퀄컴, 포드, 테슬라 등 중점 개발…최근 주요 출원인으로 신규 진입해
국내 기술 수준은 배터리 제외한 모터, 인버터, 컨버터 등의 기술 수준 미약
 
#K씨는 전기차를 타고 외출한다. 얼마쯤 갔을까. 갑자기 충전 계기판에 빨간 불이 들어왔다. 지난밤에 자동차 배터리를 충전해 놓는다는 것을 깜빡한 것이다. 전기자동차는 배터리 충전을 위해 위치 정보와 지도정보에 접속하여 무선 충전이 가능한 영역을 감지하기 시작했다. 근처 카페에서 충전이 가능하다는 신호가 들어 온 것이다. 카페 옥상과 외벽 창문을 통해 수집된 태양 에너지가 차량에 설치된 무선충전 장치로 전송된다. 충전 상태는 커피를 마시고 있는 K씨의 스마트폰으로 확인할 수 있다. 이제 충전소로 바뀐 예전의 주유소에서 편리하게 충전할 수도 있다. 주차만 하면 자동으로 충전되는 무선 배터리 충전 시스템 덕분이다. 이젠 어디든 달리면 된다.
 
전기를 동력원으로 해 배터리와 전기모터로 구동되는 전기차 시대가 다가올 것이다.
 
배터리 성능 개선, 차량 경량화 등 차량 자체 기술 개발과 함께 무선 충전장치와 같은 인프라 기술 개발이 중점 추진되고 있기 때문이다. 현재의 접촉식 배터리 충전, 정지상태의 충전은 비접촉 충전과 도로 충전 시스템으로 바뀔 예정이다.
 
글로벌 차원의 환경 규제 강화가 자동차 시장의 친환경 패러다임을 주도하고 있다. 이산화탄소 배출 규제 및 연비 규제를 충족하기 위해 기존 완성차 업체들은 내연기관의 연비개선, 친환경 차량의 생산/판매 등의 연구 개발을 확대하고 있다.

 
2020년까지 연평균 4~6%의 연비 개선이 필요하나 내연기관의 연비개선만으로는 규제 대응이 불가능하다. 이에 완성차 업체들은 HEV(하이브리드차), PHEV(플러그인하이브리드차), EV(전기차), FCV(수소연료전지차) 등을 늘리고 있다. 최근에는 친환경차 주도권은 전기차로 집중하고 있다.
 
전기차 시장은 미국, 중국, 일본 등 주요 3국이 글로벌 점유율 80.1%를 차지하고 있다. 2020년 240만대(하이브리드카 포함시 600만대)의 시장을 형성할 것으로 전망되며 이를 기점으로 배터리 계의 시장 규모는 40조억원, 구동계는 15조억원, 제어 8조억원, 차체계는 38조억원의 형성이 예상된다.
 
미국은 BEV(49.2%)와 PHEV(50.8%) 시장이 균등하게 분포되어 있고 중국의 경우는 BEV(82.8%)로 배터리 기반의 전기 자동차가 우세하다. 유럽 주요 국가의 경우도 BEV 형태의 전기 자동차가 주로 보급되는 추세이며 특이점으로는 스웨덴의 경우, PHEV 형태가 높으며 반대로 노르웨이는 BEV가 98%이상을 차지한다.
 
전기차는 연료전지 자동차 기술, 연료 가격 증감, 충전 장치 인프라 정책, 완성차 가격, 배터리 기술 변화 등이 중요하다. 연료 전지 기술 및 연료 가격이 가장 큰 영향을 주는 이슈로 판단된다. 국내 전기차 기술 수준은 배터리를 제외한 모터, 인버터, 컨버터 등의 기술 수준이 미약하다. 소재 기술은 선진국 대비 30~40% 수준이며 리튬 이차전지 산업의 경쟁력 강화를 위해 핵심 소재의 국산화가 절실한 상황이다. 현대 모비스, 현대차 및 LG화학 등의 대기업이 주요 모듈을 보유하고 있으며 기타 부품업체들이 일부 역할을 하는 수준이다.
 
일본, 주요 시장 확보율 가장 높아…독일, 미국 순
선도국의 EV 구동시스템 확보율 큰 것으로 나타나
 
전기차 기술은 ▲EV 구동시스템 ▲EV 배터리 시스템 ▲EV 전장부품 ▲EV차체 및 샤시 플랫폼 ▲EV 충전시스템 등으로 나눌 수 있다. 일단 미국 특허청에 출원된 특허가 총 1,876건으로 전체 특허의 35%를 차지하며 일본 특허청에 출원된 특허가 전체의 31%, 한국 특허청에 출원된 특허가 전체의 21%를 차지한다. 연도별 동향을 보면, 전 세계적으로 지속적인 출원 증가 추세를 나타내고 있는 것으로 보이며, 특히 2010년이후 출원이 급증한 것으로 나타남에 따라 최근 들어 연구 개발이 활발하게 진행되고 있는 것으로 보여진다.
 
