중대형 트럭의 전기화, 2025년 25만대

충전 시간이 걸림돌, 1MW급 충전 추진

2019년 01월호 지면기사  /  글│한상민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr




프로스트앤설리번의 전망에 따르면, 보조금 혜택을 활용하는 많은 중대형(MD, HD) 전기트럭의 생산 개시에 따라 배터리 팩 가격이 kWh 당 100달러 미만으로 떨어지면서 향후 시장은 2025년까지 전체 중대형 트럭 판매의 11.1%인 25만 대가 전기화될 것으로 기대된다.



프로스트앤설리번(Frost & Sullivan)의 전망에 따르면, 보조금 혜택을 활용하는 다수의 중대형(MD, HD) 전기트럭의 론칭에 따라 배터리 팩 가격이 kWh 당 100달러 미만으로 떨어질 전망이다. 이에 따라 향후 시장은 2025년까지 전체 중대형 트럭의 11.1%인 25만 대가 전기화될 것으로 기대된다.

국가별로 보면, 중국은 전 세계 파워트레인의 전기화를 이끌고 있으며, 중앙 및 지방정부의 강력한 추진력을 통해 전 세계 전기트럭 판매의 50%를 담당할 전망이다. 뒤이어 북미가 두 번째 큰 시장이 될 것이다.

프로스트앤설리번은 2025년까지 중국의 전기트럭이 글로벌 중대형 트럭 시장의 6.5%인 14만 7,000대 규모가 될 것으로 내다봤다. 세부 파워트레인별로는 풀 일렉트릭 트럭이 무려 87.6%의 마켓셰어를 기록하면서 시장을 주도하고, 연료전지 트럭이 10.3%, 플러그인 하이브리드 트럭이 2.0%의 점유율을 나타낼 전망이다.

2025년까지 북미의 전기트럭은 중국과 마찬가지로 풀 전기트럭이 77.4%의 시장 점유율로, 20.5%의 연료전지와 2.1%의 플러그 인 하이브리드를 압도할 것으로 보인다. 북미의 글로벌 비중은 2.8%, 6만 4,000대 규모가 예상된다. 프로스트앤설리번은 새로운 온실가스(GHG) 배출규제가 에너지독립안보법(Energy Independence and Security Act, EISA)의 리드 타임 요건을 충족하기 위해 CO₂ 및 연비표준 달성을 위해 추진되면서 주요 동력으로 작용하고 있다고 했다.

프로스트앤설리번의 찬드라모울리 카일라삼(Chandramowli Kailasam) 애널리스트는 “전기화는 주로 쓰레기, 부두이송, 택배와 같이 빈번한 정차와 사이클을 가진 영역에서 이뤄지기 시작하겠지만, 테슬라 세미(Tesla Semi)의 출시와 함께 미국의 클래스 8 트럭 부문에서도 전기화를 이끌 것으로 보인다”며 “클래스 8의 12.3%가 2025년까지 전기화될 가능성이 있다”고 전망했다.

한편, 유럽의 전기트럭 시장은 글로벌 시장의 1.3%인 2만 9,000대 규모가 예상된다. 파워트레인별로는 풀 전기트럭이 88.1%, 연료전지 7.1%, 플러그인 하이브리드 4.9%가 될 전망이다. 몇몇 서유럽 국가들은 2025년부터 2030년까지 디젤 엔진과 가솔린 엔진을 금지하는 저배출 지역 확장 등을 포함해 내연기관 금지령을 채택할 계획이다.
2025년까지 중대형 트럭시장의 전기트럭 보급 예상치인 11%는 아직 소형 전기트럭 시장이 미미한 상황인 만큼 상당히 높고 빠른 수치로 보인다.

이에 대해 카일라삼 애널리스트는 “이는 미드 사이즈 트럭과 밴의 경우 도심의 디젤 차량 진입 제약, 혹은 제한을 준수해야할 것이고, 특히 중국이 2025년 전 세계 판매량의 약 51%를 차지하는 미드 사이즈 트럭을 가장 많이 채택하게 될 것이기 때문이다”라며 “중국 중부 및 지방 정부의 전기화에 대한 적극적인 정책과 이를 뒷받침하는 인센티브가 이뤄질 것이고, 배터리 전기차에 대한 인센티브가 2020년까지 단계적으로 중단되는 동안에도 연료전지차(FCEV) 추진을 위한 중국 정부의 13차 5개년 계획이 추진될 것”이라고 설명했다.




클래스 8 전기트럭


프로스트앤설리번은 오렌지 EV, 미쓰비시 푸소 e캔터(eCanter), BYD의 T5, T7, T9, Q1M, 8R 등의 상용화된 전기트럭에 주목했다.

