IT KOREA 2010 - IT 산업전망컨퍼런스 전기자동차및전기구동부품기술동향 - Technical Trends and Perspective on EV and Electric Propulsion Parts - 14 th. October. 2010 정상용 ( 鄭相龍, Sang-Yong Jung ) Applied Energy Mechatronic System Lab. ( syjung@dau.ac.kr www.aems.kr ) Dept. of EE, Dong-A University
2 Outline 1 Trend and Perspective on Environmental Vehicle 2 Technical Trend on Electrical Vehicle Development 3 Key Component Technologies in Electrical Vehicle 4 R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 3 1 한국의자동차산업현황 세계 5대자동차생산국으로성장 (1위) 중국, (2위) 일본, (3위) 미국, (4위) 독일, (5위) 한국, (6위) 브라질 현대 기아차, 세계 5위의자동차메이커로성장
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 4 2 Global Environmental Issue Climate Change / Global Warming
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 5 3 Environmental Vehicle Classification Environmental Vehicle : A vehicle reducing the exhaust by reducing the oil or using the new energy Class Hybrid Electric Vehicle ( HEV ) Plug-in Hybrid Electric Vehicle ( Plug-in HEV ) Electric Vehicle ( EV ) Fuel Cell Electric Vehicle ( FCEV ) Engine+Motor (assistance) Available motor-only driving Only motor driving Electricity generation by Hydrogen / oxygen Structure Characteristic Motor generator battery engine Fuel Tank Improving the fuel efficiency by optimal driving with the best torque combination of ICE and Motor according to the various types of operation power Chargeable battery through external power, combined char acteristics between the hybrid vehicle and the electric vehicles Motor generator engine 배터리 battery Fuel Tank Only using the charged electric energy without the assistance of an internal combustion engine Power (No engine) Motor generator battery (No engine) Motor generator Fuel Cells Hydrogen Tank Assist. battery Battery 0.9 ~ 1.8 kwh Battery 4 ~ 16 kwh Battery 10 ~ 30 kwh Battery 0.9 ~1.8 kwh Replacing the existing internal combustion engine into the fuel cell which converts hydrogen to electric energy
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 6 Classification HEV PHEV EV Wheel Wheel Wheel Wheel Wheel Wheel Engine Engine Gas Gas Configuration Clutch Motor ` Battery Clutch Motor ` Battery Motor ` Battery TM FD Wheel Wheel TM FD Wheel Charger Wheel FD Reduction Gear Wheel Charger Wheel Driving Characteristics SOC SOC Depleting mode Sustaining mode SOC Recharge Distance R CD Distance Distance EV Limited EV Driving Optimal EV Driving Control Strategy Control HEV Engine/Motor Optimal Power Blending Strategy - BMS Sustaining (Within SOC Range) Charging + Depletion + Sustaining Charging + Depletion H/W Battery Batt. Batt. ~ Battery Battery Charging w/o Vehicular Charging System
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 7 4 Paradigm Shift of Automobile Industry
Trend and Perspective on Environmental Vehicle 8 5 Classification of Environmental Vehicle EV1 FCHEV ISG Soft Hybrid Full Hybrid Plug-In Hybrid Plug-In Range Extender EV EV/FCHEV Functionality Fuel Economy - Engine startstop at idle - Engine off on deceleration - Mild Regen. Braking - Electric power assist - Full Regen. Braking - Engine cycle optimization - Electric launch - Limited pure electric drive - Engine downsize - +2~4% - +10~20% - +30~50% Cars - +20~40% Trucks - Plug-in rechargeable - More electric drive during charge- depletion - Reduced refueling - +100% in charge depletion - Same as full hybrid afterward - Full-function electric drive - Initial pure electric range - Significantly reduced refueling - Electricity only in EV range - Same as full hybrid afterward - Plug-in recharge only - 100% pure electric range - No refueling - Electricity only
9 Outline 1 Trend and Perspective on Environmental Vehicle 2 Technical Trend on Electrical Vehicle Development 3 Key Component Technologies in Electrical Vehicle 4 R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 10 1 HEV (Hybrid Electric Vehicle) Define HEV is using more than two kinds of power sources (Engine + Electric Motor) Series-Type Parallel-Type Series Parallel-Type Config. Fuel Economy Implement Driving Performance Features Idle Stop Energy Recovery High Efficiency Operation Control Total Efficiency Accel. Continuous High Output Series-type Parallel-Type Series Parallel-Type : Excellent : Superior : Unfavorable
