1. 기술로드맵

□ (총론) 각종 부품의 과열, 고전압 이슈에 대응하는 안정화 고효율화 등을 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략1) 각 부품의 열관리와 냉각 시스템 관련 기술개발

[ 「열관리 시스템」 기술개발 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 친환경차 열관리시스템은 파워트레인의 냉각 및 웜업(WARM UP) 기능을 수행하고 실내공조기술과의 종합적 연계를 통해 차량 연비를 향상시킬 수 있는 통합형 시스템을 의미함

○ 친환경차는 내연기관 차량 대비 배터리, 모터 및 전력변환 장치 등의 부품이 신규로 탑재되어 있으며, 이에 따라 내연기관과 전혀 다른 열관리가 필요함

○ 배터리의 경우 저온에서 효율이 저하되고 고온에서는 화재발생 등의 문제를 해결할 필요가 있으며, 엔진 배기열과 기계식 컴프레셔가 없으므로 특화된 고효율 온도관리 시스템이 필요함

□ 열관리시스템은 친환경차 분야에서 기반기술 확보를 위한 전략품목으로, 효율적인 열관리시스템 개발을 통해 내구성, 연비 등에서 차별화된 경쟁력 확보가 가능할 것으로 전망됨

[ 친환경자동차 품목로드맵 내 열관리시스템 ]

(2) 기술개발 필요성

□ 친환경차는 내연기관과 달리 엔진 폐열이 존재하지 않아, 냉/난방 시 배터리 전력을 사용하는 전기구동 유체기계 및 전기 히터를 사용하면 주행거리가 급격히 감소하는 특징이 있음

□ 친환경차의 주행거리 향상을 위해 핵심 공조부품의 개발이 필수적이며, 배터리, 인버터 및 모터 등 주요 전장품의 온도조절도 필수적인 만큼, 실내공조 시스템과의 종합적 연계를 통해 차량 연비를 향상시킬 수 있는 시스템 엔지니어링 기술이 핵심임

○ 친환경차의 경우 기존 내연기관 자동차와는 달리 차량의 구동원으로 순수 전기에너지에만 의존하기 때문에 공조시스템의 경우도 기존과는 완전히 다른 전기에너지를 사용하는 시스템으로 개발되어야 함

[ 전기자동차 온도에 따른 주행거리 변화 특성 ]

* 출처 : 추위타는 전기차 겨울철엔 주행거리 최대 40% 줄어든다_국민일보(`20.12), (원출처: 환경부)

□ 친환경차의 주행거리 향상을 위하여, 냉난방(HVAC), 배터리, 인버터, 모터 등에 적용되는 열관리 기술을 통합 연계하려는 기술들이 많이 요구되고 있음

나. 범위 및 분류

(1) 가치사슬

□ 열관리시스템의 경우 히트펌프 기술 발전에 따라 온도에 따른 성능저하의 취약점을 가지고 있던 친환경차의 시장에서 고효율화를 위해 차지하는 비중이 점점 높아지고 있음

○ 현재 전체 자동차부품 원가 중 열관리 시스템을 포함한 전장부품이 차지하는 비율은 점점 상승하여 40% 이상에 달하는 것으로 알려져 있으며, 친환경차 중 전기차의 경우는 전장부품이 원가 비중의 70%에 이르고 있음

□ 전방 및 후방 모두에 산업 파급효과가 매우 큰 수준이며, 열관리시스템 기술은 친환경차 시장과 동일시 될 수 있는 상황임

[ 열관리시스템 품목 산업구조 ]

(2) 용도별 분류

□ 열관리시스템은 사용 목적상으로 분류하면 모터냉각시스템, 배터리 열제어, 난방시스템 등으로 나누어 볼 수 있음

○ 이 중 난방시스템의 경우 단순 실내 난방 뿐 아니라, 폐열을 활용하여 모터 및 배터리 열관리에도 적용이 되고 있음

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

(1) 개황

□ (편의장치에서 주행거리를 좌우하는 핵심시스템으로 변화) 열관리 시스템은 내연기관차에서는 탑승객을 위한 편의장치였으나, 전기차에서는 주행거리를 좌우하는 핵심시스템

