▲ 이미지출처_테슬라(Tesla) 홈페이지     © 특허뉴스

 

글로벌 완성차 업체가 주도해온 전기자동차 시장에 다크호스가 등장했다. 엔론 머스크(Elon Musk)가 이끄는 ‘Tesla Motors(이하 Tesla)’다. 특허 기술 및 마케팅 측면에서 Tesla는 기존 전기차와 다른 전략을 구사한다. IP타깃이 발간한 ‘글로벌 특허기업 분석’ 보고서를 기반으로 Tesla 전략을 분석한다. <편집자>

 

전기차 시장 중심에 선 Tesla.

 

세계 자동차 업계가 Tesla에 주목하는 것은 기술방식이 기존 전기차와 다르기 때문이다. Tesla의 핵심 특허는 배터리 시스템 및 관리 기술이다. 독창적인 방식을 통해 Tesla는 전기차 주행거리와 안전성을 확보했다. 또 전기차 보급 활성화에 관건인 충전 스테이션에서도 강력한 특허 장벽을 구축했다.

 

▲ 이미지출처_테슬라(Tesla) 홈페이지     © 특허뉴스

 

배터리와 충전스테이션은 전기차 시장 승패와 보급 활성화를 결정하는 핵심 요소다. 배터리는 전기차 제조 단가 중 가장 큰 비중을 차지한다. Nissan 전기차 ‘Leaf’에 장착된 배터리는 1만 2,000달러로 차량 가격의 50%가 넘는다.

 

전기차는 배터리 생산 단가를 낮추고 배터리 용량을 늘리는 기술이 필수다. 전기차는 1회 충전시 주행 거리가 일반 자동차에 비해 짧다. Nissan ‘Leaf’의 주행거리는 동급 가솔린 차량의 20% 수준이다. 전기차는 짧은 주행거리를 극복할 수 있는 배터리 용량 확보가 필수다.

전기차 안전성에 대한 우려도 높다. 중국, 미국 등에서 일어난 전기차 화재사고로 안전성에 대한 논란이 크다. 특히 원통형 배터리를 여러 개 연결하는 Tesla 전기차의 경우, 과열 방지 기술 확보가 필수다.

이에 따라 Tesla 핵심 특허는 배터리 안정성 확보에 필요한 과열 방지 기술이다.

Tesla 특허 포트폴리오를 분석한 결과, 약 70%(160건 중 111건 이상)가 배터리 관련 기술이다. 특히 배터리 안정성 확보에 필수적인 과열 방지 분야는 특허 등록 수(44건)는 물론 질적으로도 독보적인 포트폴리오를 구축했다. 이를 통해 Tesal는 중대형 세단급 전기차 ‘Model S’제작이 가능했다.

 

세계 각국은 전기차 보급을 위해 충전 설비 구축을 추진한다. 국가별로 보면 일본의 전기차 충전 인프라 계획이 가장 앞섰다. 일본은 2020년까지 200만개 저속충전 시설과 5,000개 급속충전 시설을 확보할 예정이다. 미국도 2014년까지 350여 개의 급속충전 설비를 포함한 2만 2,000개 전기차 충전 인프라를 구축한다.

 

자동차 완성도와 충전 스테이션은 Tesla가 가장 집중하는 분야다. 최근 3년간 Tesla 특허 출원 동향을 보면, 일반 자동차(Vehicle) 분야가 80% 이상을 차지한다. 또 Tesla가 일반 자동차 관련 특허를 인용하는 사례도 크게 늘었다.

 

자동차 완성도를 높이기 위한 분야로 기술 개발 방향을 선회했다는 의미다. 충전 스테이션에서도 총 14건의 특허를 출원 및 등록해 강력한 특허 장벽을 구축했다. 충전 인프라 확대는 전기차 시장의 핵심 성공 요소다.

 

▲ 이미지출처_테슬라(Tesla) 홈페이지     © 특허뉴스

 

Tesla가 직면한 가장 큰 리스크는 일반 자동차 분야다. Tesla 경쟁력의 원천은 배터리 관리기술이다. 그러나 차량일반, 디자인, 사용자 인터페이스 등 일반 자동차 분야는 경쟁 업체에 비해 상대적으로 뒤처진다. 최근 NPE가 Tesla를 제소한 소송도 모두 차량 일반과 사용자 인터페이스 부문이다. Tesla가 일반 자동차 분야에서 강력한 특허 포트폴리오를 구축하는 데는 상당한 노력이 필요하다.