오렌지 EV(Orange EV)는 2016년 공항 물류에 대해 풀 일렉트릭 클래스 8 트랙터를 상용화시킨 최초의 OEM으로 대형 전기트럭의 보급수를 지속적으로 늘리고 있다. 미쓰비시 푸소는 물류배송용 미드 사이즈 트럭 e캔터(eCanter)를 발표했다. 다임러는 2016년부터 어번 e트럭, 전기버스, 전기밴 등 컨셉을 지속적으로 발표하고 있다. 2017년 테슬라는 올해 생산을 목표로 하는 올 일렉트릭 클래스 8 컨셉을 발표했다.

이 밖에도 2016년 니콜라는 북미에서 클래스 9 연료전지 컨셉 트럭을 론칭시켰고, 2020년까지 2종의 모델을 론칭하겠다고 밝혔다. 토요타는 2017년 클래스 8 항만 트럭 프로토타입을 발표하고 시범운용 중이다. 볼보는 지난해 물류배송을 위한 첫 전기 트럭 FL 일렉트릭을 공개했다.

전기트럭의 보급은 기술진보가 함께하고 있다. 프로스트앤설리번은 아키텍처 측면에서, 경상용(LCV) 및 중형 상용차(MCV) 부문에서 일반적으로 사용되는 구조인 중앙장착형 모터가 2022년까지 보다 효율적인 휠 허브 모터 아키텍처로 옮겨갈 것으로 전망했다. 휠 허브 모터 아키텍처는 패키징 공간과 중량 문제가 덜 고려되기 때문에 유도 모터가 일반적인 대형상용(HCV) 트럭과 버스에서 선호된다. 인휠 드라이브 상용차는 2025년까지 상용화될 전망이다.

모터 부문에서는, 최대총중량(GVWR)이 낮은 차량에서 영구자석 동기모터(PMSM)가, 중대형 차량에서 AC 유도모터(IM)가
널리 사용되고, PMSM에 필적하는 성능을 가진 영구자석이 없는 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)가 최대총중량이 낮은 차량에 2022년부터 적용되기 시작할 전망이다.



배터리의 경우엔, 대다수 OEM에서 리튬 인산철(LFP)에서 리튬 니켈망간코발트(NMC)로의 전환이 충전밀도, 라이프사이클, 광범위한 승용차에서의 적용 볼륨과 함께 진행되고 있다. 그러나 버스의 경우, 리튬 티타늄(LTO) 기술이 그래파이트 음극재 배터리들과 비교해 안전성, 동작온도 범위, 라이프사이클, 초고속 충전 시의 탁월한 파워 밀도로 인해 kWh 당 높은 비용, 저 에너지 밀도에도 불구하고 상당한 채택률을 보이고 있다.

카일라삼 애널리스트는 “주행거리는 전기트럭에서도 매우 중요한 기준이지만 적재량을 희생시키지 않으면 이에 도달할 수 없기 때문에 OEM은 에너지 효율성을 높이기 위해 트럭의 무게를 가볍게 만드는 것과 함께 공기역학적인 캐빈, 바디를 설계해야만 할 것”이라면서 “또 디젤 트럭보다 긴 충전시간을 줄이는 것이 중요 기술적 문제가 될 것으로, 지금은 250 kW급 충전조차 250~500 kWh급 배터리 용량의 트럭을 충전하는데 1~2시간이 걸린다”고 설명했다.

충전에서는 현재 전기트럭들은 AC 충전소와 호환되는 20~80 kW 급 DC 충전소를 이용하고 있다. 그러나 전기버스는 최대 150 kW 용량의 플러그인 충전기와 350 kW 이상의 팬터그래프 충전기를 사용한다. 2020년 이후에는 대부분의 전기트럭과 전기버스가 최대 1 MW 팬터그래프 충전기와 공유되는 승용차의 350 kW 찰인(CHARIN) 프로토콜과 호환될 것으로 예상된다.

프로스트앤설리번은 연료전지는 현재 파워 밀도가 현저하게 낮은 반면 비용이 높고 H2 연료 공급 인프라가 부족하기 때문에 버스 부문에만 사용이 제한되고 있지만, 2022년 이후에는 성능과 비용이 향상되고 H2 인프라 구축이 시작됨에 따라 대형 트럭과 버스에서 상당한 실적이 기대된다고 내다봤다. 또 경상용차에서도 2020년까지 연료전지 기술이 채택되기 시작할 것으로 전망했다.

한편, 자율주행 기술은 꽤 빠르게 성숙되고는 있지만 캐치업 게임에 영향을 미치지는 못할 전망이다. 그러나 자동화된 화물 매칭의 개발과 함께 전기화와 자율주행 트럭은 효율성을 개선하는 것을 돕고 차량 활용을 최적화할 것으로, 2030년 이후에 이같은 효율성 개선은 트럭 판매 성장을 억제할 것으로 예상된다.



충전시간이 최대관건


프로스트앤설리번은 2030년까지 경, 중대형 상용차 파워트레인의 기술시장 트렌드에 영향을 미칠 4가지 동인으로 CO₂ 규제, 초저 질소산화물(NOx) 규제, 총비용(TCO), 배터리 가격 인하를 꼽았다.