○ 전기차 열관리 시스템의 평균단가는 내연기관차 대비 400%까지 상승함

□ (단위부품 납품) 현재 공조시스템의 경우, 시스템 단위로 납품을 진행 중에 있지만, 완성차업체에서는 글로벌 Out-sourcing을 진행하기 위한 단위 부품으로 납품을 확대해가는 경향 있음

○ 전기자동차용 통합 열관리 시스템에 적용되는 후방 산업의 경우, 단위 부품 산업으로 중소기업 등에서 단위 부품들에 대한 기술력 확보 시 성장의 기회가 될 수 있는 산업임

□ 전기수소차 지원정책 강화

○ (미국) 일정 요건(최소 배터리 용량 4kWh 등)을 갖춘 전기차 구입에 대해 배터리 용량을 기준으로 최대 7,500달러의 소득세 공제 인센티브를 제공하고 있음

○ (일본) 전기차 (EV·PHV) 구입에 대해 최대 85만 엔의 보조금을 지급하고 있음

○ (영국) 초저공해(ULEV)승용차에 대해‘플러그인 승용차 보조금’, 상용차에 대해 ‘플러그인 밴(Van)보조금’을 별도로 운영하고 있음

○ (프랑스) CO2 배출량을 기준으로 설정된 보너스-맬러스(Bonus-Malus) 제도를 통해 전기차(신차) 구입자에 대해 보조금을 지급하고 있음

□ (자동차 부품 구조의 변화 및 전망) 내연기관차에서 전기차로 전환 시, 엔진부품들은 생산할 필요가 없으며, 구동·전달 부품과 전장 부품도 일부 감소될 것임

○ 독일 컨설팅 기업 Roland Berger은 2019년 자동차 원자재에서 16%를 차지했던 저출력 및 고출력 전장부품이 2025년에는 23%로 증가할 것이라 전망함

○ 영국 조사기관 IHS Markit은 2024년까지 전장 부품 수요는 약 2,240억 달러로, 신규 부품은 540억 달러로 증가할 것이라 전망함

(2) 관련 시장 규모 및 전망

① 세계 시장

□ 2021년 23억 달러였던 전기자동차 열관리 세계시장 규모는 2027년 59억 6,000만 달러로 증가할 것으로 전망됨

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 17.2%로 전망

○ 전기자동차 열관리 세계 시장은 전기차 기술의 진보에 따라 시스템 관리의 수요가 높아지고 있음

[ 전기자동차 열관리 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 십억 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
세계 시장	2.30	2.91	3.52	4.13	4.74	5.35	5.96	17.2
* 출처 : Electric Vehicle Battery Thermal Management System Market Size 2021-2031_alliedmarketresearch('22.05) 기반 재구성

□ 2021년 9억 7,200만 달러였던 전기자동차용 공조시스템 세계시장 규모는 2027년 21억 4,440만 달러로 증가할 것으로 전망됨

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 14.1%로 전망

○ 전기 자동차용 공조시스템 세계 시장은 전기자동차의 성능에 열관리가 핵심역할을 차지하면서 중요성 부각

[ 전기자동차용 공조시스템 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
세계 시장	972.0	1,167.4	1,362.8	1,558.2	1,753.6	1,949.0	2,144.4	14.1
* 출처 : Electric Vehicle HVAC market 2020-2027('21.05)에 기반하여 재구성

② 국내 시장

□ 2021년 7억 1,900만 달러였던 전기자동차 열관리 시스템 국내시장 규모는 2027년 22억 6,900만 달러로 성장할 전망

[ 전기자동차 열관리 시스템 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
국내 시장	719	893	1,076	1,297	1,562	1,883	2,269	21.1
* 출처 : "Electric Vehicle Battery Thermal Management Systems Market, 2022 – 2032"_Emergen Research(`23.08)

나. 기술개발 동향

(1) 개황

□ 각국의 CO2 규제 및 연비 규제 강화로 인해, 친환경차의 개발 및 판매가 가속화되고 있으며, 이에 따른 친환경차의 특성상 열관리가 매우 중요하게 대두되고 있음

