KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 자동차산업환경변화 전세계자동차환경규제강화세계주요국가들이기후변화에대응하여연비및온실가스 ( 이산화탄소 ) 규제를점차강화하고있는추세에있으며, 그린카기술은규제를맞

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준기 교
5 years ago
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1 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 l 저자 l 손영욱 PD / KEIT 그린카 PD 실 서재익책임 / KEIT 그린카 PD 실 SUMMARY 목적 전기자동차시장확대에따른전기자동차대중화에대비하기위하여현재까지보급확대에초점이맞추어져 왔다면앞으로는실용적이고안전한전기차를보급할수있는전기자동차 R&D 전략에대한방향제시 주요현황지구온난화로인하여전세계에서강화되고있는연비규제대응을위해전기자동차시장은선택이아닌필수이며, 2013년중국을제외한전세계전기차판매량이 92,000 여대로시장진입이가시화하고있음최근제조사들의다양한신차종출시, 가격인하, 소비자들의관심도증가로전기차판매량이급증하고있는추세이며, 2020년까지연평균 31.5% 성장이예상됨 시사점및정책제안국외에서의 EV시장활성화정책에따라국내에서도신속한대응방안을마련해야하며, EV용핵심부품개발, 생산기반육성및보급확산을위한인프라구축등의선제적지원이필요함전기자동차의경제적인주행거리연장및안전성확보를위하여중소 중견기업을중심으로고효율모터, 배터리제어시스템, 전장시스템고효율일체화, 경량화및저에너지소모열제어등의기술력향상을통한경쟁력확보가필요전기자동차보급활성화를위해서는양방향충방전시스템, 스마트충전시스템등충전인프라지원시스템기술개발이병행될수있도록정책지원이필요함

2 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 자동차산업환경변화 전세계자동차환경규제강화세계주요국가들이기후변화에대응하여연비및온실가스 ( 이산화탄소 ) 규제를점차강화하고있는추세에있으며, 그린카기술은규제를맞추기위해끌려가는형태임. 또한연비및온실가스규제는규제로만끝나는게아니라벌금을물거나판매조차하지못할수도있다는데문제의심각성이있음 - 미국의경우업체별자동차판대전체평균연비규제를 2015년 36.2mpg에서 2020년 44.8mpg로규제가 24% 강화되었으며, 이는판매된전체차량의평균연비가 0.1mpg 가부족할경우대당 5.5 달러의벌금을물리게됨 A 기업이 100만대의차량을미국에판매했을경우 0.1mpg 미달시물려야하는벌금이 5,500만달러이며한화로거의 602억원에달함 - 유럽또한 2015년 130g/km 에서 95g/km 로규제가 27% 강화되었으며, 1g/km이부족할경우 5~95유로의벌금을단계적으로올리고, 2019년이후 95유로가됨 2019년기준 100만대판매기준평균 1g/km 초과시벌금이 1,380억원에달함 - 중국의경우는 2015년 6.9l/100km 에서 2020년 5l/100km 로규제가 28% 강화되었으며, 현재벌금을검토중이며심지어는판매자체를금지하는방안도검토중인것으로알려져있음 그림 2-1 나라별자동차연비및이산화탄소규제강화추세 전세계자동차환경규제강화와더불어각나라별로연비에연동된취등록세및자동차세정책을펴는한편친환경차 우대정책으로소득공제및보조금을통해전기자동차의구매를독려하고있음 026 한국산업기술평가관리원

