전기자동차용 셀 모듈 팩 기술이슈 및 시장 전망 |
화석연료의 고갈 및 온실가스의 배출억제 등과 관련한 환경규제의 강화로 인하여 전기자동차가 기존 내연기관 자동차 대비 친환경차이면서 가속성능이 우수한자동차로 시장이 점차 확대되고 있는 추세이다.
전기자동차에 사용되는 이차전지는 과거 전기 차에 채용되었던 납축전지, Ni-MH전지에 이어, 현재는 리튬이온 이차전지가 가장 많이 사용되고 있으며 가장 널리 사용되는 이유는, 활용가능성이 높은 것으로 판단된다.
리튬이온 이차전지는 휴대용 전원으로 이미 시장을 점유한 상태이고 점차 전기자동차용 중대형 이차전지 시장으로 확장이 진행되고 있다.
전기자동차용 이차전지는 시장이 급성장하고 있으며, 또한 그 주도권의 한 축을 한국이 잡고 있기 때문에 국내 산업의 성장이 크게 기대되고 있다.한국의 시장조사업체인 SNE Research의 자료에 따르면 Global 전기차 시장은 2014년 HEV, PHEV, BEV 등 모두 포함하여 200만대를 넘어섰으며 2020년 경에는 850만대 이상이 판매될 것으로 예상되기 때문이다.
특히 전기차 중에서도 PHEV가 2020년까지 연평균 62.4%, BEV가 연평균 59.8%씩판매량이 증가하면서 전체 전기차 판매량의 증가를 주도할 전망이다.반면 HEV 자동차는 연평균 -2% 수준으로 역성장할 전망이지만 HEV, PHEV, EV를 포함한 전체 전기 차 시장은 2020년까지 연평균 28%의 성장 율이 전망 된다.
현재의 전기차 시장은 미국, 일본 업체가 전세계 시장을 주도하였으나최근 유럽업체 및 중국업체들의 적극적인 전기차 개발로 시장이 확대되고 있는 추세이다. GM과 Ford, Chrysler, Tesla 등의 미국업체와 Toyota, Honda, Mitsubishi, Nissan 등의 일본업체, BMW, Damiler, VW, Renault, Volvo등의 유럽업체와 BYD, 상해 기차 같은 중국 업체 등의 경쟁이 본격화하고 있다.
따라서 전기차 형성초기에는 Tesla와 같은 전기차 전문 업체들이 시장을 주도하였으나 2015년 이후 대형 완성차 업체들의 적극적인 시장참여로 영향력이 대형차 업체위주로 재편될 것으로 예상된다.전기자동차용 배터리 개발에 있어서 가장 중요한 이슈는 에너지밀도, 가격, 안전성, 저온 성능, 장기신뢰성 등이다.
전기자동차용 배터리 개발 로드맵에 따르면, 배터리의 성능 향상을 위한 요소 기술로서 양극 재료, 음극 재료, 전해질 재료, 전지화 기술 등을 포괄하여 기술 개발의 방향성을 제시하고 있다.
또한, 배터리 개발 로드맵은 전기자동차에 배터리를 탑재할 경우 상정되는 주행거리, 배터리 중량, 배터리 용량, 비용 등을 지표로 작성 되었으며, 배터리 기술 개발이 자동차의 성능 향상에 주는 영향을 가늠 할 수 있도록 작성 되었다.
나아가 중장기적으로 비약적인 에너지 밀도 향상이 기대되고 있는다양한 차세대 전지 시스템에 대한 연구 계획도 포함되어 있다. 리튬이온 전지는 에너지 밀도가 기존의 이차전지에 비하여 월등하며고출력 특성을 지니고 있어 전기자동차 및 전동공구에서도 사용이 가능하다.
충전도 빠른 시간에 일어날 수 있고, 수백 사이클까지 사용하여도 수명이 유지되며10년 이상까지 수명을 높이는 것도 가능하기 때문에 전기 자동차에도 사용이 가능하며, 현재 HEV 및 PHEV에 실제 적용되어 시판 중에 있다.
전지 대형화에 따르는 추가적인 설계 검토가 필요한 부분은 사이클 특성과 안전성, 절연성 등에 비중을 두어야 하며 에너지 밀도 향상을 위한 부품의 무게 저감 부분에도 검토가 필요하다.
또 대형 전지의 경우 소형 전지 대비 휠씬 큰 100~300A의 대전류 영역하에서 사용 되므로 대전류에 적합한 단자의 구조 및 설계, 집전체인 foil과 단자의 용접 공정 등은 중요한 인자로 검토되어야 한다.