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 11 2 PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) Define Increased battery capacity Increased Driving distance Improved operation time and high performance of EV (Electric Vehicle) mode Reducing to emission, Improved fuel efficiency Features EV Drive : Engine stop, only motor operating by electric energy stored in battery Plug-in : Plug installed for charging high capacity battery in vehicle Extended Range : Expended EV drive range by external charging Grid Connection State of Charge
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 12 3 EV (Electric Vehicle) Define Operated only by electric energy stored in battery (pollution-free environmental car) Features Using a external (re)charge Store the energy in battery (Need high-capacity battery) Driving range per once charge is an important performance index (Operation until SOC depletion) Charging time (normally or rapidly) & Expansion of infra-structure are important Grid Connection Charging Technology
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 13 Mitsubishi - i-miev Nissan Leaf Overall Size : 3395*1475*1600 mm Max.Speed : 130 km/h, Range(10-15 Japan) 160km Motor(PMSM) : 47kW, Charging Time : 7hr(30min, Fast) Battery : Li-PB, Voltage 330V, Energy 16kWh Overall Size : 4,445 1,770 1,550 mm Max.Speed : 130 km/h, Range(10-15 Japan) 160km Motor(PMSM) : 80kW, Charging Time : 8hr(30min, Fast) Battery : Li-PB, Voltage 330V Renault Fluence Hyundai i-10 Overall Size : 4,820 1,882 1,520 mm Range(10-15 Japan) 160km Motor(PMSM) : 80kW, Charging Time : 8hr(20min, Fast) Battery : Li-PB, Voltage 330V Overall Size : 3565 X 1595 X 1550 mm Max.Speed : 130 km/h, Range 130km Motor(PMSM) : 50kW, Charging Time : 7hr(30min, Fast) Battery : Li-PB
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 14 4 FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) Define Operated by electrical power generated by chemical reaction of hydrogen and oxygen Fuel Hydrogen, Methanol, Gasoline(Needing a reformer) Features Energy Efficiency ~ 60% (Internal combustion engines : ~ 30%) Emission Level ZEV(Hydrogen), Equivalent ZEV (Methanol, Gasoline) Infra Hydrogen charging Infra need (Gasoline, Methanol uses established infra) Configuration of FCEV system Classification of FCEV Pure Combined Reformer Simple system Following Load type Fuel-Cell covers full power operation in all driving mode Efficient driving High efficiency operation of fuel cell Regenerative braking by storing energy in Aux. battery Available conventional fuel and infra-structure Vehicle installation and package problem
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 15 5 EV System Configuration
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 16 6 Market Trends of Electric Vehicle EV 수요 현황및전망 - 09 년도들어지속적으로상승 - 각국정부및지자체주도적으로보급계획수립 - 향후 10 여년간각국에따라 10~200 만대의보급을목표로설정 세계 EV 시장전망 세계 EV 유형별비중전망 출처 : Lgeri
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 17 7 World Leading Maker - Mitsubishi / Renault / Nissan 구분 Mitsubishi Nissan Renault 모델 i - Miev LEAF FLUENCE 가격 460 만엔 ( 보조금제외시 3690 만원 ) 376 만엔 ( 보조금제외시 3660 만원 ) 양산일정 '09년 7월 '10년말 '11년초 차급 4도어경승용 5 도어해치백 4 도어세단 제원 3,395 1,475 1,600 4,445 1,770 1,550 4,820 1,882 1,520 모터 47kW 80kW 80kW 충전시간 7 시간 ( 급속 30 분, 80% 충전 ) 8 시간 ( 급속 30 분 ) 8 시간 ( 급속 20 분 ) 주행거리 160km 최고속도 130km/h 140km/h
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 18 8 Domestic Electric Vehicle Makers [1] Government policies of Electric Vehicle Dissemination ( 10.8~) - KEPCO signed the MOU for building-up EV Charging infrastructure - Test drive is being held around capital area and Jeju island Hyundai Motor Company Vehicle Light car Drive Distance 130 [km] Charging Normal Time Rapid Maximum Speed 7 [h] 0.5 [h] 130 [km/h] Primary Technique Highly-efficient battery normal/rapid Charging-skill Motor Battery 50 [kw] Li-PB Infra. Need charging infra.
