한국생산기술연구원

최근 전기자동차에 대한 관심이 뜨겁다. 전 세계적으로 환경오염과 자원 부족 문제가 심각하게 대두되고, 자동차 배출가스 억제 등 환경규제가 강화되면서 전기자동차 개발에 각국 자동차 업체들의 경쟁이 치열하다. 이산화탄소와 배기가스 배출이 없는 것은 물론, 소음과 진동도 없어 머지않은 미래, 전기자동차의 보급이 급격하게 증가될 것으로 예측되는 가운데 국내 최초로 농업용 전기자동차 개발에 성공한 형제파트너가 주목 받고 있다. 환경과 안전을 생각한 기술개발로 더 다양한 분야에서 활용 가능한 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있는 형제파트너를 만나본다.

국내 최초 친환경 농업용 전기자동차

지난해 전 세계 전기자동차의 판매량이 300만대를 넘어섰다. 전기자동차 시장의 성장으로 수많은 자동차 메이커 및 관련 부품 기업들이 미래의 핵심 산업으로 주목받고 있는 전기자동차 개발에 열을 올리고 있다. 국내 역시 전기자동차에 대한 관심이 뜨겁다. 올해 1,364억 원을 들여 전기자동차 보급 및 충전인프라 구축 사업을 진행하는 한편, 전기자동차 구매 보조금을 현행 1,200만 원에서 1,400만 원으로 조정할 계획을 세우고 있다. 이렇듯 전기자동차에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 가운데 조금 특별한 농업용 전기차 제조기업이 있어 눈길을 끈다. 바로 친환경 농업용 전기자동차 전문기업인 ‘형제파트너’이다.

지난 2012년 설립된 형제파트너는 농업용 전기자동차를 개발·생산하고 있다. 전 세계적으로 전기자동차가 이슈가 되고 있는 가운데 이를 농기계 분야에 접목시켜 보면 어떨까 생각했다는 형제파트너 김정완 대표. “농업 분야에도 전기차를 도입해야겠다고 생각했고 제일 먼저 경운기를 대체할 수 있는 농업용 전기자동차를 개발했습니다. 그렇게 탄생한 제품이 바로 ‘아그레브(AGREV)’입니다. 무매연, 무소음, 무진동을 실현한 차세대 이동 수단이라고 할 수 있죠.” 형제파트너의 주력제품인 ‘아그레브’는 농업용 전기자동차로서는 국내 최초이며 유일하다. 고성능 전자브레이크와 4륜 유압방식이 적용돼 불규칙한 노면 위에서도 안전하게 이동할 수 있다. 무엇보다 운전면허 없이도 남녀노소 누구나 쉽게 운전이 가능해 농어촌 지역의 고령인구에게 적합한 농업용 전기자동차로 각광받고 있다.

전기자동차, 효율 개선방안 시급

형제파트너는 지난 2014년 기업부설연구소를 설치, 제품 개발에 매진해왔지만 기술적 어려움에 직면했다. 저렴한 가격의 효율 높은 농업용 전기자동차를 만들기 위한 고민 끝에 생기원의 문을 두드리게 됐다는 김정완 대표.

“전기자동차는 일반 자동차와는 완전히 다릅니다. 자동차 안에 들어가는 부품부터가 다르죠. 게다가 농업용 전기자동차는 처음이다 보니 많은 시행착오가 있었습니다. 기술적 보완을 위해 생기원을 찾게 되었고, 2015년도에 파트너기업으로 선정됐습니다.”

지난 2015년 생기원 파트너기업으로 선정된 형제파트너는 여러 가지 소규모 과제들을 진행한 데 이어 올해 2016년, 융복합기술그룹 김영진 수석연구원과 함께 수요대응공동기술지원사업을 진행 중에 있다. 김영진 수석연구원은 가장 먼저 농업용 전기자동차의 고질적 문제점을 찾기 시작했다. 농업용 전기자동차는 배터리를 동력원으로 사용한다. 만약 배터리가 과부하가 되면 화재가 발생하거나 내부 부품들이 망가질 수도 있고, 배터리가 빨리 소모되면 주행이나 작업 시 멈출 수도 있다. 여기에 내부 부품들을 이어주는 전선과 터미널, 전장부품 등 전력전달 효율을 저해하는 요인에 대해서 살펴볼 것이 많다는 김영진 수석연구원.

“가장 중요한 건 이런 문제점들을 분석하고, 설계 단계에서부터 공학설계 수순과 절차를 거쳐 반영해야 한다는 점입니다. 궁극적으로는 농업용 전기자동차의 운용효율을 높여 품질을 개선하는 것입니다.”