이와 함께 전지의 급속한 충/방전에 따른 발열을 억제하기 위한 방열 구조 등에 대한 설계는 소형 전지에서 검토되지 않았지만 중대형 전지에서는 매우 중요한 요소이다. SNE리서치는 이와 같은 전기자동차 배터리 이슈 현황을 살펴보고,전기자동차용 셀 모듈 팩의 각 부분별 형태, 가격, 구조 등을 조사한 기술 분석과전기자동차 제조업체들의 전지 평가 방법과 주요 국가의 배터리 연구개발 현황과배터리 업체의 기술개발 및 사업동향 등을 조사한 시장 분석을 통해 향후 2020년까지 전기자동차와 전기자동차 배터리의 수요와 가격분석을 실시하였다.
본 보고서를 통해 전기자동차 배터리 기술현황 및 가격동향, 전세계 전기자동차 판매현황과 시장전망 등을 확인할 수 있다.
- 목차 -1. 서론 1.1 과거 전기자동차 실패의 원인 1.2 전기자동차 시대 도래 1.3 배터리 기술의 발달2. 전기자동차용 배터리 현황
2.1. 시판되고 있는 전기자동차와 사용된 배터리 - 전기자동차, 전기자동차용 배터리 2.2. 로드맵에 따른 배터리가 가진 이슈들 - 에너지 밀도, 가격, 안전성, 저온 성능, 장기신뢰성3. 전기자동차용 배터리 솔루션 3.1. 에너지 밀도 - 양극, 음극, 기타 재료 3.2. 배터리 형태 - 각형 리튬이온전지, 리튬 폴리머 전지 3.3. 배터리 가격 - 자동차용 전지의 원재료비 예측 자동차용 전지의 제조공정 비용 예측 자동차용 전지팩의 가격 예측 3.4. 배터리 안전성 3.5. 전기자동차용 전지 팩의 구조 3.6. 배터리 열관리 - 전지의 발열 모델, 열관리를 위한 전지의 형상 선정 방안 공랭식 thermal management system을 이용한 전지 팩 수랭식 thermal management system을 이용한 전지 팩 3.7. 배터리관리시스템(Battery Management System) - 셀 밸런싱 기능 (cell balancing or equalization function) Current and Voltage monitoring 3.8. 미래의 자동차용 신배터리 - 리튬공기전지, 리튬황전지, 전고체전지4. 전기자동차 제조업체의 평가방법 4.1. 주요 자동차 업체의 신기술 개발 프로세스 - 자동차용 전지의 출력측정 방법, HPPC법을 통한 출력 예측 방법, J-Pulse법을 통한 출력 예측 방법 4.2. 자동차 업체의 전지 평가 항목 및 방법 - 주요 전지 성능 평가 방법, 전지 관련 내구성 평가 방법5. 전기자동차용 배터리 연구개발 현황 - 한국, 일본, 미국, 기타6. 전기자동차용 배터리 제조업체의 기술개발 및 사업동향 6.1. 한국 - LG화학, 삼성SDI, SK Innovation, Kokam 6.2. 일본 - Sanyo, Toshiba, GS Yuasa, Primearth EV Energy Co Hitachi Automotive System, AESC 6.3. 미국 - Tesla, EnerDel, A123systems, Litec, Johnson Controls XALT Energy (구 Dow kokam), Boston Power 6.4. 중국 - BYD, Lishen, China BAK Battery Inc, ATL 6.5 기타 - Saft, Gaia, Electrovaya, Magna, EIG, Seeo Valence Technology, Altair Nanotechnologies GP Batteries International Ltd, International Battery K2 Energy, Maxell Technologies7. 전기자동차 수요 전망 7.1. 전기자동차 기술별 시장 전망 (2011~2020) - 기술별 시장 전망 (HEV/PHEV/EV), 기술별 전기차 시장 전망 7.2. 전기자동차 국가별 시장 전망 (2011~2020) - 미국, 일본, 유럽, 중국, 한국
8. 전기자동차 배터리 수요 전망 8.1. 전기자동차 배터리 시장 전망 (2011~2020) - 기술별 (HEV/PHEV/EV), 배터리 타입별 (Cy/Pr/Po), 배터리 제조업체별 8.2. 전기자동차 배터리 가격 전망 (2011~2020) - Cell 가격 전망, Pack 가격 전망
