력을 지녀 전망이 좋다는 것이다. 국내에서는 버스 충전 때문에 카이스트에서 60kHz를 주장하고 있다. BWF(Broadband Wireless Forum)는 85kHz의 인정을 위해 현재 일본 정부와 일하고 있다.

정리 신아현 기자 (tls2246@hellot.net)