1. 서론

？ 현재 개발 중인 자동차 기술공학 중에서 가장 중요한 기술 두 가지를 든다면 자동차 통신기술과 동력장치의 전기화 기술이라고 할 수 있다. 비록 이들 두 기술은 각각 별도로 개발되어 왔지만, 이 기술들의 향후 발전 형태는 서로 분리되어서는 진행될 수 없는 상황이다. 더욱이, 이들 두 기술은 상호 보완적으로 작용하여 한 기술이 다른 기술을 더욱 효과적으로 작동하도록 한다. 이러한 가능성을 인지하여, 자동차 연구센터(CAR)에서는 미시간 교통국(MDOT) 의 지원을 받아 이들 두 기술의 연계성과 시너지 효과 및 동시개발에 대한 분석을 실시하였다. 본 보고서는 이 두 기술이 자동차 시장에서 서로 상대기술을 강화시켜 주는 역할 수행의 잠재적 성능과 관련된 CAR의 견해를 제시하도록 한다. 궁극적인 본 보고서의 목적은 이러한 기술들을 이용하여 "녹색과 소통"으로 인한 추가편익의 가능성에 대한 관심을 유발시키고, 이러한 편익을 달성하기 위한 방안에 대해 검토하는 것이다.

？ CAR와 MDOT는 몇 가지 구체적인 목적을 가지고 이 백서를 발간하였다. 첫째, 이들은 통신기술과 전기화기술 간의 상호작용을 체계적으로 문서화하여 널리 대중에게 알리고, 동시에 이들 기술들의 순차적인 개발단계가 어떻게 서로 상호간에 도움을 주는 지를 보여주고자 함이다. 둘째는, 이들 기술들을 광범위하게 전파시키고 일반 자동차를 이용하는 대중들이 이러한 편익들에 대해 충분히 인지하도록 하는데 필요한 기술적, 법률적 및 기타 다른 요소들을 상세히 제시하기 위함이다. 또한, 셋째로, 미시간 주에서 이 기술을 이용하여 지역산업과 지역경제에 편익을 도모할 기회를 파악하기 위해서 이다.

1) 자동차의 소통 및 통신기술

？ 미 교통부(USDOT)에서는 통신기술을 적용하여 자동차 교통흐름을 개선하는 프로그램의 시행에 착수하였다. 소위 자동차 소통기술(Connected Vehicle Technology)로 알려져 있는 이 프로그램은 자동차와 자동차(V2V), 자동차와 기반시설(V2I) 및 자동차와 기타장치들 간의 통신기술 조합으로 교통안전, 이동성 및 환경개선 효과를 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 이미 이러한 기술들은 미시간 주를 포함하여 몇몇 지역에 시연되었다. MDOT의 주도하에서 미시간 주는 국내의 자동차 소통기술 개발에서 선도적 역할을 수행해 왔다.

2) 전기 동력화

？ 미국의 교통부문 에너지 사용량은 전체 미국 에너지 사용량의 28.1%를 차지하고 있다. 대기오염, 에너지 종속 및 점차 증대되는 기후변화에 대한 우려는 계속적으로 새로운 교통해법을 찾도록 하는 동기부여가 되고 있다. 이에 대하여 대부분의 경우 경자동차를 중점적인 검토대상으로 선정하는데, 이 자동차가 미국 교통부문의 에너지 소비 및 온실가스 배출량의 60%를 차지하고 있다.

？ 일반적으로 말하면 이러한 자동차 동력을 전기 동력화 하는 기술에는 4가지의 형식이 존재하는데 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 장거리 전기자동차(EREV) 및 배터리 자동차(BEV)와 같이 분류된다. 이 기술들은 제시한 순서대로 전기동력 의존도, 전기구동 및 보다 작은 CO2 방출량 등을 보여주는 특징을 가지고 있다. (그림 1 참조) 첫 번째를 제외한 나머지 2개의 기술은 플러그인 전기자동차(PEVs)로 분류할 수도 있다. 이 자동차들은 고압전류를 제어하는 내부 동력엔진의 차이점을 가지고 있으며, PEV기술개발의 가장 중요한 기술은 전력 전자공학과 동력제어기술이다. 자동차 산업에서는 역사적으로 이러한 기술들이 적용되지 않았으나, 전기자동차를 개발하기 위해서 필요하게 되었다.