북미, 유럽, 중국에서는 온실가스 배출규제가 갈수록 강화되고 있다. 대중의 기후변화에 대한 우려는 자동차 산업이 카본 풋프린트를 줄이도록 만들고 있다. 특히 유럽에서는 16개 지역이 저배출 존을 선언하면서 고오염 배출 차량의 진입을 제한하고 있다. 원유 가격의 변동과 특히, 서플라인 체인에 대한 기업의 사회적 책임(CSR) 목표에 의한 카본 풋프린트와 디젤 트럭에 대한 패널티는 배출이 적고 유지비용이 낮은 기업 플릿의 전기화를 촉진시키고 있다.

TCO 측면에서는 2010~2017년 동안 배터리 가격이 거의 80%까지 하락함에 따라 하이브리드와 전기차는 테슬라, 오렌지, 니콜라와 같은 신생기업뿐 아니라 다임러, 볼보, 스카니아와 같은 기존업체 모두가 선호하는 파워트레인이 됐다.

카일라삼 애널리스트는 “배터리 가격 하락은 디젤 트럭과 경쟁이 치열해질 전기트럭의 TCO를 결정하는 가장 큰 시장 동인이 될 것으로, 리튬이온 배터리 팩 가격은 2020~21년에 150달러/kWh 미만으로 떨어지고 전반적인 자동차 세그먼트와 파워 그리드 애플리케이션의 규모의 경제효과로 2025년까지 100달러/kWh 수준이 될 것으로 보인다”고 말했다.

NOx 규제와 관련해서는, 베이징을 포함한 중국 도시의 악명 높은 대기질 문제로 중국 정부가 산업 전반에 걸쳐 대체연료로의 신속한 전환을 꾀하고 있고, 북미에서는 캘리포니아대기자원위원회(CARB)가 초저 NOx 규정을 추진하고 있다. 유럽의 경우엔 디젤 게이트 스캔들의 여파로 엄격한 NOx 및 미립자물질(PM) 규제를 펼 것으로 예상된다.

프로스트앤설리번은 전기트럭의 보급화 장애물로 광물자원 가격 상승, 인프라, 시장 실행력, 기술 전개 속도 등 4가지를 꼽았다. 전기차 보급의 확대는 곧 리튬의 석유화를 뜻한다. 전기트럭은 전기 승용차로 인한 규모의 혜택을 볼 수 있지만, 만일 이것이 역주행하게 된다면 2024~2025년 사이 kW 당 100달러 아래로의 배터리 팩 가격 하락이 어렵게 될 수도 있다. 또한, 모터에 사용되는 희토류 금속 수요가 증가하면 저렴한 전기차 만들기에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 IM 또는 SRM으로의 이동이 중요해졌다.

충전소, 특히 DC 충전소의 구축비용은 최소 7,000달러 이상이다. 충전이 약 350 kW인 급속 충전소의 설치 경우는 25만 달러(약 2억 8,000만 원) 이상이 소요될 수 있다. 트럭 플릿을 위해 충전소를 설치해야 한다면 활용 효율이 높지 않으면 TCO가 높아질 수밖에 없다.

시장실행력과 관련해서는, 현재 내연엔진이 상용차의 98% 보급된 점을 고려하면 전기차가 초래하는 혼란은 전체 공급망 및 유류세 등 정부 수입에 영향을 미칠 수밖에 없기 때문에 규제 당국이 이러한 경제적인 혼란을 어떻게 처리하느냐가 전기 파워트레인의 채택에 중요한 변수가 될 전망이다. 충전 인프라와 전력 공급은 궁극적으로 과세될 것이고 장기적으로 전기차의 경쟁력에 영향을 미칠 수 있다.

전기트럭은 100년 이상 디젤 파워트레인으로 테스트하고 개선한 실제의 상용차 듀티 사이클에 대해 그 견고성과 신뢰성을 증명해야만 한다. OEM과 서플라이어들의 기술 출시는 속도를 유지하고 현재의 규제, 시장 기대치를 뛰어 넘는 경쟁력을 갖춰야만 한다.

승용차, 상용차 플랫폼을 망라한 전기 파워트레인, 배터리의 사용은 비용을 절감할 수 있게 할 것이다.

카일라삼 애널리스트는 전기트럭의 가장 큰 도전과제가 무엇인가란 질문에 “전기트럭을 비싸게 만드는 리튬이온 배터리와 모터의 영구자석에 들어가는 희토류 가격이 내려가면 전기트럭을 재정적으로 실용적으로 만드는데 도움이 될 것이지만 전기트럭의 보급률은 충전 인프라의 가용성에 달려 있다”며 “클래스 8 트럭의 경우 충전시간을 30분미만으로 유지하기 위해 1 MW로 충전할 수 있는 메가 충전기가 필요한데, 현재 테슬라가 이 작업을 위해 업계를 독려하고 있고, 중국은 차데모(ChAdeMo)와 협력해 새로운 GB/T 900 kW 표준을 개발 중”이라고 답했다.
 

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