산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2019.6. 특집(2) 요약 (p57~66)
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배터리 ‘교환식’ 모빌리티 플랫폼 쟁탈전
일본 2륜차 대기업 vs. 대만, 독일, 벤처기업

“충전 시간이 너무 길다”---. 전기자동차(EV) 이용자의 대부분이 안고 있는 이와 같은 불만을 해결하는 배터리 ‘교환식’ 모빌리티가 잇따라 등장하고 있다.

건전지를 교체하는 것처럼 다 쓴 배터리팩을 완충된 배터리팩으로 교환한다. 빠른 것은 10초 안에 교환 작업이 끝난다. 우선은 크기가 작은 이륜차 및 초소형 모빌리티부터 적용이 진행될 전망이다. 이 배터리 교환 서비스를 새로운 수익원으로 키우기 위해 기존의 자동차 제조사 및 벤처 기업들의 패권 전쟁이 시작되고 있다.

세계 각지에서 잇따라 등장하고 있는 배터리 ‘교환식’ 모빌리티. 전기자동차(EV)를 포함한 전동 모빌리티의 결점을 보완한 이 구조는 선두를 달리고 있는 벤처기업의 뒤를 쫓아, 혼다 및 야마하발동기 등의 대형 제조업체가 진출함으로써 본격적인 경쟁 단계에 돌입했다.

“너무 편해서 가솔린 스쿠터로 돌아갈 수는 없다”---. 대만에서 닛케이(日経) xTech의 취재에 응한 20대 남성은 현지 벤처기업인 고고로(Gogoro)가 제조하는 배터리 교환식의 소형 EV 스쿠터의 편리성을 마음에 들어 했다.

Gogoro는 베터리 교환의 비즈니스 모델을 확립한 선구자이다. 길가에 있는 교환 스테이션에서 완충된 배터리와 교체하여 대량의 배터리를 이용자간에 공유해 사용하는 것이 특징이다.

-- 배터리 교환의 3가지 이점 --
예전에도 탈착식 배터리를 갖춘 EV는 존재하고 있었으나, 충분한 수의 교환 스테이션을 정비하지 못해 쇠퇴했다. 앞에서 말한 남성이 ‘너무 편리하다’라는 표현을 쓴 것은 고고로의 교환 스테이션을 어디서나 찾을 수 있기 때문이다. 배기가스 문제의 심각성을 자각한 대만 정부가 지원하여 Gogoro의 교환 스테이션 수를 확대. 2019년 5월 시점에서 약 1,250곳까지 늘어났다. 차량가격은 보조금을 사용해도 가솔린 스쿠터의 약 1.2배로 비싼 편이지만, 고객은 높은 편리성 때문에 Gogoro를 선택한다.

배터리 교환 방식의 이점은 크게 3가지이다. (1)충전을 기다리는 시간이 거의 없어 차량을 연속으로 사용할 수 있다. (2)기술의 진보에 맞게 배터리를 개량해 교체할 수 있다. (3)1개의 배터리를 다용도로 돌려쓰기 때문에 비용을 낮추기 쉽다--- 이다.

(1)에 대해 Gogoro는 ‘6초만에 배터리를 교환할 수 있다”라고 말한다. 기존에는 30분이상 걸리던 충전 시간이 수백 분의 1로 단축되어 차량의 가동률이 크게 높아졌다. 최신 배터리를 채택할 수 있는 (2)도 매력적이다. 배터리 기술은 나날이 발전하고 있다. 셀의 에너지 밀도가 높아지면, 대형 수리 없이도 항속 거리를 늘릴 수 있다. 혼다 등은 배터리를 다용도로 돌려 쓸 수 있는 (3)의 특징에 주목해 사업을 전개하고 있다.

EV스쿠터에 이어 초소형 EV에서도 도요타와 혼다가 교환식 배터리의 보급에 나서고 있다. 일반적으로 배터리 교환식 모빌리티는 차량 크기가 커지면 배터리도 커지고 무거워지거나 교환 스테이션이 대규모가 되는 과제에 직면해 있다. 그러나 주로 ‘라스트 원 마일’ 용도를 상정한 초소형 EV의 경우, 배터리가 작아도 되므로 그런 문제는 생기지 않는다.