3 ISSUE 2 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 전기차시장동향전기자동차판매량확대 - 각국정부의적극적인지원, 자동차업체의지속적인전기자동차기술개발, 소비자들의인식개선으로전기자동차시장이지속적으로성장 - 최근제조사들의다양한신차종출시, 가격인하, 소비자들의관심도증가로전기차판매량이급증하고있는추세전기차판매현황 년 6월말기준으로세계전기차누적판매는 50만대를상회한것으로추정되며, 금년세계전기차수요는유가하락에도불구하고 40만대에육박할전망 - 이러한수요증가는모델의다양화와충전하부구조의확산과함께소비자들의전기차에대한인식이개선되고있기때문이며, 이에따라전기차가출시된후 4년간판매증가율이하이브리드출시후판매증가율을상회하고있음 국가 판매대수 국가 판매대수 미국 45,011 노르웨이 2,373 중국 영국 1,168 일본 14,600 이탈리아 494 프랑스 7,293 스위스 445 독일 2,382 네덜란드 437 * 자료 : Evobsession 년해외총판매량은 92,222 대이며, 국내에도 13 년까지누적판매대수가 1,800 대이상보급되었으며, 올해에는 작년대비 3~4 배이상의성장세를예측하고있음 - 미국의경우 2020 년까지전기자동차시장이매년 40% 이상의성장을예측하고있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 027

4 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 국내ㆍ외기술개발동향 완성차업체들에의한전기차시장주도미국전기차시장을선도하면서전세계전기차시장을선도하는기술력을가진테슬라社와유럽르노, BMW 社등이전기차를양산하고있고, 가장판매량이많은일본닛산리프는세계최초의양산형전기차로미국, 유럽및일본등이전기자동차양산기술을확보하였음 ( 일본 ) 전기자동차에대해가장빠르게대처하고있는자동차업체는미쓰비시와스바루임 미쓰비시와스바루는 2009년 7월에양산전기자동차 i-miev 와스텔라 EV를출시함 Nissan은 2010년일본, 미국, 유럽에서 5인승해치백 EV Leaf 를출시. 닛산리프는소형차로안전성 ( 경사로밀림방지, 소음방지기능 ) 과실용성이장점, 1충전주행거리 135km, 최고출력 81kW, 최대토크 259Nㆍm ( 미국 ) GM은 2013년 SPARK EV를출시하였으며, Ford는 2011년말 FOCUS EV를양산하였음 - 전기자동차시장의판도를바꾼핫아이콘으로부상한테슬라는전기자동차의새로운개념을제시하였음. 전기차의최대단점인 1회충전거리, 배터리파워부족, 전기충전인프라문제점을개선한 MODEL S를출시하였음 테슬라모델S는알루미늄이용으로차체중량감소, 에너지밀도가높은원통형배터리사용, 배터리팩제어기술로안전기술확보, 일충전주행거리 400km 이상, 최고속도 190km/h, 최대출력 225kW, 최대토크 430Nㆍm, IT 플랫폼기술적용 ( 유럽 ) BMW는소형차 Mini Cooper 모델기반의 Mini E EV를출시하였으며, 2014년 EV i3를국내출시하였음 BMW i3는차체에탄소섬유강화플라스틱을적용하여경량화기술 ( 무게 1,150kg), 1충전주행거리 160km, 싱글페달제어기능및스마트폰연동차량정보시스템적용전기자동차시장형성초기에는테슬라와같은전문업체들이시장을주도하였으나, 2015년이후에는대형완성차업체들의영향력이커질전망임 국내기술개발동향한국의경우전기차의기술적인수준은최고수준대비 95% 수준이상으로보고있으며, 현대기아, 르노삼성, 한국GM 등완성차업체중심으로전기차양산기술확보 쏘울4 EV의차체중량 1,508kg, 배터리용량 27kWh, 주행거리 148km SM3 Z.E. 는준중형급차체, 무게, 1,565kg, 배터리용량 22kWh, 연비효율증대를위해사전냉난방시스템적용, 급가감속시전기소모제어기술적용, 주행거리 135km 스파크 EV는경차로 1,280kg, 최대출력 107kW, 최대토크 574Nㆍm, 주행거리 128km ( 핵심부품국산화 ) HEV용배터리및고출력모터시스템개발을위하여해외기술도입및국산화개발 년현대차, 클릭 HEV용모터시스템 개발 ( 기술도입 ) 028 한국산업기술평가관리원