 

Tesla가 집중하는 특허 기술은?

 

Tesla는 지난 10여년간 총 400여개 특허를 출원 및 등록했다. 이중 153건(48.1%)을 최근 3년간 확보해 혁신 역량을 강화했다. Tesla 기술은 배터리 기술에 있다. Tesla 특허 약 67%(203건 중 135건 이상)가 과열방지 등 배터리 관련 기술이다.

 

▲ Tesla가 많이 보유한 특허 (2008~2014년 등록 특허)     © 특허뉴스

 

기업들이 주목하는 Tesla 기술 분야도 배터리다. 기술 분야별로 살펴보면, 배터리 기술인 과열방지, 충전 등의 분야에서 특허를 인용하는 사례가 56.6%에 달했다. 하지만 자동차 기술 분야 인용이 최근 급증했다. 2014년 가장 많이 주목 받은 기술은 차량 일반으로 Tesla 특허를 인용한 사례가 총 8건에 달한다.

 

회사가 주력하는 R&D 투자 분야를 나타내는 ‘셀프(Self) 피인용’ 사례를 보면 최근 Tesla가 집중한 분야는 배터리 과열 방지와 차량 일반 기술이다. Tesla는 전기차 핵심인 배터리와 자동차 완성도 향상을 위한 차량 기술을 중심으로 핵심 역량 확보에 나섰다.

 

▲ Tesla, 등록 특허 수( 2014년)     © 특허뉴스

 

Tesla는 2014년에만 총 52개 특허를 등록했다. 차량 일반 분야 특허 등록이 14건으로 가장 많다. 상대적으로 취약한 자동차 기술 분야 연구개발을 지속 강화한 결과다. 특히 모터제어 3건, 사용자 인터페이스 2건 등 새로운 영역 특허가 증가했다.

 

Tesla가 최근 집중하는 것은 자동차 완성도를 향상시키는 일이다. 실제로 2014년 Tesla IP활동은 자동차에 집중해 있다. 2014년 등록 특허에서도 자동차 기술 비중이 36.5%로 2013년까지 비중 29.4%보다 크게 늘었다.

 

배터리 안정성을 위한 과열방지 특허

 

Tesla 주력분야는 배터리 시스템 및 관리 기술이다. 특히 배터리 안정성 확보를 위한 과열방지 특허가 뛰어나다. Tesla 기술은 복잡한 배터리 시스템을 통합하고 이를 관리하는 분야에 집중된다. 이는 특허 포트폴리오에서도 분명하게 드러난다. Tesla 특허의 약 70%(160건 중 111건 이상)가 배터리 관련 기술이다.

 

▲ Tesla의 배터리 쿨링 시스템     © 특허뉴스

 

특히 배터리 안정성 확보에 필수적인 과열 방지 관련 분야(총 44건)에서 특허 등록 수는 물론 질적으로도 독보적인 입지를 구축했다. 또 R&D 주력 분야를 보여주는 셀프 인용(Self Citation) 수에서도 Tesla는 △과열방지, △충전, △배터리 팩 관련 기술 개발에 집중하고 있다.

 

Tesla가 채택한 ‘18650’ 배터리는 직경 18㎜, 길이 650㎜ 원주형 리튬전지다. 주로 노트북컴퓨터 등 소형 전기제품에 사용된다. 표준화된 배터리로 가격과 출력이 뛰어나다. 그러나 자동차에 수천 개의 ‘18650’ 배터리를 장착하려면, 배터리 연결과 발열로 인한 안전성 문제가 발생한다.

 

Tesla는 독창적인 배터리 연결 방식을 개발했다. Tesla 전기차 첫 모델인 ‘로드스터’에는 6,831개의 ‘18650 배터리’가 복잡한 병렬과 직렬 방식으로 장착됐다. 그 결과 배터리 용량이 늘어나 400km 이상의 항속거리를 지원한다.