미국 특허청에 가장 많이 출원되고 있는 기술은 EV 차체 및 샤시 플랫폼 분야이며 한국 특허청에는 EV 전장 부품을 필두로 EV 충전시스템, EV 구동시스템 순으로 많은 특허가 출원되고 있는 것으로 나타났다. 선도국 대비 한국의 특허 점유율을 분석했을 때, 5개의 기술 분야를 모두 일본 국적의 출원인이 선도하고 있었고 EV 구동시스템 분야의 선도국 점유율이 62%로 가장 높고 EV 충전시스템 분야의 선도국 점유율은 29.7%로 가장 낮았다.
 
이는 주요시장 확보율에서도 비슷한 양상을 나타냈다. 일본 국적 출원인의 주요시장 확보율이 46.2%로 가장 높고 그 다음으로 독일 국적의 출원인의 주요시장 확보율은 13.5%, 미국 국적 출원인의 주요시장 확보율은 13.4%였다. 한국 국적 출원인의 주요시장 확보율은 11.2%로 전체 국가중에서 4위였다. EV 구동시스템 분야의 선도국 주요시장 확보율이 64.9%로 가장 높게 나타났고 EV 충전시스템 분야의 선도국 주요시장 확보율은 28.6%로 가장 낮았다.
 
특허 소송관련해서는 EV 전장 부품, EV 충전시스템 분야에서만 소송이 발생했고 소송 특허는 2003년, 2014년에 출원된 특허이며 특히 2012년에 소송이 집중적으로 발생했다. 전기차 분야의 NPE 보유특허수 평균은 약 3건으로 조사되었으며 EV차체 및 샤시 플랫폼, EV 충전시스템 분야에서 전체 평균 이상으로 나타나 NPE 활동이 활발하다. 반면, EV구동 시스템, EV 배터리 시스템, EV전장 부품 분야에서는 NPE 보유 특허수가 상대적으로 적었다.
 
도요타, 보쉬, 덴소 등 지속적인 특허 출원 활동 두드러져
 
출원인 분석에서는 도요타 모터의 경우 6개 구간(95년~2016년)에서 TOP 10 출원인에 포함되어 있어 지속적인 특허 출원 활동을 하고 있는 것으로 나타났다. 또한 현대자동차, 혼다, 닛산의 경우는 5개 구간에서 TOP10 출원인에 포함되어 있고 이 밖에도 로버트 보쉬, 히타치, 덴소의 경우에도 지속적인 특허출원 활동을 하고 있었다. 최근 연구 개발이 확대된 EV 배터리 시스템, EV 충전시스템 분야의 주요 출원인으로 도요타 모터, LG화학, 퀄컴, 현대자동차, 포드 등이 있었다. 특히 퀄컴, 포드, 테슬라는 주요 출원인으로 신규 진입한 것으로 나타남에 따라 최근 들어 관련 기술의 연구 개발이 확대된 것으로 보여진다.
 
가령, 퀄컴의 경우 충전시스템 분야에서 무선 전력 송신기와 연관된 자기장으로부터 무선 전력을 수신하기 위한 유도성 회로를 포함하는 무선전력 전송 시스템(2103년)을 특허 출원했고, 전기자동차의 주행 중 충전을 위한 무선 충전시스템(2014년)을 출원했고 테슬라의 경우, 2015년에 전기자동차의 배터리 교환시스템, 측면 충격 에너지의 흡수 및 분산을 위한 중공부를 구비한 배터리팩 시스템, 배터리의 대항면에 공기 유입구 및 냉각관이 설치된 배터리 냉각 시스템 등을 출원했다.
 
이처럼, 미래에 전기차는 태양 전지 기술을 활용(도요타 상용화)하거나 전기차 배터리 교체(테슬라 시범운행), 무선 배터리 충전(기술개발중), 주행중 배터리 충전(퀄컴 개발중) 등과 형태로 확대될 전망이다. 이에 따라 궁극적으로 스마트 그리드 기술과의 융합으로 친환경 스마트 시티를 구현할 날도 머지않았다. <참고:한국지식재산전략원(KISTA)의 미래 유망 제품 서비스 분석 보고서>