○ 친환경차의 경우 기존 내연기관 차량 대비 배터리, 모터 및 전력변환장치(Power Eletric, PE) 등의 부품이 신규로 탑재되며, 엔진이 없음

○ 기존의 엔진 차량의 경우 열관리가 연비에 차지하는 비중이 2~7%라고 알려져 있으나, 친환경차의 경우 연비에 차지하는 비중이 20~60%로 나타남

○ 친환경차에서는 기존과 전혀 다른 대상을 위한 열관리가 필요하며, 관련 시스템의 기술개발이 요구되고 있음

○ 친환경차 통합 연관리 기술 분야는 현재 기술개발이 활발히 진행되고 있으며 향후 더욱 가속화될 것으로 보여짐

(2) 주요 기술개발 동향

① 해외 기업

□ 세계 100대 부품 업체 중 상위 3개 업체는 Bosch(독일), Denso(일본), ZF Friedrichshafen(독일) 순이며, 선도업체들은 파워트레인 등 내연기관 핵심부품 외에 인포테인먼트(infotainment), ADAS 등의 전장 부품까지 다각화된 포트폴리오 보유함

[ Top 10 자동차 부품업체 현황 ]

(단위 : 억 달러)

□ Robert Bosch (독일)

○ `20년 누적매출 4,651.5억 달러를 기록하며 11년 연속 정상 유지 중

○ TMS(Thermal Management System) 바탕의 히트펌프 개발, 배터리 개조 없이 주행 거리를 25% 연장하는 효과가 있음

□ Denso (일본)

○ 자동차 열관리 시스템(공조 및 냉각) 분야 세계 1위 업체로, 일본 도요타(TOYOTA) 그룹 중 TOYOTA MOTOR 다음으로 규모가 큰 기업이고, 공급 부품들의 우수한 성능 및 내구 품질로 인하여 완성차인 TOYOTA MOTOR 외의 매출이 50.0% 이상을 차지하고 있음

○ 열관리 분야에서 독보적인 업체로, 신규 기술을 선도하고 있는 상황 (축냉 증발기, Ejector 적용, 히트펌프 시스템)으로, 공조시스템 분야의 기술 선도를 하고 있는 기업임

○ 전기자동차에 적용되는 공조시스템에 대한 기술선점 등 신규 기술 확보에 대한 노력 뿐 만아니라, 내구 신뢰성 향상을 위한 연구개발을 주요하게 진행하고 있는 상황으로, 부품 신뢰성 확보를 기술 개발 전략으로 내세우고 있음

○ 덴소의 새 고효율 히트펌프 시스템은 BEV가 이동하는 동안 제상 기능을 활성화하는 세계 최초의 히트펌프 시스템이며 겨울철에 히트펌프 시스템에 성에가 꼈을 때 작동해 BEV의 에너지 효율을 향상시킴

□ Tesla (미국)

○ 테슬라의 모델S와 모델X에는 4개의 Thermal Management Loop와 배터리 쿨링에는 Snake Cooling이 적용되었음

○ `18년‘Super Bottle’이라는 열관리 시스템을 적용, 냉각 시스템을 하나의 통합시스템으로 구성하여 효율적으로 배터리와 전장 부품을 냉각시키고 공간도 좀 더 compact하게 활용할 수 있도록 함

○ `21년 모델Y와 모델3에 히트펌프와 Octo Valve를 기본사양으로 장착

② 국내 기업

□ 세계 100대 자동차 부품사 중 국내기업은 현대차 계열 5개 社와 만도(48위), 한온시스템(37위) 등 10개 社를 보유 중임

○ `17년 기준 7개 社 합산매출은 515억 불로 일본, 독일, 미국에 이어 4위를 차지하였으며, 세계 100대 부품사 매출의 약 6.3% 차지함

