IT 부품 Monitoring Report 10-16 무선충전기 (Wireless Charger) 기술및시장동향 2010년 11월 김용균책임
무선충전기기술및시장동향 1. 무선충전기의개념 ( 분석배경) 휴대용기기의성능은소형컴퓨터수준으로빠르게 진화하고있지만여전히휴대용기기내 2차전지를충전하는충전기의 성능과기능은수십년전과동일 - 게다가업체마다각기다른충전케이블규격을갖고있어, 소유한사용자들은복수충전기사용에대한불편함을지속적으로제기 - 또한최근배터리소모가많은스마트폰이나태블릿 어디서나규격에관계없이쉽게충전할수있는무선충전기술이주목 PC 여러기기를 판매가늘어나면서 ( 개념) 무선또는무접점충전기(wireless charger) 란휴대전화 / 노트북 / PMP 등휴대용기기들에내장된 2차전지를유선케이블을사용하지 않고도무선으로충전할수있도록해주는기기또는모듈을뜻함 - 무선충전기술은새로운기술이아니며이미예전부터방수가필요한전동 칫솔등에제한적으로사용되어져왔으나, 충전시간이오래걸린다는점때문에널리대중화되지못했음 가격이비싸고충전효율이낮아 - 미국스마트폰업체 Palm( 現 HP) 이 2009년 6월 Palm Pre를출시하면서 선보인 무선충전기 Touchstone, 무선충전이가능한 Dell 의 Latitude Z 노트북등은 무선충전기에대한세인들의관심을재조명 그림 1 유선충전기와무선충전기제품비교 ( 가) 유선충전기 LG STA-U32WRI 자료: LG 전자, Palm, Dell ( 나) 무선충전기 Palm Touchstone ( 다) 무선충전기 Dell Latitude Z 1
Monitoring Report 10-16 2. 무선충전기술개요 ( 기술개요) 무선충전기술은전송거리에따라크게 3가지유형이 있으며, 현재자기유도방식이가장보편적으로사용 - 무선으로에너지를전송하는기술은충전기와수신기사이의거리에 따라 수 mm 내외의자기유도 (inductive coupling) 방식 수 m 내외의 자기공명 (resonant inductive coupling) 방식 수 km 이상의전자기파 방식으로구분 - 현재자기유도방식이상품화되어시중에판매되고있으며, 자기공명 및전자기파방식은 기술의미성숙 표준의부재 인체유해성과 관련된규제마련등으로상용화에좀더시간이필요 표 1 무선충전기술비교 자기유도자기공명전자기파 전송거리수 mm 내외수 m 내외수 km 이상 주파수 수십~ 수백 MHz 수 GHz 전송전력저출력저출력고출력 기술성숙도 표준화 모듈/ 시스템단가 소형화 인체유해성 해외주요업체 국내주요업체 Fulton Innovation Texas Instruments Powermat Duracell Energizer AirVolt LS전선 와이즈파워 한림포스텍 K더파워 WiTricity WiPower Qualcomm Intel Fujitsu Haier LS전선 전자부품연구원 메타테크놀로지 상대적으로상용화에유리한정도 : > > 자료 : NIPA, 2010. 2
무선충전기기술및시장동향 ( 자기유도방식) 현재상용화된무선충전기는모두자기유도방식 으로, 자기공명방식이상용화되기전까지자기유도방식이지배적인 무선충전기술로사용될전망 - 자기유도방식이란수 mm 내외로인접한두개의코일에유도전류를 일으켜배터리를충전하는방식으로, 인체에무해하고최근표준화도 완료되어 2011년부터본격상용화가예상 - 3W 이하의소형기기에적용가능하고공급전력대비 60~90% 의 효율을보이나, 충전기- 수신기간거리가수 mm로매우짧고발열이 많으며충전위치에따라충전효율이크게달라진다는것이단점 그림 2 자기유도방식의개념 ( 가) 자기유도방식의개념 ( 나) 자기유도방식의적용자료: The Economist, 와이즈파워 ( 자기공명방식) 아직은기술성숙도가낮아상용화가더디게진행 되고있으나, 일단상용화되면파급효과는매우높을전망 - 자기공명방식이란두매체가같은주파수로공진할경우전자파가 근거리자기장을통해한매체에서다른매체로이동하는감쇄파결합 현상을이용하는기술로, 2007 년 MIT 부교수였던마틴솔라치치 (Martin Soljacic) 교수연구진이처음개발 - 2007년개발당시 2m의거리에서 60W의전력을 50% 의효율로전송 하는기술수준이었으며, 국내에서는 2009년전자부품연구원이 50cm 거리에서 0.6W의전력을송신하는데성공 3
