Nikkei Automotive_2024.4 특집 (p44-57)

테슬라와 BYD가 그리는 미래
20년분의 특허를 분석

전기자동차(EV) 판매량에서 세계 선두를 다투는 미국 테슬라와 중국 BYD(비야디). 자동차 회사가 된 지 20여 년이라는 공통점을 가진 두 회사는 지금까지 어떤 기술을 축적해 왔고, 어디로 향하는 것일까? 특허 분석을 통해 전동화의 조류를 타고 급성장한 양사의 방향성의 차이를 볼 수 있다.

Part 1. 특허 분석에서 도요타와 BYD에 공통점
테슬라가 자체 노선으로 EV의 선두로

전기자동차(EV) 시장의 두 영웅이 미래 성장을 위한 분기점에 서 있다. 미국의 테슬라과 중국의 BYD의 특허를 분석하자 방향성의 차이가 보였다. 테슬라는 자동차의 틀을 넘어 에너지 기업으로의 진화를 목표로 한다. BYD는 자동차 업계에서 입지를 확립하고자 기술을 축적하고 있다.

“우리는 이제 자동차 업체가 아니다”. 이렇게 단언하는 것은 테슬라의 사원이다.

세계 유수의 전기자동차(EV) 업체가 되고, 신형차 ‘Cybertruck’의 출하를 시작한 지 얼마 안 된 테슬라에 변화가 일어나고 있는 것 같다. 진의를 묻자 “EV 사업은 앞으로도 성장시켜 나갈 것이다”라고 전제하면서 “에너지 사업 등을 확대해 자동차 업체의 틀을 넘어서겠다”라는 응답이 돌아왔다.

테슬라에 비견되는 EV 판매량을 자랑하는 중국 BYD 또한 분기점에 선다. 22년에 내연기관차 생산 종료를 선언하고 EV와 플러그인하이브리드차(PHEV)에 주력한다.

2023년 12월 22일에는 BYD의 첫 유럽 자동차 공장을 헝가리에 신설한다고 발표했다. 앞서 24년 안에는 BYD의 첫 중국 외 승용차 공장이 태국에서 가동될 예정이다. 중국에서 힘을 비축한 BYD가 세계 시장에 본격 진출을 시작한다.

기세가 눈에 띄는 두 회사지만 불안감도 있다. "EV 시장이 성장 속도를 잃었다”는 목소리가 23년 후반부터 커진 것이다. 중국에서는 가격 경쟁이 격화되면서 EV의 재고가 쌓이고, 독일을 비롯한 유럽에서는 EV 보조금 중단 이슈가 뜨겁다.

이러한 상황 속에서 EV 시장의 두 거물, 테슬라와 BYD는 어떠한 미래를 그리고 있을까? 그들의 파워와 향후 방향성을 찾기 위해 양사가 축적해온 특허를 분석하기로 했다. 자동차 회사가 된 지 20여 년이라는 공통점을 가진 양사에 방향성 차이가 보이기 시작했다.

-- 엔진 특허는 감소 추세 --
테슬라나 BYD의 향후를 점치기 전에, 전통적인 자동차 업체의 기술 변천을 정리해 두자. 도요타자동차를 예로, 특허 정보를 취급하는 Patentfield(쿄토시)의 검색 툴을 사용해 분석해 보았다. (2024년 2월 실시)

2003년부터 20년간 출원한 특허를 복수의 나라에 출원한 동일 특허를 1건으로 헤아리는 ‘특허 패밀리’ 단위로 조사했다. 또한 특허는 출원일(우선일)로부터 1년 반 후에 공개되기 때문에 최근 출원 건수는 실제보다 적게 나타난다.

발명 내용의 국제적인 분류인 ‘IPC(International Patent Classification)’와 ‘출원 년도’의 2항목으로 압축했다. 또한 IPC에는 ‘섹션’을 대분류로 하여, ‘클래스’ ‘서브 클래스’ ‘메인 그룹’ ‘서브 그룹’으로 세분화되어 있다.