□ LG에너지솔루션

○ `20년 LG화학에서 배터리 사업부문을 분할해서 설립

○ GM과 LG솔루션의 합작법인‘얼티엄셀스’에서 얼티엄 플랫폼 기반의 전기차 출시 계획

□ 현대위아

○ 현대위아는 테슬라의‘Super Bottle’대비 더 발전된 열관리시스템을 개발하여, 부품 수를 기존 대비 40% 축소하였음

○ E-compressor를 포함한 실내 냉난방 시스템도 기술개발 진행 중

□ 한온시스템

○ 자동차용 공조 및 열관리 시스템에 대한 Total solution을 제공하고 있는 국내 1위 공조업체임

○ 국내 시장 점유율이 감소하는 반면, 해외시장 점유율을 높여가고 있는 상황이며, 국내·외 완성차로부터, 기술력을 인정받고 있고, 현대차에 그룹에 집중된 매출 의존도를 낮추고 유럽 완성차로의 수익처 다변화 진행 중

□ 삼성SDI

○ 삼성SDI의 자동차에 쓰이는 각형 배터리 셀을 제공, 모듈은 서로 직렬 및/혹은 병렬로 연결된 다수의 셀들로 이루어져 있으며, 기계적 구조물 안에 매입됨 삼성SDI의 배터리 셀은 컴팩트하고 적층가능하게 설계되었기 때문에 셀의 모듈화가 용이하고 여러 가지의 다른 구성을 하기에 이상적임, 배터리 팩은 다수의 모듈들을 배터리 관리 시스템과 열관리 시스템의 센서와 컨트롤러를 포함하여 서로 직렬 혹은 병렬로 연결하여 조립

□ SK엔무브

○ 글로벌 윤활유시장 1위인 SK루브리컨츠가 `22년 사명을 SK엔무브로 변경하고 전기차 사업 강화

○ 전기적 효율성을 높이는 신규 사업 적극 추진, 데이터센터 액침냉각, 배터리 열관리 등 액체 기반 열관리 사업 경쟁력 강화 계획

□ 대한칼소닉

○ 일본 공조업체(Calsonic Kansei)와의 합작회사로, 국내에서 생산하는 완성차 업체(S사, R사)의 공조시스템 및 단위 부품을 납품하고 있음

□ 두원공조

○ 자동차용 공조시스템을 전문으로 생산하는 업체로, 국내 완성차(HMC)에 대부분 시스템 단위로 납품을 진행하고 있음

□ 우리산업

○ 우리산업은 차량용 HVAC시스템 부품 및 자동차용 전장부품을 제조 및 공급하고 있으며, 핵심 제품은 전기차의 난방 장치로 쓰이는 PTC 히터로 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 서미스터(Thermistor) 소자를 활용해 내연기관이 없어 난방이 어려운 전기차의 주력 난방장치로 사용

□ NVH코리아

○ NVH는 차량용 열관리 소재 개발 및 공급을 하고 있으며, TMM(열관리모듈)또한 양산하여 공조 장치 사업 확장에 적극 나서고 있음

○ 소재 개발에서 부품 제조로 이어지는 수직 계열화를 통하여 독자적인 시스템을 구축하였으며, 자동차의 소음진동과 열관리 분야에서 최적화된 솔루션을 제공하고 있음

③ 국내 연구개발 기관

[ 열관리시스템 주요 연구조직 현황 ]

□ 한국자동차연구원

○ xEV 혹한기 난방성능 확보를 위한 혼합냉매 및 적용기술 개발

○ 전기차 전용 플랫폼 폐열 활용 및 신냉매 적용 4kW급 냉난방 모듈 기술 개발

○ 디지털 트윈을 활용한 중앙집중형 열관리 시스템 최적제어 기술 개발

□ (재)자동차융합기술원

○ EV상용차용 스마트 통합공조 시스템 개발(히트펌프 공조 모듈 개벌)

○ 수소전기버스 열관리 최적화를 위한 실차 검증 기술 개발(연료전지 스택 냉각모듈 및 미세분사 기술 적용)

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인

[ 특허 분석 결과 ]

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출

[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

*각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출한 것임

[ 주요 특허 선별지표 ]

5. 기술개발 로드맵

□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축

[ 「열관리 시스템」 기술개발 로드맵 ]