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중소기업 기술로드맵 조회결과

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에너지 저장/관리 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

에너지 저장/관리 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 전기를 이용하여 구동하는 xEV 자동차(HEV, PHEV, EV)용으로, 전기에너지를 화학에너지의 형태로 변환하여 저장 후 필요할 때 이를 다시 전기에너지의 형태로 바꾸어 사용 가능한 에너지 저장장치와 이를 효율적으로 사용하기 위해 관리하는 시스템(BMS: Battery Management System)로 정의
  • 범위 : 배터리 셀, 모듈, 팩, BMS, PRA(Power Relay Assy.), 냉각 시스템 등을 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마제품분류 관점세부기술
에너지 저장/관리 시스템 배터리 팩 핵심 원료 소재
  • 이차 전지용 양극, 음극, 전해질, 분리막 기술
  • 차세대 전지 기술
배터리 셀
  • 배터리 타입(파우치, 각형, 원통형)별 제작 기술
  • 고용량 고출력 배터리 셀 기술
배터리 모듈/팩
  • 경량형 배터리 모듈/팩 제작 기술
  • 배터리 모듈 추가(레고형 배터리 모듈) 장착 및 제어 기술
BMS
  • 셀 밸런싱 효율 향상 및 보호 기술
  • 배터리 상태 추정 정밀도 향상 기술
PRA
  • 차량용 반도체 소자를 활용한 기술
  • 스위치, 퓨즈, 전류센서 일체화 패키징 기술
냉각 시스템
  • 냉각 제어 시 에너지 효율 향상 기술
  • 동절기 승온 연계 기술
BMS H/W VIT 측정
  • 절연 타입의 셀 전압 측정 기술
  • 노이즈에 둔감한 센싱 회로 기술
셀 밸런싱
  • 패시브 셀 밸런싱 기술
  • 액티브 셀 밸런싱 기술
보호 회로
  • OVP, UVP, OCP 기술
  • Relay, Fuse, Contactor, FET 활용 기술
BMS S/W VIT 정밀도
  • 전압, 전류, 온도 측정 정밀도 향상 기술
SOC
  • SOC 추정 오차 향상 기술
SOH
  • SOH 추정 오차 향상 기술
가용 출력
  • 가용 충/방전 출력 오차 향상 기술
셀 밸런싱
  • 셀 밸런싱 오차 전압 향상 기술
열관리
  • 열관리 설정 오차 최소화 기술
통신
  • CAN 통신 에러 방지 기술
진단
  • 배터리, 센서, 시스템, 통신 진단 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마공급망 관점세부기술
에너지저장/관리 시스템 배터리 소재 및 셀
  • 양극재, 음극재, 전해질, 분리막, 배터리 셀
배터리 모듈/팩
  • 배터리 모듈, 배터리 팩
배터리 시스템
  • BMS, PRA, W/H, Cooling Fan, Cover, Cooling Duct
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

xEV용 에너지 저장장치 시장은 전통적인 납축전지, 니켈 카드뮴 전지부터 현재 각광받고 있는 리튬이온전지와 차세대전지를 포함하여 5.2%의 성장률로 ‘17년 713억 달러에서 ‘21년 846억 달러의 시장을 형성할 것으로 예상

[ 세계 에너지 저장/관리 시스템 시장규모 및 전망 ]

(단위: 백만달러,%)

전기자동차용 전동기 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 66,200 71,300 74,000 78,400 80,400 84,600 5.2

* 출처: B3(2014∼2015), 후지경제(2015), Visiongain(2015), 일본에코노믹센터(2016) 자료 재구성

(2) 국내시장

에너지 관리 시스템(BMS, Battery Management Systems) 기술은 국내시장에서도 xEV 자동차 보급 및 전력 저장망 구축의 핵심적 요소로 부상하면서, 연평균 51%의 성장률에 힘입어 ‘21년 1,782억 원에 달할 것으로 예상

(단위: 억원,%)

전원장치 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 232 363 568 802 1,180 1,782 51

* 출처: Strategic Outlook of Global EV Market in 2015, FROST & Sullivan 참고 BMS 가격 1,800천원 가정 ($61/kWh, 24kWh 배터리 팩 대상, 1$=1,200원 적용)

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드

전 세계적으로 이산화탄소 배출 및 석유 의존도 감소, 에너지 효율 증대 등에 대한 관심이 높아지면서, xEV 기술과 관련 산업에 대한 신규 투자가 많아지고 있음

친환경 자동차(xEV), 신재생 에너지, 나아가 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 전자제품은 공통적으로 효율이 놓은 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치 없이는 동작 할 수 없기 때문에, 에너지 저장장치에 대한 관심과 투자가 확대

xEV용 에너지 저장장치의 주요 소재는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 등으로 구성되며, 4개 소재의 EV 원가 비중은 각각 30%, 12%, 20%, 16%로 총 78%를 차지하고 있기 때문에, xEV 시장 확대를 위해 새로운 소재 개발을 통한 원가를 낮추면서 안정성이 확보된 연구를 진행 중

xEV의 에너지 저장장치의 기술 트렌드는 제약된 셀 사이즈에 가벼우면서도 최대의 에너지를 담는 경량화 및 고용량화 기술이 요구 됨

셀 자체의 에너지 밀도 뿐만 아니라 모듈/시스템 통합(Integration)의 효율 향상을 위해 이차전지 시스템의 에너지 밀도를 향상 시키는 방향으로 개발

