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반도체와 더불어 자동차는 국내 경제/산업을 먹여 살리는 핵심으로서 미국, 일본 및 독일 등 선진국들은 세계시장을 선도하는 자국내 글로벌 기업을 갖고 있다. 그런데 현대자동차그룹은 자동차 분야에서 제2차 세계대전 이후로 개도국에서 글로벌 메이저로 등극한 유일무이한 사례로 평가된다. 체크공화국의 스코다와 말레이시아의 프로톤 사가 등이 있지만 명맥만 유지하고 있을 뿐이다. 한편 전기차/자율주행차로 전환되는 거대한 패러다임의 전환 과정에서 기존의 비즈니스 모델은 더 이상 작동하지 않게 됨에 따라 새로운 시스템으로의 환골탈태를 요구받고 있다. 내연기관 중심의 기존 패러다임에서는 종합자동차메이커가 우월할 수밖에 없지만 AI 등이 주도하는 4차산업혁명시대에는 생태계 구축이 관건이다. 특히 토요타는 전기차와 연료전지차에서 현대자동차그룹에 뒤졌지만 최근 각성하고 있으며 테슬라는 더 말할 필요도 없다. 이러한 관점에서 현대자동차그룹의 전기차/자율주행차 상황을 점검해 본다. <편집자 주>
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 무선충전에는 자기유도, 자기공진 및 전자기파 등 세 가지 방식이 있다.
자기유도 방식은 스마트폰에서 볼 수 있듯이 무선충전기와 스마트폰 내부에 각각 전선 코일을 내장시키고 무선충전기에 전력을 공급하면 내부 코일에 흐르는 전류가 자기장을 형성하여 접속된 스마트폰 코일에 자기장을 발생시켜 유도 전류가 생성되는 것과 같은 원리이다.
자기공진 방식은 코일이 맞닿지 않아도 무선충전기의 코일에서 특정 주파수로 진동하는 자기장을 일으켜 같은 주파수를 가진 전기차에 전류를 전달하면서 충전이 이루어지게 된다.
전자기파 방식은 멀리 떨어져 있는 충전기가 수백 MHz에서 수 GHx의 주파수 대역을 사용해서 원격으로 전력을 보내면 센서가 전기에너지를 흡수하는 원리이다.
• 무선충전의 자기유도, 자기공진 및 전자기파 중에서 현재는 자기공진 방식이 주류
각각의 장단점을 살펴보면 자기유도 방식은 기술성숙도가 높아 상용화가 용이하며 소형화 및 수중 적용도 가능한 반면 충전기와 수 mm만 떨어져도 효율이 급감하고 발열이 증가하는 단점이 있다.
자기공진 방식은 충전기와 전기차가 0.6~1m 이내에만 있어도 충전이 가능하지만 충전효율이 자기유도에 비해 떨어지고 충전 시간도 길다.
전자기파 방식은 아직 기술이 초기 단계일 뿐만 아니라 전자파 문제 등 해결해야 할 과제가 많다.
따라서 전기차 업체들은 자기공진 방식에 주목하고 있다. 무엇보다 충전기와 전기차가 접속될 필요가 없어 전기차의 크기 및 배터리 위치 등이 달라도 적용될 수 있으므로 전기차 모델을 불문하고 활용 가능하기 때문이다.
• 현대차, 자율주행과 접목 위해 제네시스 전기차에 무선충전 시범 사업 진행 중
현대기아차는 제네시스를 대상으로 자기공진 방식을 적용하여 2022년 2월부터 상용화를 지향한 시범 사업을 진행 중이다.
충전되는 흐름을 설명해 보면, 전기차가 충전 공간에 주차하면 컨버터를 통해 바닥의 자성체 패드에 전기가 흐르게 되고, 차량 하단부의 자성체 패드와 공진을 통해 차량으로 전기를 전달하게 된다.