Technical Trend on Electrical Vehicle Development 19 9 Domestic Electric Vehicle Makers [2] Maker Model Image Performance Features Note GM Daewoo Volt 전동기출력 - 111kW 주행가능거리 약 64km 완충시간 110V : 8 시간 240V : 3 시간연료탱크 -55 리터 플러그인하이브리드 (P-HEV) 내연기관과혼용시최대 1000km 주행가능 2011 년도입예정 Renault Samsung Fluence 전동기출력 - 70kW 완충시간 일반 : 8 시간급속 : 20 분주행가능거리 약 160km 총장 4.8m 로중형세단과비슷한크기 전기자동차 (EV) 급속충전, 퀵드롭배터리교환 (3 분 ) 2011 년하반기양산검토중 Maker Model Image Performance Features Note CT&T e-zone 최고시속 - 60km/h 주행가능거리 70~110km 완충시간 4 시간 (220v) 2 인승 1000 만원대 관공서용, 휴양지및공장내운행용으로양산중 AD-TECS AURORA 최고시속 - 60km/h 주행가능거리 60~70km 완충시간 4~6 시간 (220v) 72v 배터리팩 5.5kW BLDC 모터 전자파킹시스템 2 인승 관공서용, 휴양지및공장내운행용으로양산중 레오모터스 SGK 최고시속 - 50km/h 주행가능거리 80~100km 완충시간 4 시간 (220v) 2 인승 1 만 2 천달러선 PMDC 모터설계재설정중 PMDC->ML( 멀티레이어 ) BLDC 모터
20 Outline 1 Trend and Perspective on Environmental Vehicle 2 Technical Trend on Electrical Vehicle Development 3 Key Component Technologies in Electrical Vehicle 4 R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 21 1 Major Components and Technologies in EV High efficiency heating and cooling technology Regenerative braking technology High efficiency / Low price charging technology Rapid charging technology Home power supply [220V] High efficiency / Low price motor technology High efficiency / Low price High efficiency decelerator (1,2 step) inverter technology High energy / Low price battery technology Connection technology of battery trays and platform
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 22 Hybrid Plug-in Hybrid FCEV EV Motor/ Inverter Mass Production available Mass Production available Mass Production available Mass Production available Battery Hybrid Mass Production available Internal 내연 combustion engine 기관 Motor, Inverter High Performance Battery Infra Not necessary In-House charging infra Power - train Existing internal combustion engines technology Existing internal combustion engines technology Component Technology sharing High Performance Battery charging, infra Rapid 급속 Charging 충전 Production available Hydrogen charging Stations Stack Cost Reduction Technology Electric Vehicle High performance Battery and Rapid charging technology Plug-in infra and Rapid charging technology Not necessary Practical Level middle A long time to achieve Motor / Battery / Inverter key-component & technology of electric vehicle Plug-in Hybrid Battery stack Fuel Cell Electric Vehicle
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 23 2 해외선진사구동모터개발현황 Electric Motor for Toyota RX400h (HEV) 주요 기술 주행용전동기의고출력화 - 전동기의고속화및고전압화기술로기존 (Prius II) 대비 2.4배의출력확보 = 최고회전수 : 기존 6000rpm에서 12400rpm으로증가 = 구동전압 : 기존 500V에서 650V로승압 주행용전동기의소형화 - 감속기를이용하여기존대비 2배의최대토크확보를통한사이즈저감 RX400h HEV 의단면도 RX400h HEV 의측면사진영구자석배치도 영구자석 S 극 N 극 회전자코어 동력분할기구 발전기 S 극 N 극 N 극 S 극 N 극 S 극 < 영구자석 V 자배치 > 릴럭턴스토크증가, 철손감소
