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중소기업 기술로드맵 조회결과

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전기구동 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

전기구동 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 전기구동 시스템은 엔진이 없는 전기자동차에서 동력을 발생하는 장치로서, 전동기와 인버터로 구성되며 전동기 축에 감속기 또는 변속기를 연결하여 회전력을 바퀴에 전달하여 차량을 구동시키는 부품을 의미
  • 범위 : 전동기(구동모터), 인버터, 감속기로 구성되며, 고출력 및 고효율 기술을 요구하는 xEV용 구동시스템 부품 군으로 정의
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마제품분류 관점세부기술
고출력 전동기 모터 영구자석모터
  • 고속, 고정밀 모터 제어기술
  • 고효율, 양방향 전력변환기술
  • 모터 일체화 및 신뢰성 확보기술
비영구자석모터
  • 소형, 경량화를 위한 전력밀도 향상 기술
  • 효율 및 전자파 특성 개선기술
  • 차량 환경 신뢰성 확보기술
인버터 Si계열 인버터
  • 파워모듈 이중냉각 기술
  • 고전압 전력모듈 적용기술
  • 커패시터 경량화 기술
  • 스위칭 손실 저감 기술
비Si계열 인버터
  • 전력모듈 소형 경량화 기술
  • 인버터 방열 향상 기술
  • 통합형 전력모듈 기술
  • 고효율 스위칭소자 기술
  • SiC적용 다단변속 제어기

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마공급망 관점세부기술
고출력 전동기 전동기
  • 철심 강판 등 소재 공정 기술
  • 하우징 최적화 기술
  • 냉각 구조 최적화 기술
  • 전동기 일체화 및 경량화 기술
인버터 및 컨버터
  • 차량용 반도체 기술 : 마이크로컨트롤러, 게이트 드라이브, IGBT 모듈 기술
  • 파워 소자 모듈 기술
  • 인버터 및 컨버터 일체화 기술
  • HW 및 SW 융합기술
파워트레인 제조
  • 구동모터, 감속기, 인버터 통합화 기술
  • 최적화를 통한 고출력 및 효율 향상 기술
  • 성능 및 신뢰성 향상 기술
  • 파워트레인 양산화 기술
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

전 세계 전기자동차용 전동기 시장 규모의 경우 ‘16년 1,600백만 달러에서 연평균 16.6%의 성장률로 ‘21년 3,265백만 달러의 규모가 예상 됨

[ 전기자동차용 전동기 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위: 백만달러,%)

전기자동차용 전동기 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 1,600 1,800 2,200 2,500 2,800 3,265 16.6

* 출처: 에너지경제연구원, 에너지기술 수출산업화 전략연구, 2013

(2) 국내시장

국내 BLDC 모터 시장의 경우 ‘16년 기준 4,494억 원에서 연평균 6%의 성장률로 ‘20년에는 5,674억 원의 규모가 예상

(단위: 억원,%)

전원장치 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 4,494 4,764 5,050 5,353 5,674 6,015 6.0

* 출처: Precision electric motors(Brushless) market, Transparency Market Research(2015) 및 에스피치 실적 보고서(2013)를 바탕으로 KISTI 재작성

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드

연구 개발 동향

  • 전기자동차의 성능을 좌우하는 주요 부품의 연구개발 및 실용화가 활발히 진행되고 있으며, 전기구동시스템의 효율 및 출력밀도 향상을 위한 업체 간 기술경쟁의 심화되고 있음
  • 주행 평균 효율 향상 기술, 출력밀도 증대기술, 비희토류 및 저희토류 영구자석 적용 기술, 모터 동손저감기술, 모터 철손 저감 기술, 경량 최소화 기술 등으로 진행되고 있음

전자기적 다단기어 적용 기술

차량용 SR 모터

중희토류 저감 기술

치 집중 권선법(Concentrated Winding)

동 다이캐스팅 기술

철심코어 박막 기술(Thin Gauge Electrical Steel)

전동기, 인버터, 감속기 일체형 구동시스템

(2) 기술환경 분석

전기자동차 시장 성장에 따라 전기자동차를 구성하는 배터리시스템, 전기구동시스템 및 경량화 소재 부분에서 높은 성장세를 보일 것으로 전망

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
설계 및 제어 기술 고출력밀도 구동 모터 설계 기술 개발 고출력밀도 실현이 가능한 고성능 EV용 다층 액시얼 플럭스형 구동모터 기술
극박막형 저손실 강판 적용 설계 기술 개발 평철손은 히스테리시스손과 와전류손으로 구분되며 얇은 두께의 강판을 사용하여 철심코어를 제작하면 와전류손 저감이 가능한 모터 강판 개발 기술
고효율 냉각 설계기술 개발 고정자 엔드코일을 직접적으로 냉각하는 방법과 중공형 회전자를 이용해 직접 회전자를 냉각하는 등의 새로운 냉각구조 개발 기술
파워모듈 이중 냉각 설계기술 개발 Double-sided 냉각방식을 통하여 단면 냉각 방식에 비해 30%이상의 열저항 개선을 이룰 수 있으며, 이로 인하여 동일 chip 사이즈로 30%이상의 최대전류 개선 기술
고효율 및 부피 저감형 SiC 적용 모터 제어기 기술 개발 Si기반의 IGBT 전력모듈의 설계, 공정 및 packaging 기술개선으로 전력모듈의 스위칭 손실이 줄어들고 사이즈 저감 기술
모듈화 기술 구동시스템 일체화 기술 개발 모터, 인버터, 기어부의 일체형 구동시스템 연구로 컴팩터화 기술이며, 하네스 없이 부스바에 의한 결선으로 배터리 전원 전압의 이용 극대화와 전자파 최소화를 실현할 수 있는 기술
평가 기술 구동시스템 성능 평가 표준화 기술 개발 WBG 등을 적용한 반도체 소자들을 활용하여, 컨버터 전력밀도를 향상시키는 기술
구동시스템 기능 안전 평가 프로세스 기술 개발 구동시스템의 작동범위, 온도특성, 환경특성 등에 의한 기능 검증 기술