IPC 클래스별 출원특허의 시계열 변화를 보면 도요타가 주력하는 연구개발 테마의 대략적인 트렌드를 파악하기 쉽다. 자동차 업체이기 때문에 ‘B60’(차량 전반)의 특허 건수가 많은 점에 위화감은 없을 것이다.

작성한 버블 차트에서 도요타의 개발 방침이 분명히 드러난 것이 ‘F02’(연소기관/열가스 이용 기관 설비)의 변화다. F02는 엔진관련 특허가 분류되는 클래스로, 07년에 정점을 찍고 이후에 점점 출원건수가 감소했었다.

대조적으로 건수가 증가하고 있는 것이 ECU(전자제어유닛) 등이 해당하는 ‘G06’(계산 또는 계수 장치)이나 통신 관련을 포함하는 ‘G08’(신호 장치)과 같은 전기/전자(E/E) 아키텍처 관련이다. 내연기관의 연구 자원을 소프트웨어 정의차량(SDV) 시대에 대한 대비로 돌린 것을 알 수 있다.

-- 도요타와 대조되는 테슬라의 특허군 --
도요타와 대조적으로 자동차 업체답지 않은 특허 포트폴리오를 구축하는 게 테슬라다. IPC 클래스에서 버블 차트를 구분한 출원 시계열 지도를 작성한 결과, 자동차 업체에서는 특허 건수가 많아지는 경향의 B60이 눈에 띄지 않았다.

테슬라가 B60보다 많은 특허를 출원해 온 것이 ‘H01’(기본적 전기 소자)과 ‘H02’(전력발전/변환/배전)이다. 그 내용은 보다 세분화한 분류의 IPC 메인 그룹으로 분석하자 분명해졌다.

EV용이나 정치용 등, 테슬라의 제품에 널리 사용하는 리튬이온 배터리 관련 특허는 ‘H01 M10’(2차 전지; 그 제조)이 해당한다. 배터리를 안전하고 효율적으로 사용하는 기술은 ‘H02J7’(배터리의 충전/감극/전력 급전 회로 장치)로 분류된다. 03년에 설립된 테슬라가 창업 때부터 배터리 관련 개발을 중시했음을 알 수 있다.

버블차트에서 배터리 관련보다 눈에 띄는 ‘H02S20’(광기전 모듈의 지지구조)이나 ‘H02S40’(광기전 모듈과 결합한 구성부품 또는 부속품), ‘H01L31’(복사선 감응 반도체 장치)은 모두 태양광 발전과 관련된 것이다. 테슬라의 자체 기술 외에 테슬라가 2016년 11월에 매수한 태양광 발전 서비스를 전개하는 미국 SolarCity가 개발한 자산도 포함한다.

이들 특허가 2018년 무렵에 급증하고 있는 것도 테슬라가 자동차 업체에서 변신하려 한다는 신호다. 테슬라는 2016년에 기업으로서의 미션을 변경했다. ‘세계의 지속 가능한 수송 수단으로의 이행을 가속시킨다’에서 ‘세계의 지속 가능한 에너지로의 이행을 가속시킨다’로 변경했다. ‘Tesla Motors’였던 회사명도 2017년 2월에 ‘Tesla’로 변경했다. 서두에서 언급한 테슬라 사원은 “당사는 미션 달성을 위해서 충실하게 추진한다”라고 말한다. 특허 분석도 그러한 기업의 자세를 뒷받침해 주었다.

-- 소프트웨어와 AI 특허도 증가 중 --
‘자동차 제조업체에서 에너지 기업으로’. 대담한 행보를 이어가는 테슬라지만 EV 개발을 늦추고 있는 것은 아니다. 앞서 '눈에 띄지 않았다'고 표현한 B60 관련 특허도 2022년에 출원 건수가 늘고 있다.

이것은 2023년에 출하를 시작한 Cybertruck에 탑재한 신기술이나, EV의 제조 비용을 반감할 수 있는 혁신적인 제조 기술 ‘Unboxed Process’에 관련한 특허가 많이 포함된다. 주목할 것 중 하나는 테슬라가 ‘100년 만의 혁신’이라고 자랑하는 48V 시스템을 채택한 와이어 하네스 기술이다.

