자동차 기술 탐구: 자율주행을 위해 전기자동차가 필요한 이유

글로벌 자동차 시장 수요는 2020년~2025년 CAGR 6% 수준 성장할 것으로 예상되는 가운데 전기자동차가 성장(BEV CAGR 52% vs. Non-BEV CAGR 3%)을 견인할 것 으로 전망한다. 전기자동차의 비중은 2020년 3%수준에서 2025년 18%수준으로, 판매량은 18백만대까지 증가할 것으로 추정한다.

 

 

 

대부분 자율주행 기반은 전기차로 인식한다. 이는 자율주행에 가장 앞서 있다고 평가 되는 기업으로 전기차 기업인 테슬라를 떠올리기 때문이다. 또한 GM 등 완성차 기업들 역시, 완전 자율주행 차량은 전기차 기반 임을 염두해 두고 기술 개발을 하고 있다. 이 러한 흐름은 단순히 향후, 내연기관차의 대부분을 전기차가 대체할 것으로 보고 있기 때문만은 아니다. 이는 자율주행차의 기반이 전기차였을 때, 유리한 점이 훨씬 많기 때문이다.

 

첫째, 자율주행의 주요 에너지원은 전기다. 이에 별도의 배터리를 장착해야 하는 내연기관차보다 전기가 동력인 전기차가 훨씬 유리하다.

 

자율주행차는 수많은 센서, ECU, Actuator 등 시스템 구동을 위해서 많은 전력을 필요로 한다. 특히 자율주행 레벨이 높 아질수록 필요 전력량이 증가하기 때문에 이를 충족할 수 있는 충분한 전력이 필요하다. 내연기관차는 차량 운행 중 자율주행 시스템 등을 작동시키려면 주행하지 않을 때에도 엔진을 공회전 상태로 두는 경우가 많다.

 

그러나 전기차는 저장된 에너지가 배터리에서 직접 공급되어 시스템을 작동시키기 때문에 주행하지 않을 때에는 모터가 멈춰있다. 그 만큼 에너지효율이 높기 때문에 전력이 많이 필요한 자율주행에 있어서 유리하다.

 

둘째, 연료 및 유지비가 저렴하다. 자율주행 레벨이 올라갈수록 관련 유지비도 증가할 수밖에 없다.

 

이에 연료 및 유지비가 저렴한 전기차가 내연기관차 대비 유리하다. 내연 기관차와 전기차의 연간 연료비를 비교해보면, 현대 아이오닉 기준, 연간 16만원(연 14,000km 주행 기준), 내연기관차 아반떼 기준, 연간 762만원(연 14,000km 주행 기 준) 수준으로 전기차가 훨씬 저렴하다. 유지관리비 또한 내연기관차보다 전기차가 9~18% 저렴하다.

 

내연기관차는 연료가 매번 공급되어 연소되기 때문에 오일 찌꺼기 등으로 인한 고장 위험이 높다. 이에 주기적으로 부품 관리를 해야 한다. 전기차도 모터가 노화되기는 하지만, 꾸준히 관리할 필요는 없다

 

 

셋째, 짧은 반응시간으로 자율주행 시, 안정성이 높다.

 

앞서 언급했듯이, 에너지원이 배터리에서 직접 공급되어 대기시간이 짧다. 이에 에너지효율 측면에도 장점이 있지만, 빠른 반응 속도로 인해 즉각 출력 제어가 가능해 안정성을 높일 수 있다. 이 밖에도 공간 의 다양한 활용, 친환경 측면 등 전기차 기반 자율주행차의 장점은 많다.

 

이에 완성차 기업들은 전기차 전용 플랫폼화를 통해 하부를 고정시키고 있다. 그리고 상체에 다양한 자율주행 시스템을 디자인하는 방향으로 기술 개발이 진행되고 있다.

 

 

전기자동차 구동의 핵심이 되는 전기모터는 기존 내연기관차의 엔진 역할을 대체하며 초기 출시된 모델의 경우 전기모터 1개로 전륜에만 동력을 전달하는 전륜 시스템을 사용했다. 이후에 토크(내연기관의 크랭크축에 일어나는 회전력: 회전축을 중심으로 회전 시키는 힘)의 성능을 높이기 위해 전기모터 2개를 사용하여 전륜과 후륜에 각각 동력 을 전달하는 시스템을 사용하고 있다.

 

향후에는 자동차 각각의 휠(바퀴)에 장착되어 독립적으로 구동하는 In-Wheel 전기모 터 시스템을 도입할 것으로 전망한다. 차체와 별개의 시스템으로 구동하기 때문에 전기 차의 에너지 효율을 향상시키는 차세대 기술로서 주목받고 있으며 대형모터나 동력 전 달 장치 등이 필요 없어 공간 활용성을 높일 수 있다. In-Wheel 모터가 도입되면 차량 1대당 전기모터의 개수도 4개로 증가되는 만큼 전기모터 시장의 성장이 확대될 것으로 전망한다.

 

전기자동차 모터, 인버터 등 구동계 부문 시장의 점유율 상위(10% 이상) 업체는 Denso, ZF, Bosch, 현대모비스가 있고 국내 업체로는 LG마그나, LG이노텍, SNT모티브, 만도 등이 있다. 국내 업체의 경우, 대부분 국내 완성차 업체인 현대-기아차 향으로 공급이 이루어지고 있으나 LG마그나, LG이노텍의 경우 국내를 포함 북미, 유럽 등 해외 기업을 중심으로 고객을 확보하고 있다.

 

LG전자 VS 사업부는 2016년 GM(Chevrolet Bolt)향으로 Mass-Production을 시작 한 이래 2018년 Jaguar Land Rover, 2020년 FCA, 2021년 European OEMs 향으로 고객군을 확대해 나가는 동시에 2021년에는 Magna와 e-Powertrain Joint Venture 를 설립하였다. Magna는 안정적인 전기모터, 인버터 수급을 확보하고 LG전자는 Magna의 R&D 역량과 다양한 고객 네트워크를 활용하여 시너지를 만들어 내고 있다.

 

 

 

출처: LG마그나, 이베스트투자증권, Dpartment of Energy, 한국에너지공단, SA

 

 

뜨리스땅

 

 

 

 

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