5 ISSUE 2 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 년삼성SDI, HEV용 1세대이차전지개발 ( 기술제휴 ) 년 LS산전, 전기자동차용고효율인버터국산화개발 년 SB리모티브, 전기자동차용배터리교환방식배터리개발 ( 차량양산기술개발 ) 국내전기자동차개발은 1990대초시작되어 2000년대초반까지민간주도로진행되었음. 이후완성차업체가 HEV와 FCEV 기술개발에주력하며전기자동차차량개발실적은없었으나, 2010년이후다수의전기자동차가출시됨 년현대차 소나타 EV, 기아차 프라이드 EV 개발 ( 납산전지 ) 년현대차 엑센트 EV 개발 ( 니켈전지, 독자개발모터 ) 년현대차 산타페 EV 개발 ( 하와이및제주도 2년간실증운행 ) 년기아차 Ray EV 개발 ( 최초양산보급형 ) 년 GM 스파크 EV, 르노삼성 SM3 ZE 국내출시 ( 양산보급형 ) 년현대차 쏘울 EV 국내출시예정 ( 유럽및미국수출 ) 국내기술수준국내내연기관기술은해외선진업체에비해뒤졌지만, 전기자동차분야에선비슷하거나일부분은앞서있다고판단됨전기자동차의경우 2차전지기술은세계를선도하고있으며, 모터, 인버터, 전력변환장치등핵심부품기술또한동등수준의기술력을보유하고있음 2014년상반기에시판되고있는쏘울전기자동차의경우 1회충전주행거리, 충전시간, 최고속도등르노삼성의 SM3 전기자동차와 BMW의 i3 전기자동차와주요제원을비교해볼때오히려성능이더뛰어나며, 배터리의경우세계최고수준인 10년 16만km의품질보증을하고있음 모델명 판매가 ( 천원 ) 제조사 표 2-1 주요국별전기자동차판매현황 1 회충전주행거리 충전시간 ( 완속 ) 최고속도 (km/h) 배터리용량 (2014 년상반기기준 ) 배터리보증기간 쏘울 42,500 기아 148km 4 시간 20 분 145km/h 27kWh 10 년, 16 만 km 스파크 39,900 한국지엠 128km 6 8 시간 145km/h 21kWh 8 년, 16 만 km i3 64,000 69,000 BMW 132km 6 8 시간 150km/h 22kWh 8 년, 10 만 km SM3 Z.E. 45,000 르노삼성 135km 6 8 시간 135km/h 22kWh 5 년, 10 만 km 레이 35,000 기아 91km 6 시간 130km/h 16.4kWh 6 년, 12 만 km Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 029

6 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 전기자동차 R&D 육성방향 전기자동차 R&D 전략전기자동차는모터, 배터리, 인버터및각종핵심전장부품에대한원천기술과주행거리연장및안전성확보를위하여치열한경쟁이진행되고있음 - 이에따라향후개발전략은전기자동차의경제적인주행거리연장및안전성확보를위하여중소ㆍ중견기업을중심으로고효율모터, 배터리제어시스템, 전장시스템고효율일체화, 경량화및저에너지소모열제어등의기술력향상을통한경쟁력확보가필요함 - 아울러양방향충방전시스템, 스마트충전시스템등충전인프라지원시스템기술개발을병행해야함 전기자동차주요기술개발이슈 ( 차량가격 ) 최근경ㆍ소형전기차가격은배터리가격이 2010년대비 2013년 40% 가하락하면서떨어지고있으며, 향후배터리의에너지밀도향상및가격저감기술개발지원이필요함 - 전기자동차가기존내연기관차대비경쟁력있는배터리가격구간은배터리셀기준 2015년에 300$/kWh 초반대로보고있으며, 전기차가대중화되기위한필수조건임 - 배터리가전기자동차에장착되는배터리팩단위로보았을경우현재가격이 70~80만원 /kwh 수준이며, 2020년에 30~40만원 /kwh 수준으로하락할것으로예상되고있으며, 이에따라전기차시장이폭발적으로성장할것으로예상됨 ( 충전시간 ) 현재완속시간은 6~8시간이며, 급속충전시간은 15~30분정도임. 충전시간을해결하기위해서는충전인프라의확대를통해상당부분해결할수있음 - 아파트, 대형건물, 공공주택, 개인주택등에서의완속충전인프라는심야전기를이용하여충전을함으로써해소할수있으나, 충전기설치에따른비용부담가중과이용가능차량대수에제약발생하여이를해결할수있는휴대형완속충전기등의기술개발지원이필요함 - 또한급속충전기인프라확충또한필요하며, 고내구성및안전성이향상된급속충전기의개발이필요함 ( 주행거리 ) 전기자동차보급의장애요인인짧은주행거리개선을위해배터리에너지밀도향상기술개발뿐만아니라부품업체위주의고효율고전력핵심부품 R&D를지원함으로서 2020년주행거리 300km 달성이주요목표임 표 년국내시판중인전기자동차주요스펙 개발과제명고효율모터기술배터리온도제어무금형차체성형고효율공조제어고전압전장제어 개발내용권선형여자동기모터국산화를통해모터경량화, 고효율화혹한혹서상황에서배터리의열제어에너지소모저감경제적ㆍ효과적인경량화를위해전기차용차체성형방식개발에어컨 / 히터작동시의전기소모최소화전장부문통합, 효율화를통해경량화소형화냉각효율증대 030 한국산업기술평가관리원