 

Tesla는 배터리 과열 방지 기술도 개발했다. 전자센서 기술로 모든 배터리 온도와 전압 상태를 모니터링하고 과열이 되면 즉각 이를 차단한다. 이런 배터리 시스템 및 관리 기술이 Tesla 특허의 핵심이다.

 

Tesla 배터리 기술은 이미 성숙단계에 이르렀다. 향후 Tesla는 자동차 완성도를 높이는 분야로 선회할 가능성이 높다. 실제로 Tesla는 2012년 ‘Model S’ 출시를 계기로 차량 일반 기술에 대한 특허 활동을 본격화했다. 최근 3년간 특허 출원 분야도 차량 일반 기술 비중이 82.5%로 높아졌다. 또 최근 2년간 Tesla가 경쟁 완성차 업체의 차량 일반 특허를 인용하는 사례도 크게 늘었다.

 

셀프인용 사례에서도 최근 2년간 Tesla가 주력하는 분야는 차량 일반 기술이다. 이는 배터리 기술이 성숙단계에 이르렀다는 의미다. 따라서 향후 Tesla는 자동차 완성도를 높이기 위한 분야로 R&D 방향을 선회할 가능성이 크다.

 

▲ 셀프 인용을 통해 본 Tesla 투자 기술 분야 (최근 2년)     © 특허뉴스

 

Tesla는 스마트카 기술 개발에도 뛰어들었다. 지난 2년간 Tesla가 인용한 특허를 살펴보면, 스마트카 핵심 기술군 가운데 가장 주목받는 ‘Data Processing’분야가 눈에 띄게 늘었다. Data Processing은 최근 3년간 스마트카 특허의 절반 이상을 차지할 정도로 각광받는 기술이다.

 

주목받는 Tesla 특허기술

 

GM과 BMW 등 글로벌 완성차 업체들이 Tesla 특허에 주목하고 있다. 실제로 지난 2년간 GM과 BMW가 Tesla 특허를 인용한 사례는 25개로 급증했다. 최근 Ford, Renault, Bosch 등 완성차 및 부품 업체도 Tesla 특허를 인용하는 경우가 늘었다.

 

국내 배터리 업체인 Samsung SDI도 Tesla 특허에 관심을 갖기 시작했다. 기술 분야별로 살펴보면, 배터리 기술 가운데 충전, 과열방지, 배터리 팩 영역에서 Tesla 특허를 인용하는 사례가 가장 많았다.

 

Tesla는 기존 전기차와 다른 시장 전략을 구사한다. 기존 전기차는 소형차면서 중형급 이상의 가격대를 형성한 데 반해, Tesla는 중대형 세단급 전기차 시장을 겨냥했다. 실제로 2012년 Tesla가 출시한 전기차 ‘Model S’는 가격과 성능면에서 Mercedes Benz의 중대형 세단급 ‘E-Class’와 비교된다. Tesla가 준비중인 Model X도 고성능 스포츠카를 지향한다.

 

Tesla와 BMW는 직접적인 특허 경쟁력 비교가 어렵다. 그러나 충전스테이션 부문에서는 치열한 경쟁이 예상된다. Tesla는 배터리 분야에서 BMW보다 훨씬 많은 특허를 보유했다. Tesla는 자체 개발한 원통형 배터리 관리시스템을 사용한다. 이에 반해 BMW는 배터리 전문 업체(삼성 SDI)로부터 각형 배터리를 일괄적으로 공급받는다.

 

따라서 전기차 배터리 관련 특허 포트폴리오는 Tesla가 상대적으로 강력할 수밖에 없어 BMW와 직접 비교는 어렵다. 두 회사가 전기차에 장착하는 배터리 기술 방식이 전혀 다르기 때문이다. 그러나 충전스테이션 부문에서 Tesla와 BMW는 각각 3개의 특허를 보유해 향후 치열한 경쟁이 예고된다.

 

Tesla는 2003년 엔론머스크(Elon Musk)가 설립했다. 엘론 머스크는 지분 27.0%를 보유했다. 완성차 제조업체 Daimler와 Toyota, 배터리 업체 Panasonic도 주요 주주다. 매출은 2012년 ‘Model S’ 출시 이후 빠르게 늘었다.

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