텔레매틱스(Telematics)

스마트폰에서 스마트카로 확대되는 연결성의 확대 과정에서 텔레매틱스 탑재는 필수다. 텔레매틱스 (Telematics Control Unit, TCU) 는 텔레커뮤니케이션과 인포매틱스의 합성어다. 쉽게 말해 자동차와 인터넷을 연결하는 장치 (GPS 기술과 무선통신기술 결합)다. 무선네트워크를 통해 자동차의 상태를 진단하고 소프트웨어를 통해 운전자에게 필요한 인포메이션을 제공한다. 텔레매틱스 기술은 무선네트워크를 통한 원격, 보안시스템, 차량 관리에서 중추적인 역할을 할 것이다. 또한 실시간 데이터 수집이 가능하여 향후 자율주행구현에 있어서도 텔레매틱스의 중요도는 높아질 전망이다. 

LG전자가 전장사업을 시작하면서 탤레매틱스가 시장에서 부각되기 시작했다. LG전자는 스마트폰 사업을 기반으로 통신기술 관련 약 24,000 건의 4G 및 5G 의 특허를 기확보했다 . 경쟁사 대비 시장 점유율을 공고히하는 계기가 되었다고 판단된다. LG전자의 21년시장 출하량 기준 시장 점유율은 35%이며 매출규모 기준으로는 약 24% 이다. 25년 약 70억 달러로 전망되는 글로벌 TCU 시장에서 단순 계산으로도 LG전자가 약 17억 달러에서 24억 달러의 텔레매틱스 매출을 가져갈 것으로 전망되는 근거이다

최근 MaaS(Mobility as a Service)와 TaaS(Transportation as a Service)라는 개념의 등장으로 커넥티드카로의 트렌드는 더욱 명확해졌다. 사용자의 요구와 선호도를 반영해 실시간 교통상황과 적합한 이동 수단을 추천해 원스톱으로 서비스하기 위해서는 ‘연결’이 필수적이기 때문이다.

일차적으로는 텔레매틱스(Telematics)를 고도화해 차량 원격제어, 관리서비스 및 엔터테인먼트를 지원하는 인포테인먼트(Infortainment) 시장이 본격 개화할 것으로 전망된다. 나아가 ‘연결성’은 차량과 서비스간의 연결을 넘어 차량간 통신(Vehicle to Vehicle, V2V) 및 차량 사물간 통신(Vehicle to Everything, V2X)로 확대되어 스마트시티 등 교통 인프라 효율화에도 기여할 수 있다.

커넥티드카 비중 확대로 등장한 신규 산업

커넥티드 서비스 적용 차량 비중의 증가는 이 추세를 방증한다. 커넥티드카 시장은 15년부터 21년 5월까지 36.8%의 연평균 성장률로 성장해 등록대수 400만대를 돌파했다. 21년 5월 기준 커넥티드카 등록 대수는 424만대로 전체 2,459만대의 17.2%다. 커넥티드카 시장의 성장으로 연관 산업에서도 새로운 사업 모델이 탄생할 것으로 전망된다. 커넥티드카가 적용된 차량에 대해 보험료를 할인해주는 상품이 그 예시다. 나아가 커넥티드카를 통해 수집된 정보는 타겟 광고나 데이터 API(Application Programming Interface) 등 의 사업으로 확장을 가능하게 할 전망이다.

필수 부품 DCLC: 직류 -> 교류 전력으로 변환

친환경차 시장의 성장으로 DCLC( DC-Link)의 적용도 확대되고 있다. DCLC 는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 커패시티로 전기차의 필수 부품이다. 전기차 , 수소차 , 하이브리드 공용 부품 및 신재생 에너지 등 전기관련 사업에 사용된다. 국내 대표 DCLC 공급 기업은 삼화콘덴서이다. 22년 하반기부터 본격적으로 국내외 완성차 업체를 엔드유저로 DCLC 를 공급 중이다. 현재 고객사들의 요청으로 신규 수요가 증가해 생산능력을 추가로 확보하려는 상황이다. 제품의 수익성은 차치하더라도 전장 시장의 성장은 국내 업체들의 실적 성장으로 이어진다 . 기존 매출처의 물량 확대와 신규 물량이 반영되는 23년을 기점으로 전장향 매출액은 지속 확대될 전망이다

전자 업체들의 전장 시장 진입

부품의 변화는 전반적 부품 체인의 변화를 의미한다. 전기전자 세트업체들이 이차전지 조립공정에 공급되는 장비와 부품들을 개발 및 생산하면서 이차전지 시장에 진입하는 사례가 늘어나고 있다. 일례로 LG 그룹의 경우 LG 전자의 공격적 자동차 부품시장 진입에 힘입어 해외 부품업체 인수를 통한 외형성장을 꾀하고 있다. LG 그룹 계열의 LG 에너지루션 은 배터리 조립 및 생산을 담당하며 LG이노텍은 차량용 카메라 모듈을 납품해 전장밸류체인을 완성한 모습이다.