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 24 Electric Motor for Toyota Prius Ⅲ (HEV) 주요 기술 세계최고연비 38km/l 실현 모터의성능강화 - 감속기를적용하여회전수를 2세대 6,500rpm에서 13,900rpm으로증가 - 출력은 50kW에서 60kW로증가한만큼토크감소로인한모터의경량화 - 분포권 집중권 (30% 공간절감 ), 극당 2개의 Segment 자석배치 ( 와전류발열방지 ) Prius Ⅱ 모터단면도 Prius Ⅲ 모터단면도
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 25 Electric Motor for Honda Insight (HEV) 주요 기술 원가절감을위해부품의공용화추진 - Side Member, Radiator Core Support, Toe Board 및 Dash Upper 기준부분공용화 엔진성능강조하여모터의출력을 Civic HEV의 15kW에서 10kW로절감 - 기존대비축방향길이 22%, 중량 15% 감소 북미충돌기준에대응한긴오버행 기존대비 22% 박형화한모터
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 26 3 친환경자동차용구동모터기술개발 구동모터적용기술 설계및적용기술 해석기술 시험기술 권선및절연설계 냉각회로및구조설계 고출력밀도화 운전조건및구조분석 위치 / 온도센서선정 전자계해석 1. 내용을입력하세요. 2. 내용을입력하세요. 통풍및유동해석 진동및소음해석 구조및응력해석 3. 내용을입력하세요. 열전달및냉각해석 4. 내용을입력하세요. 5. 내용을개발입력하세요전략. 내구성시험 환경성시험 온도상승시험 소재분석및검사 특성시험 경량화, 고효율화, 고속화, 생산성및신뢰성향상
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 27 4 전력변환장치주요구성부품 모터제어기 제어부파워부냉각계및하우징 MCU 커패시터파워소자냉각시스템히트싱크 고성능, 고분해능 빠른연산속도 신뢰성확보 고용량 소형화 신뢰성확보 빠른스위칭동작 수용전력의증대 손실저감, 저발열 빠른열배출 효율적냉각시스템 소형화및경량화
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 28 5 해외선진사전력변환부품개발현황 TOYOTA Mitsubishi, Infineon, TOYOTA 자체개발모듈사용 A PRIUS II C B 인버터및 DC/DC 컨버터 (A) 보조전원용 DC/DC 컨버터및 AC 인버터 (B) 냉각장치 (C) <Prius II Power Control Unit> 인버터용파워모듈 커패시터및부스바 DC/DC 컨버터용인덕터 승압형 DC/DC 파워모듈 전류센서 적용 기술 IGBT 및구동회로전압, 전류평활 DC 승압회로용 IGBT 및구동회로토크제어용
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 29 필름커패시터 PCU 사양 Boost Voltage 650 V Motor max rotation speed 13000 rpm PRIUS III 터미널유닛 모터제어유닛 Motor max output Max Total Output Generator max current 60 kw 178 KVA 88 A DC/DC 컨버터 전력변환모듈 Motor max current Weight 170 A 13.5 kg <Prius III Power Control Unit> Volume 11.2 L 적용 기술 커패시터의박막화로크기저감 모터제어용모듈의분리로 효율적인제어 PM 과 DC 컨버터의 모듈화로소형화
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 30 HONDA TOYOTA 에비해저가의모듈사용으로가격경쟁 Civic IPU Unit Intelligent Control Unit Inverter Block Diagram 트렁크공간에설치 전후하중의효율적배분 Power Control Unit 소형화, 시스템의모듈화 Reliability 증대 Battery Unit 효율적인냉각시스템 시스템의모듈화로크기저감 크기저감, 101V -> 158V 효율적인냉각시스템
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 31 6 친환경자동차용전력변환부품기술개발 전력변환부품적용기술 하드웨어기술 제어및소프트웨어기술 시험기술 고효율방열설계 변압기설계 부품배치및 Artwork 차량전용소자응용기술 프로세서및센서응용기술 신호처리기술 순시토크제어 최적효율제어 센서리스제어 Firmware 구조설계 기능별모듈화기술 고장처리기술 1. 내용을입력하세요. 2. 내용을입력하세요. 3. 내용을입력하세요. 4. 내용을입력하세요. 5. 내용을입력하세요. 개발전략 내구성시험 환경성시험 온도상승시험 특성시험 모듈화, 지능화, 다기능화, 신뢰성향상