지금부터는 전동 2륜차 및 초소형 EV, 각각의 배터리 교환식 차량 및 교환 플랫폼(PF) 개발의 동향을 살펴보겠다.

■ 전동 2륜차
시작된 교환 플랫폼 쟁탈전

사업화에서 앞서가고 있는 대만의 Gogoro는 가솔린 스탠드 및 편의점 매장에 교환 스테이션을 설치해 다른 규격이 진입을 막으려고 한다. 한정된 설치 공간을 쟁탈하는 ‘플랫폼 쟁탈전’에서 유리한 입지에 서기 위해서이다.

이를 추격하는 것이 혼다이다. 혼다는 1개의 배터리를 다용도로 돌려쓰면 비용 절감이 쉽다는 점에 착안. 향후에는 이 배터리팩을 소형 4륜 EV 및 가정용 전원으로 사용한다는 구상을 가지고 있다.

혼다는 차량 및 배터리팩뿐만 아니라 교환 스테이션, 배터리 교환 서비스까지 자사에서 개발한다. 교환 스테이션의 배치 및 배터리의 셰어 사업에 관해서는 이미 동남아시아에서 실증실험을 시작하고 있다. 사업을 본격적으로 전개할 때는 ‘정액제(제1의 선택지로서)를 검토하게 될 것이다’(혼다)라고 한다. 배터리팩을 정해진 가격에 마음대로 쓸 수 있게 하는 서브스크립션 타입의 서비스라면 1년동안 안정적인 수익을 얻을 수 있다.

차량은 이미 국내에서의 운용이 시작되고 있다. 2018년 11월 30일부터 배기량 125cc 클래스의 배터리 교환식 EV스쿠터 ‘PCX ELECTRIC’의 임대 서비스를 개시해 기업이나 관공청을 중심으로 제공하고 있다.

PCX ELECTRIC은 용량 1kWh의 리튬이온 2배터리(LIB)팩 ‘모바일 파워팩(Mobile Power Pack) 2개를 직렬로 탑재한다. 동일 팩의 크기는 대략 가로 170 X 세로 145 X 높이 300mm. 파나소닉 제품의 원통형 배터리 셀을 조합시켜 보관함에 넣어 배터리 관리 시스템(BMS)과 함께 보강 골격으로 감싸 외장으로 덮고 있다. 안전상 확보를 위해 크고 무거워지기 쉬운 보강 골격을 짜 넣은 구조를 채택했다. 2019년 3월에는 모바일 파워팩을 탑재할 예정인 소형 EV스쿠터 ‘BENLY ELRTRIC’의 시작(試作)모델도 공개했다.

배터리팩을 다용도로 돌려서 사용할 수 있는 구조가 갖춰지게 되면, 차량의 가격을 낮추기 쉽다. PCX ELECTRIC의 경우, 배터리팩 1개당 가격은 5~8만엔 정도가 예상된다.  2개를 탑재하기 때문에 차량 1대당 10~16만엔. 소비자의 배터리 비용의 부담이 줄게 된다면 차량 가격을 20% 낮출 수 있다. 우선은 필리핀이나 인도네시아, 일본에서 실증실험을 추진해 나가면서 “배터리 셰어의 운영 사업자가 될 것인지를 검토해 나갈 예정이다”(혼다사업기획과 후나세(船瀬) 과장).

각　사가 리스크를 감수하면서 플랫폼 쟁탈전을 하려는 것은 차량 판매 이외의 수익을 노릴 수 있기 때문이다. 기존 비즈니스 모델인 매진형에서 탈피해 배터리의 교환 서비스로 수익을 얻는 모델을 만든다. 언제 어디에서 누가 이용하고 있는 지와 같은 데이터를 수익원으로 할 수 있으며 시장이 원하는 새로운 차량 및 서비스 개발에 활용할 수 있다.

-- 혼다의 메인은 ‘슈퍼커브’ --
-- 가벼운 배터리로 간단히 교환 --
-- 중국기업에 맞서 4사로 대응 --

■초소형 EV
기존의 결점을 커버해 MaaS의 일익으로

승용차의 영역에서는 초소형 전기자동차(EV)를 타깃으로 도요타자동차와 혼다가 본격적으로 움직이기 시작했다. 2010년경부터 각 자동차 제조사들이 초소형 EV를 시장에 내놓았지만, 비용이 높고 충전에 시간이 걸린다는 과제 때문에 보급이 회의적이었다. 그 과제를 해결하는 실마리가 될 수 있는 것이 배터리를 교환식으로 하는 기술이다.