Monitoring Report 10-16 - Intel은 2008년 IDF2008 행사에서두코일간의거리가 70~80cm인 상태에서 60W의전력을 70~80% 효율로전송하는자기공명방식 충전시스템 WREL(Wireless Resonant Energy Link) 을시연 - 아직은기술개발초기단계로, 송수신용코일의크기를줄이고전송 거리는늘리면서방향성에관계없이복수의기기들에어떻게전력을 배분하고조절할것인가에대한추가적인연구가필요 그림 3 자기공명방식의개념 ( 가) 자기공명방식의개념 ( 나) 자기공명방식의적용자료 : The Economist, WiTricity ( 전자기파방식) 주로원거리에너지전송용도로연구가진행되고 있으며, 기술적제약때문에실용화까지는많은시간이소요될전망 - 전자기파방식이란원거리에서수 GHz의고주파수를이용해고출력 에너지를전송하는기술 - 전자기파방식은매우큰송수신안테나가필요하고, 무선으로전송 되는전력이대기중에흡수되거나수분에의해방해를받으며, 에너지를전송함에따라인체유해성이높다는단점이있음 고출력 - 따라서전자기파방식은특정목표지점으로의방향성을가지고수 km 이상의장거리에서사용되는것이일반적이며, 1960년대 NASA 의 Sun Power Satellite 프로젝트, 캐나다의 SHARP 프로젝트등의연구목적 실험이시행 4
무선충전기기술및시장동향 그림 4 전자기파방식의에너지전송연구프로젝트 ( 가) NASA의원거리에너지전송프로젝트 ( 나) 캐나다의 SHARP 무인비행기실험 자료 : HowStuffWorks ( 표준화) 자기유도방식은 WPC에서표준화가완료되었고, 자기공명 방식은현재표준화를모색중이나보다많은시간이소요될전망 - 2008년 12월자기유도방식의무선충전기술표준화단체인 WPC(Wireless Power Consortium) 가결성되었고, 2010년 9월 2일 Qi 1.0 표준과인증제품들이발표 - 2010년 4월 29일 CEA(Consumer Electronics Association) 는무선 충전관련표준화를담당하는 R6 WG17이라는워킹그룹을결성하고 현재다양한무선충전기술들을검토중 - 2009년 9월 ETRI 삼성전자 LG전자 LG텔레콤 팬택 KT LS 전선 삼성전기 인텔 퀄컴등이무선충전스페셜인터레스트 그룹을결성해자기공명무선전력전송기술표준화를추진중 표 2 WPC의주요회원사 Philips Electronics Fulton Innovation Nokia Sony Ericsson HTC 해외업체 Texas Instruments National Semiconductor ST-Ericsson Sanyo Energizer 삼성전자 LG전자 LG전선 자료 : Wireless Power Consortium <http://www.wirelesspowerconsortium.com/> 국내업체 와이즈파워 한림포스텍 5
Monitoring Report 10-16 3. 주요업체및제품동향 ( 자기유도방식) 아직은시중에전용크래들이필요한애프터마켓형 제품이대부분이나, 임베디드형제품도점차늘어날전망 - 자기유도방식제품은수신기( 충전코일 + 마이크로컨트롤러 ;MCU) 형태에따라 전용크래들을장착하는애프터마켓형 기기안에 내장하는임베디드형 배터리팩에내장하는배터리팩형으로구분 - 애프터마켓형제품으로는 Powermat, Energizer Inductive Charger, 국내업체와이즈파워의윌리윌리 등을예로들수있으며, 이런제품 들은전용크래들을휴대용기기에끼워야하는것이단점 - 임베디드형제품은전용크래들을끼울필요없이바로충전할수있으나 충전수신기가기기에내장되기때문에기기의두께가두꺼워지는단점이 있으며, Palm Pre 스마트폰과 Dell Latitude Z 노트북이대표적인예 - 배터리팩형제품은충전수신기가배터리에내장되기때문에기기의 디자인을바꿀필요가없다는장점이있으며, 日 Sanyo와국내업체 와이즈파워 한림포스텍이개발중 - 무선충전기의핵심부품인 MCU는해외에서 Texas Instruments, National Semiconductor, ST-Ericsson 등이, 국내에서는코아리버가개발중 그림 5 자기유도방식무선충전기제품예 애프터마켓형, 99.99 달러 애프터마켓형, 10만원 임베디드형, 69.95 달러 Powermat 와이즈파워윌리윌리 Palm Touchstone 자료: Palm, Powermat, 와이즈파워 6