효율 증가로 품질 개선에 박차

김영진 수석연구원은 형제파트너의 농업용 전기자동차에서 운용효율을 저해하는 애로기술을 크게 네 가지로 분류하고 이를 개선하는데 집중했다. 먼저 전기 자동차용 저압전선의 과부하에 의한 열화손실로, 전기차에 사용되는 저압전선은 전기 사용량이 증가하면 뜨거워지거나 화재로 이어질 수 있기 때문에 이러한 열화에 따른 소손을 줄이기 위한 내구성 강화기술을 접목시켰다.

두 번째로 전선의 산화 및 전식에 의한 전력전달 효율저하의 문제다. 산화란 비가 오거나 해변가 같은 곳에서 전선의 부식이 일어나는 것을 의미하며, 전식이란 전기가 흐름으로 인해 발생하는 전기적인 부식을 말한다. 전선이 부식되면 자연히 전기전달 효율이 떨어져 결과적으로 소비전력이 증가하게 된다. 동일한 동력원을 사용 하더라도 소비전력, 즉 전기사용량이 증가하면 운용효율이 떨어지기 때문에 소비전력의 저감과 전력전달 효율을 유지할 수 있도록 최적화 시켰다.

세 번째로 저전압 전선의 열화에 의한 안정성 강화에 대한 문제다. 전력전달의 최적 온도는 40℃인데 이보다 온도가 높아지면 전기저항이 커져서 전류가 적게 흐르게 된다. 만약 신호를 제어하는 선에 이 같은 문제가 발생하면, 전장부품에서 오작동이 발생할 수 있기 때문에 동작 안정성을 유지할 수 있도록했다.

마지막으로 접촉저항 증가로 과도전압에 의한 커넥터 소손 등용 시 전기적인 내성이 떨어지는 문제점이다. 외란 등 과도전압에 의한 소손방지 대책을 수립하여 적용시켰다. 김영진 수석연구원은 “이처럼 실질적인 개선 방안을 제시함으로써 추후 유지보수 기간 동안 발생하는 어려움, 소요시간과 인력투입 등을 줄여 유지보수 비용을 절감할 수 있도록 하는 것”이 목표라고 밝혔다.

더 다양한 분야에 전기자동차 도입 희망

형제파트너는 국내 최초로 농업용 전기자동차 개발에 성공했지만, 아직 가야 할 길이 멀다. 고객의 니즈를 적극 반영하기 위함이다. 현재 개발된 농업용 전기자동차에 부가적으로 농약을 살포할 수 있는 기능, 물을 끌어 올릴 수 있는 양수기능, 화물을 운반할 수 있는 기능 등을 추가적으로 개발할 예정이다. 또한 향후 의료용 등 특수 분야의 전기자동차 개발 목표도 세우고 있다는 김정완 대표는 앞으로도 생기원의 도움이 꼭 필요하다고 강조했다. “생기원은 저희와 같은 중소기업에서 꼭 필요한 연구기관입니다. 가려운 부분을 긁어주시죠. 박사님들께서 직접 멘토를 해주면서 저희에게 필요한 기술이 무엇인지 고민하고 함께 할 수 있는 지원사업도 소개해주셔서 좋았습니다.”

최근 김영진 수석연구원과 형제파트너는 차량 유지보수 시 부분적인 오동작이 발생해도 와이어하네스 전체를 들어내야 하는 문제점을 개선한 시제품을 제작했다. 영역별로 분리해 유지보수에 따른 투입시간 및 인력을 절감할 수 있어 결과적으로 유지보수 비용을 저감할 수 있게 된다. 그 성과인 개선 제품을 코엑스에서 열린 ‘한국전자전(2016.10.26~28)’에 전시하기도 했다. 형제파트너의 미래에 대해 김영진 수석연구원은 ‘가능성이 많은 젊은 기업’ 이라 평가했다. 그리고 “형제파트너처럼 혁신하고 노력하는 기업을 지원해 줄 수 있다는 것에 큰 보람을 느끼고 있으며, 남녀노소 사용할 수 있는 친환경 농업용 전기자동차를 지속적으로 개발하여, 앞으로 형제파트너가 전 세계 전기자동차 분야를 선도하는 기업으로 도약하기를 바란다”고 전했다.

기술 개발 효과

• 농업용 전기자동차 소비전력 저감 통한 에너지 절약 및 연비 향상
• 배터리 과부하 방지 및 전선 안정화를 통한 신뢰성 향상
• 저전압전선 설치가 필요한 차량 및 시스템 기술 향상
• 고효율 저전압전선 개발에 따른 매출 증가 기여
• 유지보수 비용 저감(15%)