-- 전용 설비로 자동 교환 --
“(도요타 안에서는 이미) 배터리 셰어의 논의를 시작하고 있다”라고 도요타의 기술책임자는 밝혔다. 도요타가 노리는 것은 구동용 배터리팩의 사이즈를 규격화해 교체하기 쉽게 하는 것이다.

예를 들어, 초소형 EV의 배터리로 5~7년 사용한 뒤에는 건설기기나 가정용 축전 시스템으로 전용해 8~10년간 가동시킨다. 다시 말해, 총 15년 정도 동일한 배터리를 돌려 쓰는 것을 말한다. 비용 부담을 각 용도로 분산시켜 초소형 EV 자체 비용을 낮추는 것을 목적으로 한다. 복수의 용도에 따라서 동일한 배터리를 교환해 사용하는 것이 아니라, 용도마다 시기를 확인하면서 교환하는 것을 도요타에서는 ‘배터리 셰어’라고 부른다.

교환해서 사용하는 전용 팩은 ‘(1개당 배터리 용량을) 10~15kWh 정도’로 검토하고 있다. 사이즈도 구상 단계에 있으나, 2인승 초소형EV 컨셉트 ‘TOYOTA Concept-I RIDE’에 1개를 탑재할 수 있는 사이즈가 유력하다. 질량은 1개당 100kg 가까이 될 것으로 예상됨에 따라, 인력이 아닌 전용 설비를 사용한 자동 교환이 될 가능성이 크다.

한편, 혼다는 PCX ELECTRIC에도 탑재하는 모바일 파워팩을 초소형 EV 및 가정용 축전 시스템으로서 다용도로 공유해 사용하는 것을 상정하고 있다. 여러 개의 배터리팩을 동시에 충전하는 교환 스테이션을 길가에 설치해 이용자는 원하는 시간에 교환 스테이션의 완충된 배터리팩을 차량에 갈아 끼운다. 혼다는 같은 팩을 차량 바닥에 4개 탑재할 수 있는 초소형 EV ‘Honda Mobile Power Pack 4W-Vehicle Concept’를 미국 최대의 컨슈머 일렉트로닉스 관련 전시회 ‘CES 2018’(2018년 1월, 미국 라스베이거스)에서 선보였다. 지금까지 30분 이상 걸렸던 충전시간을 대폭 줄임으로써 차량의 가동률을 높일 수 있다.

4륜차와 2륜차, 축전 시스템까지 자체적으로 개발 및 생산하는 것이 혼다의 강점이다. 2018년 12월부터는 인도네시아에서 실용화를 위한 실증실험을 시작했다. 약 1,000개의 배터리팩과 배터리 교환식 초소형 EV, EV 스쿠터를 총 300대 준비. 교환 서비스의 회원 시스템 및 요금 체계 등 실증실험을 통해 세밀하게 검토하고 있다.

-- MaaS가 초소형 EV를 살린다 --
최근에 와서 초소형 EV에서 배터리 교환식의 움직임이 가속화되고 있는 것은 차세대 이동 서비스 MaaS가 주목을 받기 시작했기 때문이다. 지금까지 역에서 목적지까지의 ‘라스트 원 마일’을 보완하는 모빌리티로서 초소형 EV를 활용하는 경우가 많았으나, 도입 비용 및 충전 시간 등이 걸림돌이 되었다. 이용하려고 할 때 대수가 부족하거나, 배터리 잔량이 별로 남아있지 않는 등 효율적인 운영에 있어 문제점이 많았다.

배터리 교환식은 이러한 문제점의 해결책이 될 수 있다. 또한 MaaS는 시(市), 정(町), 촌(村)이나 상업 구역 등의 특정 지역에 국한된 서비스 제공이 많아 “배터리 교환 스테이션의 장소 및 개수를 정하기 쉽다”(드림인큐베이터(도쿄) 시니어매니저 다시로(田代) 씨) 는 것도 초소형 EV에 도입하기 쉬운 이유 중 하나이다.