< 그림 1 기술의 선택 : 전기화의 정도 >

？ HEV와 PHEV 차량의 중요한 차이점은 배터리의 유무이다. 일반적으로 HEVs 에서는 수소니켈 배터리를 사용하는데 반하여, PHEvs에서는 보다 많은 양의 전기에너지 확보를 위해서 리튬이온 배터리를 사용한다. 이들 배터리가 방전될 경우에는 가솔린 엔진을 가동하여 재충전 하거나 배전회로에 연결하여 재충전 할 수도 있다. 토요타 프리우스 HEV 차량은 현재 Calcars 및 기타 몇몇 회사에 의해 PHEV 차량으로 개조가 가능하다. 또 다른 좋은 사례로서는 Bright Automotive 사의 IDEA 운반용 벤을 들 수 있다.

< 그림 2. 미국의 하이브리드 전기자동차 판매량(1999-2010) >

2. 연계와 시너지

？ 자동차의 전기 동력화와 상호연결기능을 어떻게 실현시키는가를 파악할 때 전기 동력화에 대한 2가지의 개념정의가 매우 중요하다. 첫 번째는, 대체연료 및 구동시스템으로부터 하이브리드 전기자동차와 배터리 전기자동차까지 포함하는 대단히 광범위한 개념이다. 두 번째는, 단순하게 일반 전력으로 충전이 가능한 자동차와 그렇지 못한 자동차로 구분한다. 후자의 정의에서는 플러그인 하이브리드 차량(PHEVs), 장거리 하이브리드차량(EREVs) 및 배터리 하이브리드 차량(BEVs)이 모두 포함된다. 하이브리드 자동차(일반전기로 충전이 불가능한)가 중기적 관점에서는 일반 충전이 가능한 전기자동차에 비해 연료 효율성에 대한 문제점을 해결하는데 더 적합한 해법인 것은 분명하지만, 하이브리드 차량의 높은 가격은 첨단 내연기관 엔진과 비교할 때 상당히 많은 난제를 유발하고 있다. 일반 배전설비에서 전기충전이 가능한 자동차는 에너지 생산/배분과 자동차/교통기반시설 간의 높은 수준의 기술적 통합을 달성할 수 있는 것으로 여겨지고 있다.

< 그림 3. 플러그 인 하이브리드 차량(PHEV)은 에너지분야와 이동성 분야를 연결한다. >

1) 단순 교통에너지 계획의 구상

？ 가장 기초적 수준의 적용가능성은 가장 효율적인 이동계획을 수립하는 것이다. 점차적으로 가장 효율적인 운행노선과 기타 중요한 정보를 운전자에게 제공하는 것이 가능해 지고 있는 추세이다. 대체연료로 사용하는 자동차의 경우에는 노선계획수립 시 주유(또는 충전)소 위치확인과 재충전(급유)을 감안한 최적경로 산정을 계산하는 것이 필요하다. 이러한 전환개념은 현재 USDOT 에서 개발하고 있는 실시간 정보처리 프로그램(AERIS)에 포함되어 있다.

< 그림 4. 단순 교통에너지 계획 및 매핑 프로그램 사용 예 >

2) 초기 망접속 통신

？ 분류체계에서의 두 번째 단계는 - 특히 GEVs에 대해 - 에너지의 생산 및 전달기능 전기회로를 포함하는 자동차이다. 최소한 이 경우에는 자동차의 위치 및 충전소을 파악하기 위해 스마트거리 산정기능의 실행이 필요하다. 배전망-균형전략은 배전망을 통해서 첨두시간대의 회피 및 운전 중 충전독려 메시지를 전달하는 것으로 실행할 수 있다. 더욱이, 여기에 휴게소 자동 요금지불기능 및 위치추적기능 등이 포함될 수 있다. 자동차를 에너지 분배시스템과 연계하는 것은 보다 효율적인 에너지 해법으로 향하는 첫 번째 단계이다.