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 32 EV 용구동모터시장규모 출처 : 모터, 세상을움직이는새로운힘 (2009. 12, 솔로몬투자증권 ) 2015 년에약 1.7 조원, 2020 년에는 8.6 조원규모의시장으로성장할것으로예상 전세계적으로 2020 년에는 2015 년의 5 배가넘는시장규모가예상 2010 년부터 2020 년까지연평균성장률 79.2% 로빠르게시장이성장할것으로예상됨 10000 8000 6000 4000 2000 0 2010-2015 년 CAGR 131.9% 성장전망 2010-2020 년 CAGR 79.2% 성장전망 6 25 80 207 533 1,137 2009E 2010E 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E 2016E 2017E 2018E 2019E 2020E 1,697 2,601 < PHEV 와 EV 용구동모터시장규모전망 > 3,858 5,278 6,799 8,630 국내인버터시장규모 1980~1990년 : 20~30% 의꾸준한성장 현재국내인버터시장 - LS 산전 : 30~40% 이상의점유율을보이며가장큰시장을차지 - 기타수입업체 : 야스카와, 지멘스, 로크웰, ABB, 댄포스, 미쓰비시등백만원 350,000 316,111 < 국내인버터생산현황 > 300,000 274,008 226,945 250,000 209,796 196,612 200,000 150,000 100,000 50,000 0 2003 2004 2005 2006 2007 국내인버터생산액 - 2007 년기준 3,161 억원 (2003 년대비 60% 증가 ) 연평균성장률 (2003~2007) 12.6% 의높은성장률을기록 생산및출하량 표참조 내수 2004 년 (163 만中 90 만 ), 2008 년 (250 만中 105 만대 ) 천대 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 출처 : 인버터시장기술보고서 (2009.10, 중소기업청 ) 생산량 < 국내인버터의생산및출하동향 > 2,472 2,503 2,111 2,250 1,982 2,015 2,096 1,891 1,635 1,609 2004 2005 2006 2007 2008 출하량
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 33 7 In-wheel System 정의 전동기가차륜의휠내부에장착되어직접차량을구동제어하는시스템 단순인휠 System : 구동모터만휠안에장착, 기존서스펜션시스템과공존 통합인휠 System : 구동모터와제동, 조향, 현가시스템전체를휠안에장착 In-wheel System 구조및특징 In-wheel System 개발이력 Knuckle & Carrier - Stator & Rotor 지지구조필요 - 브레이크켈리퍼 ( 또는드럼타입 ) 장착구조설계 - 휠패키지최적화및중량저감설계필요 - 모터용배선및냉삭시스템배관고려 Wheel & Tire - 인휠모듈전용휠개발필요 - A/S 고려및알루미늄휠적용검토 - 전용타이어개발검토 인휠모터 - 모터구조설계 / 용량 / 성능결정 - 회전부 (Rotor) Weight Balancing 고려설계 Hub & Bearing - 인휠모터장착성고려, 베어링선정및설계 - 모터수리및 A/S 고려 하우징 & 구조설계 - 모터지지너클및캐리어인터페이스설계 - 방수성 / 기밀성 / 냉각성고려모터하우징설계 Brake - 인휠모튤구성가능한브레이크타입설계
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 34 8 Market Trends of Battery Market Forecast Battery for hybrid will occupy 50% in 2013, Estimated about 75% in 2020 Lithium battery market will be growing more than 3.6 million cell - Market share rate of lithium battery will be increased according to the EV market 전기자동차용 2 차전지시장전망 ( 출처 : 삼성경제연구소 ) 글로벌자동차리튬이온시장전망 ( 출처 : 신영증권리서치센터 )` * 2014 년에 LiB 가 EV 시장의 80% 차지전망 ( 단위 : 백만달러 )
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 35 기술 전망 리튬배터리가 2020 년이후까지주류일것으로예상 리튬배터리기술의개선과혁신을통해자동차용배터리의중장기적대응 차세대배터리의경우기술적으로불명확한상황 ( 전고체전지, 금속공기전지등 )
Key Component Technologies in Electrical Vehicle 36 특징 전기차는크게배터리, 모터, 인버터 / 컨버터, BMS 로구성 전기차성능을결정짓는요인은배터리 배터리가격, 충전시간, 배터리의안정성, 1 회충전거리, 충전인프라 단계별배터리가격및주행거리수준전망 1 단계 (2010~2011) 2 단계 (2015~2018) 3 단계 (2025~2030) 배터리가격 ( 달러 /kwh) 500~1,000 150~250 20~80 주행거리 (1 회충전 ) 80~200km 250~300km 500km 적용가능차종 2 인승통근차량 4 인승소형차일반차량 차량용이차전지특성비교 ( 전지중량 375kg 가정 ) 용량 (KWH) 주행거리 (km) 용량당가격 ( 달러 ) 리튬이온 56 374 700~1200 니켈수소 23 175 500~750 납축전지 13 87 150~200