무선충전기기술및시장동향 ( 자기공명방식) 현재상용화된제품은없으나조만간가격부담이적고 구현하기쉬운품목부터자기공명방식제품이출시될것으로기대 - 자기공명방식은 WiTricity, Qualcomm, Intel, Haier 등이기술을 시연하고있으나아직까지정식상용화된제품은없는상황 - Qualcomm은 2009 년자기공명방식의충전시스템 ezone 을공개 했는데, 비접촉식 IC 카드와동일한 13.56MHz 주파수를사용하여 충전기와기기사이의거리가 20~30cm 떨어져도충전이가능 - 중국가전업체 Haier은美 WiTricity 의기술을 TV에적용한시제품을 CES 2010과 IFA 2010에서전시 그림 6 자기공명방식무선충전적용제품예 ( 가) Qualcomm의 ezone ( 나) Haier의무선 TV 시제품 자료 : Qualcomm, Haier 4. 기술및시장전망 기술전망 현재는자기유도방식밖에는상용화되어있지않으나, 2011년부터는 자기공명방식도일부상용화되기시작할전망 - 시장조사회사 Cahners In-Stat 은세계무선충전기시장에서현재자기 유도방식만상용화되어있으나, 자기공명방식은 2011 년, 전자기파방식은 2013 년부터점진적으로상용화될것으로전망 7
Monitoring Report 10-16 - 이에따라 2014년경에는자기유도방식과자기공명방식이세계무선 충전기시장을양분할것으로예상 그림 7 기술방식별세계무선충전기시장전망 자료 : Cahners In-Stat, 'Cut the Cord: Wireless Charging Systems Analysis and Forecast,' August 2010 시장전망 세계무선충전기시장은 2010년 3.8억달러에서 2014년 42.8억달러 시장으로성장할전망 - 시장조사회사 Cahners In-Stat 의조사결과, 조사대상자의 40% 가 50 달러정도의비용이면무선충전기를구입할의사가있다고응답함 으로써, 부품가격인하가대중화의관건이될전망 - 무선충전기는전체적용분야의 80% 가휴대전화 / 노트북등휴대용 IT 기기들이될것으로예상 그림 8 애플리케이션별세계무선충전기시장전망 자료 : 1. Cahners In-Stat, 'Cut the Cord: Wireless Charging Systems Analysis and Forecast,' August 2010 2. isuppli, 'Wireless Charging Market Set to Expand by Factor of Nearly 70 by 2014,' June 2010 8
무선충전기기술및시장동향 - 자동차의경우도무선충전기술이적극활용될것으로예상되는데, 자기유도기술로휴대용기기들을충전하는것뿐만아니라, 자기공명 기술로전기자동차의배터리를무선으로충전하는것도가능 그림 9 자동차분야에서무선충전기술의활용 ( 가) 자동차내휴대기기의무선충전 ( 나) 전기자동차의무선충전자료 : Fulton Innovation 5. 결론및시사점 (R&D) 미국 일본 EU 등선진국들은무선에너지전송기술을유비쿼터스 컴퓨팅을실현하는핵심전략기술로선정하고, 적극적으로나서고있어우리나라도전략적인기술개발이필요 원천기술선점및상용화에 - 해외선진국들은무선에너지전송기술의전략적중요성을깨닫고 일찌감치전략적 R&D에나서고있으나국내무선에너지전송기술 수준과 R&D 전략은상대적으로뒤처지고있는상황 국내무선에너지전송기술관련특허수가 10 여건에불과전자신문 (, 2010 년8월19 일) - 자기유도방식기술수준및제품상용화는최근상당부분해외업체 와의격차를좁히고있으나, 차세대기술로꼽히는자기공명방식의 경우가시적인연구성과를보이지못하고있음 - 2010년 2 월전자부품연구원은 무선에너지전송을 10대유망기술로 발표하였으며, 5월방송통신위원회도 10대미래서비스의하나로무선 충전을포함시킴으로써, 정부차원의육성의지를표명 9