그리고 전달된 전기는 차량 시스템의 컨버터를 통해 배터리에 저장된다. 이 설비의 충전 성능은 11kW로 제네시스 GV60 기준(77.4kWh)으로 약 8시간이 소요되는 것으로 알려졌다.
현대기아차는 이러한 무선충전 기술과 자율주행 기술을 접목시켜 나가고 있다.
• 그린파워, 세계 최초 11kW급 무선충전 기술 상용화, 글로벌 무선충전 시장 TOP2 및 국내시장 95% 석권
㈜그린파워(이하 그린파워)는 조정구 대표가 KAIST에서 전기공학 박사학위를 받고 한국전기연구원에 근무하던 1998년에 국내에서 처음 개발한 무선전력 전송기술을 기반으로 과기부의 창업 지원과제를 수주하여 사업을 시작하였다.
이 회사의 주력제품은 산업 공정에 적용되는 무선전력 전송장치로서 삼성전자 LCD 생산 공정에 적용된 이후 현재까지 반도체, OLED, 자동차, 배터리 등의 제조공정에는 물론 의약품 및 식품 공정에 1kW급 소형에서부터 260kW급 대용량까지 다양한 사양의 무선전력 전송장치를 생산‧공급하고 있다.
이 회사는 중소기업이지만 무선충전 관련 글로벌 시장에서 TOP2의 위상을 차지하고 있으며 국내 시장은 95%를 석권하고 있는 강소기업이다.
• 제네시스 GV60에도 그린파워의 무선충전 설비 기술 채택
특히 주목되는 것은 최근 현대자동차의 제네시스 GV60의 무선충전 설비에 이 회사의 기술이 도입되었다는 사실이다.
그린파워는 이미 2009년 KAIST와 공동으로 전기버스가 도로 위를 주행하면서 충전이 가능한 ‘온라인 전기차 기술’을 개발한 바 있다.
20cm 이상의 공극을 통해 100kW의 전력을 충전하면서 최대 85%의 고효율을 달성함으로써 구미시 시내버스 4대에 적용해 상용화하는 데 성공한 바 있다.
이 기술은 충전 시간 및 주행거리의 제약이 없는 이상적 기술이었지만 안타깝게도 도로에 급전선로를 매설해야하기 때문에 도로 개보수 시 급전선로가 손상되면 다시 깔아야 한다.
뿐만 아니라 버스가 급전선로 중심에서 벗어날 경우 전력전송 효율이 급속하게 감소하는 단점이 있어 전국으로 확대 적용되지는 못하였다.
그러나 무수한 기술적 성공과 실패를 바탕으로 그린파워가 현재의 위상을 차지하게 된 것을 부인할 수는 없을 것이다.
최근 그린파워는 이차전지 후공정 제조장비 시장에 진출하여 배터리 셀을 직렬로 적층하여 하나의 전원장치로 충‧방전할 수 있는 직렬 포메이션 기술도 개발하고 있다.
현재 이차전지 후공정에는 모든 셀을 한번 충‧방전 하는 데 3~4시간이 소요되는데 포메이션 장비가 차지하는 비중이 상당한 점을 감안하면 배터리 생산설비 능력을 확대하기 위해 공정의 규모와 전력 소모를 최대한 감소시키고 공조기 용량도 함께 줄일 수 있는 장점이 있어 주목되고 있다.
그린파워는 지난해 창사 이래 처음으로 매출액 1012억원, 순이익 180억원을 기록하였는데 향후 2025년 매출 5천억원, 주식 상장을 통해 기업가치 1조5천억원을 달성한다는 목표로 기술개발에 매진하고 있다.
한편 2022년 12월 국내 전기차 충전 관련 스타트업 ‘와이파워원’은 금년 영국 밀턴 킨스(Milton Keynes)에서 진행되는 전기차 공유 사업의 무선충전설비 설계를 최근 수주한 바 있다.
이렇듯 작지만 강한 국내 무선충전 관련 기업들이 글로벌 시장을 적극 공략하여 성공 소식을 연이어 들려주길 기대해 본다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
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