37 Outline 1 Trend and Perspective on Environmental Vehicle 2 Technical Trend on Electrical Vehicle Development 3 Key Component Technologies in Electrical Vehicle 4 R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 38 1 전기자동차보급및지원대책 미국 전기자동차보급목표 2013 년까지순차적보급 전기자동차보조금 / 세제혜택 - 신차구매시대당 7,500달러까지보조금지원 - 업계자금융자 ( 테슬라 5억달러, 포드 59억달러, 닛산 16억달러 ) - 경기회복및재투자법 ( 총 24억달러 ) 첨단기술차개발프로그램 ( 총 80억달러 ) 독일 스페인 2020 년까지 1 백만대보급 2014 년까지 1 백만대보급 - 구매후 5년간운행세면제 - 노후차량폐차후친환경소형추구매시최대 2,500유로지원 - 배출탄소량에따라등록세부과 - 노후차량폐차후친환경소형추구매시최대 10,000유로까지무이자대출 프랑스 2012년까지 10만대보급 충전인프라건설사업추진 - 배출탄소량에따라등록세부과 - 노후차량폐차후친환경소형추구매시최대 1,000 유로지원 - 배출탄소량에따라회사차량세부과 중국 일본 전기차개발을위해연 15 억달러투입 전기차보급및충전인프라구축을위해연 90 억엔투입 (2010) - 신차구매시전기차최대 6만위안, 하이브리드카최대 5만위안, 연료전지차최대 25만위안지원 - 친환경소형추구매시취득세전액면제 - 신차구매시하이브리드카최대 25만엔, 전기차최대 139만엔지원 한국 전기차조기양산계획 (2011) 세계전기차시장 10% 점유율목표 (2015) 2014 년까지배터리개발에총 4000 억원투입 - 동급가솔린차와가격차이 50% 수준보조금 ( 대당 2 천만원이내 - 연장지원여부는해당시저에서시장여건등을감안
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 39 2 정부활성화방안 ( 10.9) 세계시장을선도해나갈양산형고속전기차출시 - 앞으로중형전기차는개발시기를 3년앞당겨 2014년에양산체계구축 - 2020년까지국내자동차중 1백만대를전기차로보급 2009년 10월, 전기자동차산업활성화방안및성과지향형 R&D 촉진을통해 BlueOn 조기개발 국외정책동향 일본, 독일, 중국주요국정부가공격적으로전기자동차산업육성정책추진 세계각국이의욕적인보급목표를세워서세계전기차시장을선점 - 미국 (15 년누적 ) : 1 백만대 (PHEV), 일본 (20 년누적 ) : 1 백만대 (EV/PHEV) - 독일 (20 년누적 ) : 1 백만대 (EV), 중국 (20 년누적 ) : 5 백만대 ( 전력기반차 ) 한국현대차 BlueOn 일본미쓰비시社 i-miev 국내정책동향 구분 현대차 BlueOn 미츠비시 i-miev 비교 제원 (mm) 3585*1595*1540 3395*1475*1610 우세 모터출력 (kw) 61 47 우세 100km/h 도달시간 ( 초 ) 13.1 16.3 우세 배터리용량 (kwh) 16.4 16.4 동등 1회충전주행거리 (km) 140 130 우세 완속 / 급속충전시간 ( 시간 / 분 ) 6/25 7/30 우세 최고속도 (km/h) 130 130 동등 소형전기차 BlueOn 개발시축적된기술을중형전기차개발에응용 확대 민관협업으로양산체계조기구축 (2014 년 ) 15 년국내소형차시장의 10%, 20 년국내승용차시장의 20% 를전기차로대체 총 100 만대보급지원 (2020 년 ) - 동급가솔린차와가격차 50% 수준의구매보조금지원 (2012 년 ) - 자동차취등록및운행단계에서세제혜택방안검토 - 혼잡통행료, 공영주차장요금감면 - 공공기관의무적구매및제작사의친환경차판매비율상향조절 충전인프라구축을위해민관공동의실증추진체계구성 - 전국단위충전인프라구축로드맵수립 (2011 년상반기 ) - 공공시설, 대형마트등충전기 220 만대설치지원 (2020 년 ) - 국가및지자체가설치하는충전시설예산지원 (2012 년 ) - 민간설치충전시설에도지원방안강구 (2013 년 )
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 40 3 전기자동차개발계획 완성차기술개발 부품기술개발 산업기반구축 중형전기차교체형전기차배터리주요부품표준화인력양성자원순환전기차요금제 산업원천기술개발사업의대형과제추진 (2012 년 ) - 17년양산계획을 3년단축 14년조기생산체계구축추진 - 업계의과감한설비투자유도 전기차충전시간극복을위해개발검토 (2011 년 ) - 배터리교환형전기차개발타당성및경제성분석을통한비즈니스모델적용가능성검토 차세대 2 차전지개발및소재국산화제고 - 20 년 1 회충전주행거리 2 배향상, 가격 1/5 배저감의 2 차전지개발을위한소재국산화 에너지효율향상을위한전기차부품개발 (2011 년 ~) - 모터 : 출력밀도 2.8 3.2kW/l(15년 ), 효율 85 92%(15년 ) - 공조 : 전기차용냉난방히터및펌프부품개발 국제표준대응을위해전기차국제표준화센터신설 (2011 년 ~) - 한중일전기차표준협력관계구축을통한신뢰성인증제도입 정비및개발양성체제마련 (2011 년 ) - 자동차정비자격증에전기차정비부문포함 - 중소기업애로기술해결및대학생전문능력배양을위한산학연프로젝트추진 ( 정부지원 ) 전기차핵심소재인희유소재관리강화 (2011 년 ) - 국내수입액 (5.4 조원 ), 수입율 (91%) 이높은리튬, 니켈등의비축 재활용관리강화방안검토 EV 보급 확산에대비하여기존용도별요금외의 EV 전용요금제운영