Monitoring Report 10-16 ( 규제및제도마련) 시장의조기활성화를위해필요한표준화및 각종제도적보완이시급 - 아직국내에서는무선충전및에너지전송에관한규제와인체유해성에 관한전자파안전규정등이마련되어있지않아, 가로막는제도적장치마련이요구 기술의도입과활용을 - 현재 WPC, CEA 등에서의표준화는해외업체들중심으로진행되고 있어, 국내업체들의적극적인표준화활동및국내표준제안도필요 10
무선충전기기술및시장동향 < 별첨 > 업체인터뷰 - 와이즈파워 < > 설립연도 직원수 : 1990년 : 115명 URL : www.wisepower.co.kr 2000년 8월코스닥상장 업종 : 2 차전지패키징, LED 패키징 2009 년매출/ 순이익 : 554 억원/ 38억원 2009년매출의 93% 가 2차전지배터리팩 신규사업으로 LED 조명, 무접점충전기진출 (NIPA) 12월에국내업체로는최초로무접점충전기를출시하는데 ( 와이즈파워) 국내업체로는최초이며, 이미제품은지난 2009년에 개발완료한상황임. 이번에출시하는 iphone 4용충전기는일종의 홍보용이라고할수있음. 충전효율이 75% 이상으로, 외국제품과 비교해우수하다는것이특징임 (NIPA) 무접점충전기를구성하는부품가운데가장비싼부품은? ( 와이즈파워) 무접점충전기를구성하는부품가운데가장가격이 비싼것은마이크로컨트롤러(MCU) 임. 동사는日 Seiko-Epson과 제휴를맺고 Seiko-Epson의 MCU를사용하고있음 (NIPA) 무접점충전기용 MCU 를생산하는국내업체는없는가? ( 와이즈파워) 무접점충전기용 MCU 제조업체는 Seiko-Epson을 비롯해다수가있으며, Seiko-Epson MCU는 WPC 표준제품이아님. WPC 표준제품은美 Texas Instruments, National Semiconductor 등이, 국내에서는코아리버가개발중인것으로알고있음 11
Monitoring Report 10-16 (NIPA) 국내경쟁사로는어떤업체가있는가? ( 와이즈파워) 한림포스텍이코아리버 MCU를이용해제품을개발하고 있다고알고있음 (NIPA) 무접점충전기시장이언제쯤열릴것으로예상하는가? ( 와이즈파워) 자기유도방식의무접점충전기술은이미오래전부터 개발이완료된상태로, 효율이높은비싼부품을쓰느냐효율이낮은 저렴한부품을쓰느냐의차이일뿐임. 따라서시장이본격적으로형성 되기위한가장큰장애요인은상대적으로높은가격임. 대수가늘어난다면가격은크게낮아질수있을것으로예상함 앞으로보급 (NIPA) 현재휴대전화용충전기를내놓았는데, 다른용도로확대할 계획은? ( 와이즈파워) 국내휴대전화업체들이최근공급을타진하고있어 일단휴대전화용시장이가장먼저열릴것으로예상. 휴대전화뿐만 아니라자동차용으로도장착되기시작할것으로기대. 애프터마켓 (after-market) 보다는비포마켓(before-market) 에중점을둘계획 (NIPA) 와이즈파워를비롯해상용화된제품들은자기유도방식이 대부분인데, 와이즈파워는자기공명방식도개발하고있는가? ( 와이즈파워) 현재자기공명방식에대해서 R&D를진행하고있고 수년내로제품을출시할예정으로있음 12
IT부품 Monitoring Report" 는정보통신산업진흥원정책기획단산업분석팀에서수행하는 IT 부품소재 수급/ 동향모니터링연구 사업결과의일부로산출된것입니다. 과제책임자 : 참여연구원 : 홍승표 강회일, 이재환, 변화성, 조성선, 김정환, 어윤봉, 김용균, 이성휘, 정해식, 이승민, 김현중, 김학훈, 유영신, 박혜영 본자료의내용을전재 ( 轉載 ) 할수없으며, 인용할경우그출처를반드시명시하여주시기바랍니다. - 정책기획단산업분석팀 대전광역시유성구엑스포로 567번지전화 : (042) 710-1110, 팩스 : (042) 710-1129