7 ISSUE 2 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 그림 2-3 전기자동차주요기술이슈 충전인프라지원시스템기술스마트그리드연계형충방전시스템기술 - 전력시스템과차량의상황에따라배터리로부터전력시스템으로도에너지를전송할수있는양방향개념 (V2G) 의충방전시스템개발지원 도요타및미쯔비시의경우 2012년 V2H 기술개발완료를발표하였으며, 도시바에서는신재생시스템연계형 EV 충전시스템개발이진행중전기자동차보급에제한이되고있는요인중하나가충전인프라구축의미흡이므로이를해결하기위한기술개발지원 - 전기요금과금제도를도입한운전자휴대형스마트충전모듈개발및운영시스템에대한연구필요 전기자동차보급활성화를위해 13년 1월 14일전기자동차충전전력전기요금제신설 14년국내전기자동차보급규모는 1,000~1,500 대수준으로전망 LS 전선은 11년전기자동차의휴대용충전기를국내최초로개발, 13년다임러그룹으로부터전기차판매시제공하는개인용휴대형전기차충전기를수주하는데성공 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 031

8 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 시사점및정책제안 시사점지금까지전기자동차기술개발은시스템및모듈단위의완성차위주로진행되어왔으며, 대기업이기술개발의견인차역할을해왔음 - 앞으로는선진기술경쟁력을확보하기위해서는좀더세분화된기술개발이필요하며, 여기에중소ㆍ중견부품업체의역할이강조되고있으며대기업과중소 중견기업과의협력강화가그어느때보다필요할때임 - 전기자동차시대의도래는기존자동차기술은물론산업에서도많은변화를필요로하며, 전기자동차와내연기관차는상당히다른구조를가지고있기때문에새로운부품을만들수있어야함 - 전기자동차, ( 플러그인 ) 하이브리드자동차등전기동력을기반으로하는자동차산업은기존부품에서전기자동차부품으로업종을전환해야하는업체가전체의 40% 가넘을것으로예상되고있음 - 현재국내자동차중소ㆍ중견기업은자력으로업종을전환할수없는업체가대부분이며, 여기에정부정책지원의중요성이나타남현재자동차는변화의중심에서있으며, 현재까지의변화속도와는또다른차원의격변기에있음 - 자동차 FTA 체결로글로벌경쟁시대로이미접어들었으며, 기후변화에따른규제강화로신기술및신시장으로의길로접어들었음 - 전기자동차등전력을기반으로하는그린카시장이급격히커지기전에정부 R&D 정책지원확대가그어느때보다절실함 전기자동차 R&D 지원정부정책대응방향 ( 기술현황 ) 전기자동차는도입기수준이지만, 환경규제및고유가문제에능동적으로대응하기위하여, 기술선진국과선진메이커를중심으로모터, 배터리, 인버터및각종핵심전장부품에대한원천기술과주행거리연장및안전성확보를위하여치열한경쟁이진행되고있음. ( 개발전략 ) 모듈및시스템단위에서부품단위의중소중견기업기술개발지원을통한선진기술경쟁력강화로내수시장은물론수출경쟁력을향상시킬수있는전기자동차부품관련신산업생태계육성전략필요 - 이에따라향후개발전략은전기자동차의경제적인주행거리연장및안전성확보를위하여중소 중견기업을중심으로고효율모터, 배터리제어시스템, 전장시스템고효율일체화, 경량화및저에너지소모열제어등의기술력향상을통한경쟁력확보가필요함 - 아울러전기자동차보급활성화를위해서는양방향충방전시스템, 스마트충전시스템등충전인프라지원시스템기술개발을병행해야함 - 전기자동차의보급활성화를통한대중화에대비하기위하여고전압이사용되는전기자동차의감전, 화재, 폭발등의문제를해결할수있는안전기술과유지 / 관리에있어서의안전기준정립또한필수적으로고려하여관련정책이마련되어야함 032 한국산업기술평가관리원