MaaS용이라면 배터리팩도 규격화하기 쉽다. 배터리팩의 규격화는 차량마다 배터리를 설계하지 않아도 되며 차량의 개발 효율이 높아진다. 한편, 배터리팩의 형태나 크기, 교환 스테이션의 사양을 쉽게 바꿀 수 없어 배터리팩의 사이즈에 얽매이게 되어 “(부품 배치 등)차량 설계의 자유도는 낮아지게 된다”라고 다시로 씨는 말한다.

그러나 단시간의 이동 목적이 라스트 원 마일을 위한 모빌리티라면, 이용자는 승차감에 그다지 신경을 쓰지 않는 경향이 있다. 승차감의 향상에 불가결한 소음 및 진동을 억제하는 부품을 줄인다면 한정된 공간이라도 차량 설계가 용이하다.

-- 태국에서의 약진을 노리는 벤처기업 --
해외가 경쟁의 주무대인 벤처기업은 ‘FOMM(가와사키 시)’이다. 도요타 차체에서 초소형 ‘EV(COMS)’의 기획 및 개발을 리드해 온 쓰루마키(鶴巻) 씨가 CEO를 맡았다.

2019년 3월에 양산 모델 ‘FOMM ONE’을 태국에 발매했다. 용량 3kWh의 교환식 배터리팩을 차량의 뒷부분에 2개, 좌측과 우측에 1개씩 총 4개를 탑재. 총 용량은 12kWh로 항속거리는 160km이다.

FOMM이 태국에서 노리는 것은 배터리 교환 플랫폼 장악이다. 매진형이 아니라 서비스로 안정적인 수익을 내는 비즈니스 모델을 실현한다는 계획이다.

여기에서 FOMM은 후지쓰(富士通)와 손잡고 ‘배터리 클라우드 서비스’라고 불리는 배터리 교환 서비스를 시작한다. 이용자는 스마트용 전용 앱을 사용해 차량의 배터리 잔량을 파악. 잔량이 줄었을 경우, 지도 화면에서 가장 가까운 교환 스테이션의 위치를 확인해 교환 예약을 넣는다.

유럽에서도 차량과 서비스의 양쪽에 주력하는 기업들의 움직임이 활발하다. 그 대표격이 독일 정부가 주도해 BMZ(비엠제트)나 지멘스(Siemens) 등의 기업이 연합해 개발한 ‘ACM(Adaptive City Mobility) CITY’이다. 차량의 바닥에 용량 1.8kWh의 교환식 리튬이온 배터리팩 8개를 빈틈없이 채웠다. 인력으로 3~5분만에 교환이 가능하며 항속거리는 약 120km라고 한다.

독일 정부는 이미 시험운용을 시작하고 있다. 셰어에 사용하는 스마트폰 앱도 해당 연합에서 개발했다. 차량 및 교환 스테이션의 위치, 배터리 잔량 등을 지도상에 표시한다. 교환 스테이션에는 독일이 국책으로 추진하는 태양광 발전 및 풍력발전으로 만든 전력을 공급해 활용한다.

배터리팩에 캐리케이스와 같이 바퀴와 손잡이를 달아 교환하기 쉽게 만든 것이 이탈리아의 벤처기업인 에스트리마(Estrima)의 ‘Biro’이다. “이미 일본을 포함해 세계적으로 전개하고 있다”(에스트리마 일본법인)고 한다.

‘Biro’는 질량 약 26kg의 팩을 차량 뒤편에 10초이내로 탈착할 수 있게 만들었다. 배터리팩의 용량은 4kWh로, 55km이상을 주행할 수 있다고 한다. FOMM이나 독일 연합에 비해 단거리 이동을 상정한다.

도요타나 혼다보다 앞서 있는 형태로 전세계의 자동차 제조업체뿐만 아니라, 벤처기업이 잇따라 배터리 ‘교환식’ 모빌리티 시장에 참여하고 있다. MaaS의 확대와 더불어 이 움직임은 더욱 활발해지고 있다. 초소형 EV는 아직 보급되지 않았지만, 결점을 커버해줄 배터리 교환 기술에 의해 MaaS의 일익을 담당하는 존재가 될 전망이다.

 -- 끝 --