미국과 EU에서는 환경 규제 대응과 정부 보조금 및 인센티브 지원에 힘입어 에너지 저장장치 개발을 가속화하고 있으나, 현재까지 가장 보편적으로 사용되고 있는 리튬이온 배터리의 경우 불량 또는 과충전으로 인한 폭발 가능성 등 안전 문제가 해결되지 않은 상황

배터리의 안전사고 발생을 예방하고 효율적인 전기에너지 사용을 위해 에너지 저장장치 및 관리 시스템(BMS)의 역할이 중요해지고 있음

에너지 관리 시스템(BMS) 시장은 규모나 트렌드, 성장 전망 면에서 에너지 저장장치(배터리) 시장의 환경과 일맥상통하며, 에너지 저장장치 및 관리 시스템(BMS) 시장은 크게 적용 분야로 구분할 수 있음

자동차용 BMS는 전체 BMS의 약 40%로 가장 많은 매출을 차지하는데, 최근 자동차 동력원의 전기화 추세에 따라 핵심 기술이 엔진 및 기계장치에서 전기장치로 이동하면서 시장은 점차 확대될 것으로 전망

하이브리드(HEV), 플러그인하이브리드(FHEV), 전기자동차(EV), 수소연료전지차(FCEV) 등 각각의 배터리 팩에 맞춰야하기 때문에 다른 적용 분야에 사용되는 BMS에 비해 가장 고가이며 복잡한 구조를 띄고 있음

자동차용 배터리 시스템(배터리 팩, BMS) 제조업체들은 배터리 제조사, 배터리 통합사 및 완성차 업체와 긴밀하게 협조하며 제품을 공급하고 있음

최근 관련 기업과 연구 업계에서 BMS의 기술 고도화를 위해 다양한 연구·개발이 이뤄지고 있음

BMS 시장이 커지면서 타 분야의 시장 진입으로 시장 참여자 수도 늘어나 경쟁이 점차 과열되는 양상

(2) 기술환경 분석

환경부는 2019년부터 전기차 의무판매제와 친환경 협력금 제도를 동시에 추진하는 방안을 추진 중

에너지저장/관리 시스템 산업은 전기차, 에너지저장에서부터 로봇에 이르는 다양한 응용분야의 핵심요소기술 로 자리매김하고 있어 산업적 중요성이 더욱더 확대될 전망

에너지저장은 소형기기(IT 기기용) 중심에서 고안전성, 장수명, 고효율화 중대형 에너지저장장치(신재생 및 전기차용) 기술 개발로 이동 중

에너지저장/관리 시스템의 산업 경쟁력 강화를 위해선 규모의 경제 확보가 필요하며, 전기차 및 에너지저장장치 등 관련 내수시장 활성화를 통한 지원이 필요

에너지저장(리튬이온전지) 상용화 기술개발은 민간이 주도하고, 정부는 차세대 이차전지 기술개발 및 이차전지 기술개발 및 제품 시장 창출을 위한 기반 조성

정부는 중대형 이차전지를 중심으로 선도적인 기술을 개발해 글로벌 주도권을 확보하고 세계 시장을 선점할 수 있도록 업계와 노력

5.핵심요소기술 선정

확정된 핵심요소기술을 대상으로 산·학·연 전문가로 구성된 핵심요소기술 선정위원회를 통하여 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

핵심요소기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합성(10)을 고려하여 평가

[ 전전기구동 시스템 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
셀 (이차전지) 안전성이 향상된 고용량 실리콘-카본 음극 소재 기술 충/방전 시 실리콘의 부피 팽창을 해결하기 위한 morphology design 기술 개발 및 전해액과의 부반 응 및 입자 저항을 최소화하기 위한 표면 코팅 기술 개발
고용량 고안전 리튬 황 전기 기술 폴리설파이드의 용출을 막아 부반응을 억제하기 위한 황 복합재 개발 기술 및 전해액 최적화 기술 그 리고 리튬 메탈의 안전성을 높이기 위한 음극 계면안정화 기술
고출력 고성능 전고체 전지 기술 황화물계 전해질 등의 연구를 통한 전해질과 활물질 간의 계면 저항 감소 기술 개발을 통한 고출력 고성능 전고체 전지 기술 개발
배터리 모듈/팩 배터리 모듈/팩 출력 밀도 향상 기술 출력을 향상하기 위한 xEV용 배터리 모듈/팩 경량화 기술
배터리 모듈/팩 에너지 밀도 향상 기술 에너지 밀도를 향상하기 위한 xEV용 배터리 모듈/팩 경량화 기술
차량 최적화 및 시스템 통합 기술 열발산이 고려된 배터리 팩 설계에 따른 배터리 시 스템의 xEV 차량 적용과 시스템 통합 기술
BMS 배터리 셀 밸런싱 향상 기술 배터리 다중 셀의 전압을 모니터링하여 배터리 셀 편차를 줄이기 위한 셀 밸런싱 설계 및 알고리즘 기술
SOC/SOH 알고리즘 향상 기술 배터리 충전 상태(SOC)와 건강 상태(SOH)를 정확 하게 추정하는 알고리즘 기술