9 ISSUE 2 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 [ 참고문헌 ] 1. 수요산업동향 - 전기차, , 월간 SW 산업동향 ~2014 에너지기술국내시장전망, 안남성, , 에너지기술평가원 3. Strategic Outlook of Global Electric Vehicle Market in 2014, Frost & Sullivan 4. Analysis of the Global Investment Opportunities in Electric Vehicles (EVs), , Frost & Sullivan 5. 전기자동차충전인프라구축현황및향후전망, 김재국, , Journal of the Electric World / Monthly Magazine 6. 테슬라의새로운시도, ,19., 동양리서치주식시장투자전략 7. 에너지기술수출산업화전략연구 : 그린카시장전망과스마트그리드연계전략연구, 김남일, , 에너지경제연구원기본연구보고서 전기차, 김평모, , 동부증권리서치센터 [ 국내주요기술개발현황 ] 전기자동차개발현황 연구기관명프로젝트명개요연구기간 현대자동차 현대자동차 아이티엔지니어링 소형전기자동차상용화기술개발 차세대전기차기반의그린수송시스템개발 최고속도 120km/h 이상보급형미니고속전기차용공용플랫폼등기술개발 소형전기자동차차량개발 - 중량 : 1,080kg 이하 - 1 충전주행거리 130km 이상 - 완속충전시간 7 시간이내 - 최고속도 130km/h 일충전 200km 이상, 최고속도 145kph 이상, 동력성능 (0 100) 11.5 초이내, 냉난방손실율 10~15% 이하인준중형전기자동차개발 일충전 120km 이상, 최고속도 125kph 이상, 동력성능 (0 100) 9 초이내미니고속전기자동차개발 고속전기자동차제조에신규업체의활발한진출이가능한개방형공통플랫폼개발 2010~ ~ ~2014 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 033