< 그림 5. 배전망 통신기능의 사례, 마이크로 소프트 사의 가정용 통합 전기자동차 모니터링이 미래비전 >

2) 통합 에너지 전송 효율화 모델

？ 3단계 수준의 연결기술은 많은 시너지 효과를 보이는 전략들을 탄생시키고 있으며 배전망 및 자동차기술을 포함하여 많은 기술들이 개발 중에 있다. 여기에 포함된 가장 중요한 사항은 스마트 그리드 운영관리를 포함하는 것과 배전망 탑재전략을 보유한 자동차를 포함하는 개념이다. 개념적으로, 많은 수의 GEVs 는 대단히 큰 전기보관 성능을 지니게 된다. 이러한 성능은 비상 보조동력 즉, 최대전력소비에 대한 완충력으로 작용할 것이며, 아마도 재생동력 생산에 대한 보관 버퍼로서 가장 논란이 많이 발생될 부분일 것이다.

3. 기술보급에 대한 장애요소와 긍정적 요소

？ 첨단 동력장치, 자동차의 전기 동력화 및 전기 동력시스템을 포함한 주변 환경과 자동차간의 연결 소통은 실제적으로 거의 구현단계에 와 있다. 다시 말하면, 전기를 주 연료로 사용하는 자동차의 시장 진입수준은 정부, 부품산업, 기반시설 산업을 포함하는 자동차 산업이 직면하고 있는 다양한 과제들을 어떻게 해결하느냐에 따라 다른 결과를 나타내게 될 것이다. 이러한 첨단기술이 시장에서 인정받을 수 있도록 하기 위해서는 물류, 기술, 정치 및 노동관련 현안 문제점들을 극복하여야만 한다.

< 그림 6. Richardo 지각 프로그램 체계 >

< 그림 7. 일일 자동차 운행 및 전기수요>

6. 미시간 주의 기회

？ 본 보고서에서는 개발비용, 필요한 정치적 자산 및 연관된 지원 기반시설물에 대한 투자에 대해서, 어떻게 소비자의 참여를 유도하느냐는 다루지 않고 검토하였다. 분명히 신기술은 대중들에게 받아들여진다는 보장이 없는 상황에서 개발되고, 제품화되어 시장에 공급될 수 있다. 녹색 구동장치의 경우는 기존의 화석연료와 연관된 시설물들을 교체하여야 하는 사항이 비용 면에서나 편의성 면에서나 가장 큰 문제점이 된다. 이러한 변화에 도달하기 위한 방법에 따라 미해결된 많은 문제점들이 발생하게 된다.

？ 대중들의 의지와 정부의 관련기술에 대한 지원은 변함없이 지속될 것인가? 사회적 편익은 실제로 지속적으로 발생할 것으로 예상되는가? 또는 민간사업자들이 제기하는 문제점들이 장기적 의사결정 과정에 주도적으로 영향을 미칠 것인가? 이러한 의문점들이 해결되기 전 까지는 새롭고 혁신적인 기술은 여전히 상당한 도전과제로 남아있게 될 것이다.

？ 북아메리카 자동차 산업의 본고장이며, 자동차 및 연관 기반시설물을 공통적으로 포함하는 자동차 관련기술개발의 유명한 리더로서 미시간 주는 녹색의 전기자동차 및 관련기술에 대한 선도적 위치를 차지할 수 있는 대단히 좋은 기회를 맞이하고 있는 상황이다. 더욱이, 미시간 주는 약 17개에 이르는 다양한 종류 및 형식을 포함하는 총 60억 달러가 투자된 향후 10년간 20,000 여개의 신규일자리를 창출하게 될 첨단 배터리 제조기업의 본사가 위치해 있다. 미시간 주는 세계에서 사용되는 리튬이온 배터리의 약 20% 이상을 생산하게 되어, 새로운 첨단 배터리의 생산 및 기술 중심지가 될 것이다. 결과적으로 미시간 주는 보다 안전하고 환경 친화적인 전기로 구동되는 자동차의 세계적인 리더로서 위치를 잡아가고 있다. 그러나 이러한 이점을 최대한 확보하기 위해서는 공공부문과 민간부문의 헌신적인 리더쉽이 필요하며, 이들 두 분야의 원활한 공조도 절실히 필요한 상황이다.