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중소기업 기술로드맵 조회결과

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전력변환 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

전력변환 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 주행을 위한 동력의 전부 또는 일부로 전기에너지를 이용하는 전기자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)등의 전기동력 기반 자동차(xEV)에서, 차량 전장 시스템이 요구하는 전원형태(전압, 전류, 주파수 등)를 갖도록 전기에너지를 제어 및 변환하는 장치
  • 범위 : 전력변환 시스템은 배터리나 발전기로부터 공급된 전기에너지로 모터를 구동하는 인버터, 전력변환을 위한 DC-DC 컨버터(HDC, LDC), 외부 전기에너지로 배터리를 충전하는 탑재형 충전기(OBC) 등이 대표적인 전력변환 시스템에 해당
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마제품분류 관점세부기술
전력변환 시스템 인버터
  • 고속, 고정밀 모터 제어기술
  • 고효율, 양방향 전력변환기술
  • 모터 일체화 및 신뢰성 확보기술
컨버터
  • 소형, 경량화를 위한 전력밀도 향상 기술
  • 효율 및 전자파 특성 개선기술
  • 차량 환경 신뢰성 확보기술
탑재형 충전기
  • 배터리 충전 최적화 기술
  • 고효율 및 LDC 일체화 기술
  • 신뢰성 및 충전통신 인터페이스 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마공급망 관점세부기술
전력변환 시스템 인버터
  • IGBT, FET, 다이오드, 필름커패시터, 커넥터, 부스바, 터미널, 기구, 온도센서, 전류센서, 몰딩
컨버터
  • FET, 다이오드, 온도센서, 퓨즈, 터미널, 부스바, 커넥터, 커패시터, 변압기, 인덕터, 히트싱크, 냉각팬, 기구, 전류센서
탑재형 충전기
  • FET, 다이오드, 온도센서, 퓨즈, 터미널, 부스바, 커넥터, 커패시터, 변압기, 인덕터, 히트싱크, 냉각팬, 기구, 전류센서
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

세계 자동차시장은 점진적인 성장세에 있으며, 전 세계적인 온실가스 및 환경오염 규제 강화로 인해 지속적이고 강력한 친환경 정책이 추진되고, 이에 따라 xEV 시장도 연속적인 성장을 기록하고 있음

[ 전원장치 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위: 백만달러,%)

전원장치 세계 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 2,948 2,967 3,006 3,050 3,108 3,143 1.1

* 출처: Global consumption of switching power supplies (Micro-tech consultants) 2016

(2) 국내시장

국내 자동차산업의 위상 및 전기전자분야의 기술성을 고려하여, 전원장치 관련 시장은 전 세계 전원장치 관련 시장이 5% 수준으로 산출하고, 이중 10~20%가 연차별로 증가하면서 자동차산업에서 발생되는 것으로 가정

(단위: 억원,%)

전원장치 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 2,178 2,557 2,961 3,380 3,827 4,447 16.2

* 출처: Micro-tech consultants 자료를 기반으로 산출(국내 전원시장 점유율 5%, 자동차 산업분야 10~20% 차지)

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드

전력변환 시스템은 차량 내 제한된 공간에 장착해야하기 때문에, SiC, GaN 등의 WBG 반도체 소자를 활용한 전력변환 시스템의 소형 경량화 및 고 전력 밀도화가 추진

전력변환 시스템 적용 차량의 다양화와 모델 다변화로 인해 전력변환 시스템의 주요 요구사양은 지속 변화되고 있으며, 전력변환 효율 향상을 통한 고효율화 및 경량화를 위한 노력과 더불어 차량 환경을 고려한 신뢰성 확보가 중요한 기술개발 인자로 인지

자동차의 지능화 및 전장화에 따라 부품 간의 신호·정보 교환은 필수적인 상황이 되었고, 충전을 필요로 하는 전기차 등에서는 외부로부터 공급받은 전력으로 차량 내부의 배터리를 안정적으로 충전하기 위한 충전기와 자동차 간 인터페이스 기술이 중요한 부분을 차지

차량 내 시스템의 복잡성 해소, 와이어 하네스 감소, 유지보수의 용이성, 장착 공간의 확보, 냉각구조 공유 등의 다양한 목적 달성을 위해, 점차적으로 전력변환 시스템은 타 시스템과 혹은 전력변환 시스템 간 일체화된 구조로 개발

(2) 기술환경 분석

정부는 ‘15년 12월 ‘제3차 환경친화적 자동차 개발 및 보급계획’을 발표하고 ‘20년까지 누적기준 20만대의 전기차 보급을 추진 중

산업통상자원부는 ‘17년 3월 산·학·연 전문가가 참여하는 ‘자동차 종합 로드맵 기획위원회’를 구성하고 미래차 기술로드맵을 수립

중국, 미국, 유럽 등에서 친환경 자동차로 전기자동차와 더불어 수소차에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이에 따른 정부 지원과 기술개발 및 실증이 활발하게 진행

기존 전기전자산업분야에 속하는 전력변환 시스템이 자동차산업 분야로 진입하기 위해서는 자동차산업에서 요구하는 수준 높은 성능과 신뢰성을 만족할 수 있어야 하며, 이를 연구개발 단계부터 검증할 수 있는 전문 평가설비를 갖춘 개발 환경 필요

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

[ 전력변환 시스템 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
인버터 인버터 방열설계 기술 인버터 소형, 경량화에 필수적인 기술로, 반도체 스위칭 소자에서 발생되는 열을 안정적으로 방열 하도록 최적 설계함으로써 동작 안정성 및 수명 내구성을 확보하는 기술
양방향 고효율 전력변환 제어기술 모터 구동 및 회생에 의한 양방향 전력흐름에 대응 가능한 인버터 전력변환 제어기술
컨버터 컨버터 전력변환 효율향상 기술 컨버터 전력변환 효율 향상을 위한 토폴로지 개발및 회로 최적화 기술
WBG 반도체 소자 적용 전력밀도 향상 기술 WBG 등을 적용한 반도체 소자들을 활용하여, 컨버터 전력밀도를 향상시키는 기술
탑재형 충전기 V2G 대응 양방향 전력변환 효율 향상 기술 차량 내 배터리에 저장된 전기에너지를 충전기를 통해 전력계통에 역으로 전달할 수 있는 기술로, V2G 구현을 위한 필수 요소기술
디지털 기반 충전통신 표준 호환성 확보 기술 국내 혹은 국외 충전 관련 표준 및 규격을 만족시킴으로써 충전 인프라와의 연계 호환성을 확보 할 수 있도록 하는 기술