10 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT NOVEMBER 2014 VOL 전기자동차부품개발현황 부품연구기관명프로젝트명개요연구기간 모터 배터리 공조 현대모비스 현대자동차 현대자동차 계양전기 ( 주 ) SK 이노베이션 한국전지연구조합 자동차부품연구원 자동차부품연구원 In-wheel 모터상용화기술개발 배터리교환식차량용휠모터구동시스템개발 주행거리연장형 PHEV 용모터변속기일체형고효율 / 고성능구동시스템개발 300W/800W 급고효율 Brush less Motor 및고속 / 고출력 BLDC 모터시스템개발 준중형전기자동차배터리시스템개발 3.6Ah 급원통형리튬 2 차전지기술개발 무공해자동차용고효율열방출및공급기술개발 온라인전기버스용전동공조시스템기술개발 100kW 급인휠구동시스템상용화기술개발 - 전후륜인휠구동시스템개발 - 전후륜인휠구동시스템용핵심부품개발 - 전후륜인휠구동시스템신뢰성확보 저상액슬일체형모터구동시스템과교환형대용량배터리패키지시스템개발및차량적용기술개발 모터 - 변속기일체화된 AER 연장형 PHEV 용구동시스템개발 - 모터일체형변속기시스템설계기술개발 - 고성능하이브리드전기구동시스템기술개발 - 고효율, 고밀도전동기및전력변환시스템기술개발 그린카용 300W/800W 급고효율 Brushless Motor 의양산화개발 - Min. Motor Performance : 0.3Nm 9,000 RPM - Min. Motor Efficiency : 86 % - Power Density(Motor Output/ 부피 ) : 1.6 W/cm3 준중형전기차용 27kWh 360V 급배터리시스템개발 - 일충전주행거리개선율 : 10% 이상 - 실도로일충전주행거리 : 160km 이상 - 회생제동율 : 27% 이상 초고용량 / 고안전성 3.6Ah 급원통형리튬 2 차전지제조기술개발 - 용량 3.6Ah 이상 (18650 기준 ), 수명 80%@300 사이클 초고용량리튬복합금속산화물양극소재개발 고용량음극전극소재개발 3.6Ah 급원통형리튬 2 차전지고전압용전해액개발 전기구동무공해자동차의열방출및냉난방시스템기술개발 - 전기구동자동차용구동전동기 / 인버터냉각용고효율방열기개발 - 전기구동자동차의 2 차전지냉각을위한고효율열교환기개발 - 전기구동자동차의 2 차전지냉각을위한저소음블로워개발 - 고효율, 경량화 Water Pump 및저비용, 고효율 BLDC Motor 개발 기존내연기관구동버스와동등수준의냉난방성능확보할수있는온라인전기버스용전동공보시스템개발및냉난방운전시차량운행거리최대화기술개발 - 냉방성능 : 28kW 이상 - 복합난방성능성능 : 26kW 이상 - 보조난방장치성능 : 6kW 이상 2011~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 한국산업기술평가관리원

11 ISSUE 2 전기자동차시대에대비한 R&D 전략 부품연구기관명프로젝트명개요연구기간 충전기 경량화 한국전력공사 피앤이솔루션 현대자동차 자동차부품연구원 전기차공동이용모델개발및시범운영사업 국내거주형태에적합한충전인프라구축을위한보급형 50kW 급속 /3.3kW 완속충전기및인프라사업모델개발 Multi-Material Mix 초경량승용차체개발 차세대차량용고안전경량 Al 차체부품개발 전기차공동이용운영시스템및차량탑재시스템개발 전기차공동이용서비스를위한충전소 18 개소구축 ( 급속충전기 11 대, 완속충전기 42 대 ) 사용자편의를위한홈페이지및스마트폰어플리케이션개발 국내형전기자동차충전인프라보급을위한사업 ( 운영 ) 모델개발 충전인프라구축을위한보급형충전기개발 국내형충전인프라구축및실증 Multi-Material Mix 초경량승용차체개발 - Steel BIW 대비 30% 이상의경량화달성및동등수준이상의차체성능확보 - Multi-Material Mix (MMM) 접합및성형기술개발 차세대차량용 Al 차체판재부품성형기술및부품개발 차세대차량용 Al 압출재부품개발 개발 Al 부품적용 BIW 제작및평가기술개발 2011~ ~ ~ ~2012 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 035

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<C1B6BBE7BFF9BAB85F335F28C3D6C1BE292E687770> 전기자동차 기술개발 동향 및 경쟁력 분석 Ⅰ. 전기자동차 개요 Ⅱ. 전기자동차 개발현황 및 동향 Ⅲ. 국내 전기자동차 기술경쟁력 분석 Ⅳ. 시사점 Ⅰ 전기자동차 개요 정의 및 분류 전기자동차는 친환경자동차의 한 종류로서, 배터리와 전기모터로 구동되는 차를 말함 - 친환경자동차는 기존 내연기관 차량보다 에너지소비 효율이 우수하고 공해발생이 적은 차량을