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 41 4 전기자동차보급계획 추진배경 보급전략 대기오염에큰비중을차지하는도로교통부문의획기적 체계적개선필요 세계각국의전기차보급확대를위한무한경쟁 대기개선및온실가스감축기여및미래시장선점필요 10 ~ 11년 : 기개발된전기차의실운행능력평가및전기차보급을위한기반구축 11 ~ 12년 : 공공부문의전기차구입및충전기설치지원으로안정적판로구축 13년이후 : 소비수요의안정적성장지원을위한민간구매지원및충전인프라확충 전기자동차보급 실증사업 (10~11년) : 전기차주행성능, 충전효율평가 공공보급 (11~12년) : 공공기관을대상으로선도적지원 민간보급 (13년) : 전기차구매시세제혜택등다양한인센티브부여방안검토 구매판매 : 전기차의무구매및판매비율상향조정검토 충전인프라구축 통합적보급체계구축 보급계획 (11 년 ) : 전국단위의충전인프라구축을위한로드맵수립 공공시설 (11~12 년 ) : 공공충전시설확충을위한예산지원 민간시설 (13 년 ) : 대형마트, 주차장등에충전시설설치지원 충전방식 : 배터리교체시간을최소화하기위해충전방법다각화 배터리교환소육성 EV 거점도시 : 지역특색을고려하여전기차보급체계구축을위한우선보급도시지원 운행모델개발 : 친환경성을고려한셔틀버스, 순찰차등의다양한운행모델개발 (2011 년 )
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 42 5 전기자동차개발전략 환경규제는극복해야할과제이며커다란기회 新전기에너지사회출현 최대수출시장 ( 미국, 유럽 ) 의지속적접근을위한선결과제 자동차분야의저탄소녹색성장을위한새로운성장동력 친환경 / 고효율그린카적기개발로세계 4 강도약 태양광, 풍력, 원자력발전확대 EV 를중심으로新교통문화출현 지능형전력망등新비즈니스등장 기술개발 Catch up Leading 장기적으로기술선점이가능한분야 (PHEV 등 ) 의핵심원천기술투자유도 차량및부품기술 Technology 양산 부품업체설비투자지원 부품개발업체에대한신규설비투자등지원방안마련 인프라구축 Infrastructure 전기차전용플랫폼, 경량화 모터, 배터리성능 / 가격현실화 보급확대정책 Policy 보급 초기시장창출지원 구매시세제감면, 운행시인센티브 부여방안마련 충전시설등인프라확충 충전인프라및인터페이스표준화 지능형전력망과연계 보조금및세제지원 법, 제도개선 공공기관구매의무화
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 43 가정용충전급속충전배터리교체비접촉식 - 충전시간 : 6~8 시간 (220V 충전 ) - 회사및집주차장의콘센 트를통해충전 충전방식 - 문제점 : 과금체계개선 - 충전시간 : 30 분이내 - 현재전기차충전인프라 방식으로보급 - 독일에서급속충전기를 시범운영 - 방전된배터리를충전된 배터리로로보트가교체 하는방식 - 교체시간 : 2~3 분 - 코일을주차장바닥에설치하여전기차가그위에주차하면전자기유도방식을통해충전 전기차확산으로인해발생할수있는이슈 고강도경량소재개발직류전원공급방식증가 ㆍ전기차의연비개선을위해고강도경량소재에대한연구개발ㆍ현재차량용경량소재는알루미늄이일부적용, 향후에는마그네슘, 카본등이적용ㆍ전기차충전시교류에서직류로변환하여충전 ( 변환시 10% 전력손실 ) ㆍ일본에서는공장, 백화점, 빌딩등에직류전원공급방식이확산ㆍ전기차가확산되면효율적인면에서직류전원공급방식이확대 배터리관련 자원확보경쟁 ㆍ리튬이온배터리시장이커짐에따라리튬확보가전기차시장의경쟁력 ㆍ현재최대리튬생산국은칠레, 최대매장국은볼리비아 ㆍ 2009 년일본과중국은살라르데유이유니광산 ( 볼리비아 ) 확보를위해치열한외교경쟁
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 44 국내전기차생산및판매업체와부품생산관련기업 구분관련기업동향및최근상황 전기차생산 / 판매 현대기아자동차 AD 모터스삼양옵틱스 CT&T 레오모터스 - 올해하반기전기차시범공급, 2011년전기차양산계획 - 엑스콘이에이디텍스로부터전기차사업을양수해사명변경 - 올해 2분기부터저속전기차양산 - 미국전기차업체 ZAP사의 2대주주 - 올해 2분기부터전기차수입판매 - 저속전기차개발, 생산 - 전기차개조사업, 전기오토바이생산 2 차전지 / 주요재료 이차전지 : LG 화학, 삼성 SDI, SK 에너지 주요재료 : 앨엔에프, 에코프로, 상신이디피, 휘닉스피디이, 소디프신소재 - 배터리기술력이우수 - 2 차전지의 4 대재료는아직일본에대한의존도가큰상황 BMS 넥스콘테크, 파워로직스 - 전기차용 BMS 개발공급 구동모터인버터 / 컨버터 / PCU모듈 / 고전압전선충전소 / 충전기 현대모비스, 현대중공업, S&T대우, 에스피지뉴인텍, 삼화콘덴서, 지앤디윈텍, LS산전, 넥센테크코디에스에듀패스 - 현대모비스는 08년하반기에현대로템의모터사업부인수 - 에스피지는전기스쿠터용모터생산 - LG산전은 CT&T와함께 PCU(Power Control Unit) 모듈개발 - 지앤디윈텍은전기차인버터프로젝트국책과제진행 - 월드컵상암경기장, 서울대공원, CT&T 등에전기차급속충전기공급 - 충전기업체인시그넷시스템의지분보유