자동차 전동화에 따른 파워트레인(Powertrain)의 변화 

파워트레인은 전기모터와 인버터, 감속기 등 기계에 동력을 전달하는 전동장치다. 일반적으로 자동차에 구동력을 발생시키는 모든 장치를 일컫는다. 내연기관차 내에서 기술이 집약된 핵심 부품은 엔진과 변속기다. 그렇기에 내연기관에서는 엔진과 변속기능을 중심으로 차량의 성능을 향상시켜왔다. 반면 전기자동차는 크게 파워트레인, 플랫폼, 배터리로 구성된다. 엔진의 역할은 배터리가 대체한다. 배터리는 셀, 모듈, 팩, 배터리 시스템으로 구성되어 있다. 이차전지 셀메이커를 중심으로 장비(전공정, 조립공정), 소재(양극, 음극, 전해액, 분리막) 등의 밸류체인으로 구성된다. 이 과정에서 전기자동차와 내연기관차의 파워트레인 구성은 크게 달라지게 된다.

일반적으로 내연기관은 약 3만개의 부품으로 이루어져 있다. 전동화로 기존 엔진관련 구동계 부품이 사라지면 차 한대당 부품은 약 1.9 만개 로 대폭 줄어든다. 전기 를 사용한 최적의 시스템 구축을 위해선 구동모터, 제동장치, 음향차량 경고 등의 부품이 새롭게 필요하다 모터, 이차전지, 전동브레이크, 인버터, DC DC 컨버터, 고압 와이어하네스 (FPCB), 에어컨용 전동컨 프레서 , 전동워터펌프, 충전기 등). 반면 주요 부품이었던 엔진, 변속기, 점화, 배기, 흡기 등은 사라진다. 부품의 변화는 단순 핵심부품의 변화만을 의미하는 것이 아닌 전반적 엔지니어링 체인의 변화를 의미한다. 또한 내연기관 부품보다 기술장벽이 비교적 낮아 전자기기 제조업체들이 자본력을 바탕으로 완성차 및 부품시장에 진입하고 있다.

내연기관 자동차가 전동화 자동차로 완전 대체될 경우 엔진 및 연료계 관련 부품은 100% 감소할 전망이다. 이 과정에서 변속기 등의 동력전달부품은 40% 이상 감소할 것으로 예상된다. 내연기관차의 단계적 전동화에 발맞춰 부품업체들도 단계적으로 사업을 전환해 체질 개선에 나설 것으로 판단된다 .

1) 유도 전동기 

전기차용 모터를 가장 잘 만드는 회사는 역시 Tesla 이다. Tesla 는 이름에서 알수 있듯이 Nikola Tesla 가 발명한 유도전동기(Induction Motor=비동기형모터, Asynchronous)를 사용했었다. 모터는 회전운동을 하는 회전자(Rotor)와 고정되어 있는 고정자(Stator)로 구성된다. 모델 S 에 가장 먼저 탑재되었던 유도전동기는 영구자석이 없기 때문에 제작비용이 낮고, 구조가 단순하며, 내구성이 높다는 장점이 있다. 다만 전자력을 이용해 모터를 제어하는 영구자석모터에 비해 효율이 낮고 제어가 어렵다는 단점이 있다. 다만, Tesla 는 이를 ECU 제어 기술과 모터 냉각 기술을 통해서 극복하고자 하였다

2) 영구자석 모터 

저전력에서는 영구자석모터의 속도제어가 더 효율적이기 때문에 모델 3 의 전면에는 IPMSynRM(IPMSM, Interior Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motor)를 탑재하고 후면에는 유도전동기를 탑재하였다. 

3) Carbon-Sleeved rotor

Model S Plaid 는 Carbon-Sleeved Rotor 를 탑재하여 제로백 1.99 초의 성능을 구현하였다. 모터의 속도가 높아질수록 원심력이 증가하여 내부의 자석들이 튕겨나가거나 팽창하는 문제가 있는데, 이를 막기 위해 탄소섬유로 감아 강성을 높였다.

엔진열의 자리를 채울 열관리 시스템

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- 엔진에서 모터로 변화하면서 또 달라진 점은 엔진은 열에너지를 운동에너지로 전환하였지만, 모터는 전기에너지를 운동에너지로 전환한다는 점이다.