2018년 무렵부터 증가하고 있는 ‘G06’(계산 또는 계수 장치)은 소프트웨어나 AI(인공지능) 관련 특허가 많다. EV뿐 아니라 테슬라는 에너지 사업에서도 소프트웨어를 중시한다. 세계 유수의 VPP(Virtual Power Plant, 가상발전소) 사업자가 되고 있으며, 태양광 발전이나 축전지, 그리고 히트 펌프를 포함한 통합제어가 다음의 한 수로서 떠올랐다.

-- BYD는 태양광 발전을 개발 중단할까? --
1995년 배터리 업체로 창업한 BYD는 03년에 도산한 규모가 작은 국영 자동차업체를 인수해 자동차 사업에 뛰어들었다. IPC 클래스로 버블 차트를 구분한 출원 시계열 지도에서도 배터리 관련의 H01로 분류되는 특허가 계속적으로 출원되고 있는 것을 확인할 수 있었다.

차량 관련 B60의 특허가 증가한 것은 2013년경부터다. 도요타도 많은 특허를 갖고 있는 구분에서, BYD의 출원 증가를 통해 자동차 사업에 본격적으로 뛰어들기 시작한 모습을 엿볼 수 있다.

BYD는 2018년에 EV 전용 플랫폼(PF) 제1세대품 ‘e-Platform 1.0’을 발표했으며, 수년에 걸쳐 EV 관련 기술을 축적해 나간 것이다. 자동차 이외에서는 2016년부터 'B61'(철도)의 특허출원이 시작되었다. BYD는 2016년에 모노레일 사업을 시작했다.

모빌리티 영역에서 사업 확대를 추진하는 한편, 개발을 중단한 것으로 보이는 것이 태양광 발전이다. IPC 메인 그룹에서 시계열 변화를 분석했더니 태양광 발전이 해당하는 H01L31로 분류되는 특허 출원이 19년에서 멈춰 있었다.

-- 엔진 기술은 버리지 않는다 --
‘EV를 중심으로 한 전동 모빌리티 기업으로’. BYD의 특허 포트폴리오를 부감하면 이렇게 결론짓고 싶은데, 어느 일본계 업체의 엔진 기술자는 “BYD는 엔진을 버리지 않았다”라고 경계한다.

그 발언을 뒷받침하듯 BYD는 내연기관차 생산 종료를 선언한 2022년 이후에도 엔진과 하이브리드차(HEV)와 관련한 특허 출원을 계속하고 있다. 엔진의 열효율을 높이는 연소기술을 꾸준히 개발 중이다. 엔진 기술도 수중에 확보해 폭넓은 파워트레인을 펼치는 종합 자동차 업체가 되려는 BYD의 야망이 보였다.

테슬라는 자동차의 틀을 넘어 에너지 기업으로의 진화를 목표로 하고, BYD는 자동차 업계에서의 위상을 확립하고자 기술을 축적하고 있다. 설령 세계에서 EV에 역풍이 불더라도 양사의 공격 자세가 무너지는 일은 없을 것 같다.

Part 2. 테슬라가 전개하는 ‘48V 혁신’
노동력 배제한 하네스 기술이 판명

미국 테슬라의 발상은 자유롭고 대담하다. 대표적인 예가 대형 부품을 일체 성형하는 주조 방법 ‘기가 캐스트’다. 도요타자동차를 비롯한 많은 경쟁 업체가 추격하는 가운데 테슬라는 ‘다음’을 준비한다. '48V'를 키워드로, 노동력을 배제하는 생산혁신에 도전하는 것으로 알려졌다.

Part 3. BYD가 축적한 엔진 기술
왕도 ‘희박연소’를 착착

중국 BYD에는 늘 ‘모방’이란 말이 따라다닌다. 도요타자동차나 테슬라 등의 뒤를 추격하며 성장해 왔다. 앞으로는 세계 시장 진출 등을 노리고 있어, 자체 기술을 개발하는 힘이 강하게 요구된다. 2003년에 자동차 사업에 뛰어든 지 20년이 넘으면서 앞서 나가야 할 시기에 접어들었다.

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