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 45 2030 년경 System Component 비용차이 분류 ICE ( 내연기관 ) PHEV Engine 2,357 1,370 Transmission 1,045 625 Accessory Power 210 300 Electric Traction 40 1,542 Starter Motor 40 - Electric Motor ( 구동모터 ) - 893 Power Inverter - 528 Electronics Thermal - 121 On-vehicle charging system - 460 Other battery/storage battery 30 809 Fuel Storage 10 10 Accessory battery 20 15 Pack tray - 170 Pack hardware - 500 Battery thermal - 114 Total 3,682 5,106 PHEV incremental cost - 1,424 출처 : 모터, 세상을움직이는새로운힘 (2009. 12, 솔로몬투자증권 ) 日전기전자업체 EV 관련사업진출현황 업체제품납입처 Hitachi Toshiba 모터, 배터리 Toyota 外 리튬이온전지 GM( 10 년 ~) PCU 용전력제어반도체 리튬이온전지 Toyota 外 VW 과 EV 구동시스템개발 미쓰비시전기파워반도체 Toyota, Honda 후지전기파워반도체 Denso Meidensha EV 용모터, 인버터 MMC <imiev> Panasonic 니켈수소전지, 전기 2 중층콘덴서 Toyota, Honda 外 Sanyo 니켈수소 리튬이온전지 VW( 09 년 ~) TDK Nichicon DC-DC 컨버터, 모터용마그넷 모터용알루미늄분해콘덴서 Toyota, Honda Toyota Mitsui Hightec 모터코어 Toyota 신고베전기구동제어관련부품 Toyota 스미토모전기와이어하니스 Toyota, Honda Furukawa 와이어하니스 Toyota, Honda
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 46 6 주요부품시장전망및원가현황 출처 : Fuji Chimera Research Institute, Inc.( 10.8) 구분 '20 년전망 '09 년比비고 세계 46 조 2,201 억엔 97.1% 일본내수 9 조 74 억엔 95.1% '20년세계배터리, 모터등차세대자동차부품시장 '09년대비 20배확대전망 시장확대배경 : EV 관련부품및신흥국용저가격차수용증가 차세대자동차부품 14 개항목 HEV EV 시스템 / 모터 ( 구동 발진 ) / 배터리 ( 니켈 리튬이온 ) / 인버터 / DC-DC 컨버터 / 콘덴서 / 고압하니스 / 냉각팬 / 전동컴프레서 / 차세대센서 ( 회전각 전류센서 ) / Idling Stop System / 인휠모터 / 연료전지시스템 / 스택 컨버터 EV 원가 구조 인버터 구동모터 배터리시스템
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 47 7 전기자동차관련원자재수급문제 ( 영구자석 ) 중국의영구자석원자재산업현황 中, 세계희토류시장 95% 장악 자원무기화우려 - 한국경제, 2009 년 3 월 희토류값 1 년새최고 7 배 이대로가면첨단산업치명타 - 한국경제, 2010 년 8 월 매장량 : 전세계 70%, 생산량 : 95%, 생산량 : 18만톤 / 년 철강, 전자, 자동차등첨단산업육성, 희토류수출통제 10년 2분기수출량이 7976톤으로작년대비 72% 감소 세계각국이친환경기술에박차를가할수록의존도증가 우리나라도약 7000톤 / 년의희토류중국에서전량수입세계희토류매장량 ( 자료출처 : USGS 2009) 구동모터용영구자석산업 日 TDK, 희토류사용량억제네오디뮴자석개발 개발 특징 입계 ( 粒界 ) 확산기술이용네오디뮴자석 디스프로슘사용량기존대비 1/2 배, 내열성 30% 증가 기존제품대비자력 ( 磁力 ) 20~30% 향상 계획소량생산개시 (09 년 10 월 ) 양산체제정비 (10 년夏 ) Hitachi 금속, HEV 모터용희토류저감네오디뮴자석개발 개요 원리 효과 목표 HEV 모터용영구자석희토류저감기술개발 기존 : 자석결정 + 디스프로슘 4~8% 혼합 변경 : 자석결정표면층약 10nm 에디스프로슘도포 기존대비디스프로슘사용량 30~50% 절감 저가각화 2011 년실용화 日도요타통상, 중국외루트개척희토류자원개발가속 개요현황계획목표 희토류자원개발가속화로 HEV 구동모터비용상승억제 전세계적으로 880 년간사용가능한희토류매장 中, 수출세인상움직임 조달비용대폭상승가능 인도, 베트남산희토류도요타에공급 (11 년 ~) 동남아, 캐나다등지자원개발진행 2015 년까지필요량확보
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 48 8 전략적국산화및 Cost Down 전략 핵심부품의전략적국산화 주요부품별아웃소싱확대 궁극적 Cost Down 전략 개발부문 생산부문 자체개발 / 생산 해외 생산 국내 - 기술유출방지아웃소싱 (Cost 중시 ) 기술중시 개발초기단계시스템 주요부품 Close 전략 양산시비핵심주요부품 ( 자체설계 / 생산외주 ) Ⅰ Ⅱ Ⅳ Ⅲ 양산시범용부품 Open 전략 가격중시
R&D Strategy for EV & Electric Propulsion Parts 49 9 전기자동차구동부품산업활성화전략 1 친환경자동차용구동부품원가경쟁력확보 조기상용화를위해지속적인기술개발을통한차량부품원가인하필요 시장확대를위해원가경쟁력확보 기술개발투자확대및전문인재양성필요 2 구동부품기술자립화및국산화 지역내부품업체기술수준및양산기반미약으로가격경쟁력취약 부품업체생산시설, 세제및금융지원을통해부품경쟁력확보필요 3 적극적인산학연관기술협력 (BPRM) 지역내기업및대학, 연구소, 정부간적극적기술협력을통한친환경기술개발 기술협력을통한시설및지적인프라구축
Applied Energy Mechatronic System Lab. Prof. S-Y Jung / http://aems.kr / syjung@dau.ac.kr