- 내연기관차에서는 엔진에서 발생하는 열을 활용할 수 있지만, 전기차는 아니다. 그렇기 때문에 내연기관차에서는 단순한 공조시스템으로 치부되었던 열관리 시스템은 전기차의 핵심 부품으로 새롭게 등장하였다.

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- 겨울철은 열관리 시스템의 중요성이 가장 잘 드러나는 시기이다

- 엔진에서 발생한 열을 이용해 냉각수를 데우고 난방에 활용하던 내연기관차와 달리 전기차는 배터리의 에너지를 활용하여 히터를 가동한다. 그렇기 때문에 전기차는 겨울철에 주행거리가 짧아지는 단점이 있을 수 밖에 없다

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- 겨울철 주행거리 오차를 줄이는 핵심은 히트펌프 시스템이었는데, 이는 열을 이동시키는 장치이다.

- Condensor 를 통해 외부에서 흡수한 열과 차량 내부의 전장부품에서 흡수한 열을 압축기(Compressor)로 냉매를 압축한 뒤, 응축기로 냉매를 냉각하면서 열이 발생하게 된다. 냉매의 방향을 바꾸면 에어컨의 기능을 하게 된다.

- 이 시스템을 통해 전기차는 실내 냉난방 시스템에 대한 의존도를 낮추고 주행거리를 증가시킬 수 있다.

히트펌프 시스템은 DENSO, 한온시스템 과점

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- 히트펌프는 냉매의 순환을 이용하여 외부 혹은 내부의 폐열을 실내에 공급하는 방식이다. 그렇기에 냉매를 압축시키는 압축기(Compressor)가 반드시 들어가게 된다.

- 기존의 내연기관차의 공조 시스템에서는 압축기가 엔진과 연결된 벨트로 구동되었지만, 배터리 기반의 전기차에서는 전동식 압축기(ECompressor) 가 모터에 의해 구동된다.

- 과거의 공조시스템은 핵심 부품이 아니었기 때문에 경쟁강도가 높지 않았지만, 히트펌프 시스템이 핵심 부품으로 부상한 초입인 지금은 DENSO, 한온시스템이 과점하고 있다.

- 점차 전기차에 히트펌프가 장착되는 비율이 늘어나면서, 전기차의 전환의 수혜를 받을 수 있는 부품이다. 특히 기계식 압축기는 50 만원 대의 단가였던 것에 비해, 전동식 압축기는 2~3 배 높은 단가이기 때문에 전기차 전환율이 중요하다.

- 현대위아도 전기차 부품 기업으로 거듭나려는 움직임의 일환으로 통합형 열관리 시스템을 새로이 개발하였다. 통합형 열관리는 Tesla 에 이어 두번째이며, E-GMP 3 차에 수주하였다. 이는 냉각수를 기반으로 한 통합모듈로 배터리, 구동장치, 전장 부품의 열을 관리하는 장치이다

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자동차 부품 업체들도 변화하고 있다. 첫 번째 변화는 전기차는 내연기관차의 엔진 관련 부품들이 사라질 뿐만 아니라, 전체 부품의 개수가 3 만 개에서 1.5 만개 수준으로 감소된다는 것이다. 다만 부품 수가 줄어들고, 핵심 부품도 공용화가 된다는 것은 부품 업체들이 설 자리가 줄어든다는 것을 의미한다.

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두 번째 변화는 각 부품들이 소프트웨어로 연결되어 중앙 집중식으로 구성되기 시작했다는 것이다. 자동차 부품의 전장화 흐름은 2000 년 대부터 진행되었다. 부품 업체들은 각 부품들을 ECU 와 결합하여 모듈을 납품하고 완성차 업체들은 모듈을 조립했기에, 부품의 Electronics 에서 부가가치가 발생했다

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그러나 스마트카의 흐름으로 인해 부품이 중앙 집중식으로 통합되었고, 부가가치는 중앙 소프트웨어로 이동했다. 즉, 하드웨어의 역할만 하는 부품 업체의 부가가치는 감소할 수 밖에 없으며, 소프트웨어 기술을 가진 소수의 부품사로 집중이 될 것으로 예상한다.

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결론적으로 배터리와 전력 구동장치, 센서 등의 시장은 지금보다 더 크게 성장하겠지만, 엔진과 관련된 부품, 동력 전달장치 등은 부품 수 감소로 시장이 축소될 수 밖에 없다. 또한 제동, 조향 등은 기계적 기술보다는 소프트웨어와의 연결이 더 중요해질 전망이다.