보고서 정보
주관연구기관 |
(주)이브텍 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-11 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
중소기업청 Small and Medium Business Administration |
등록번호 |
TRKO201500011530 |
과제고유번호 |
1425091855 |
사업명 |
중소기업R&D기획지원사업 |
DB 구축일자 |
2015-07-18
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키워드 |
극저온.공랭식.전기자동차.이차배터리.스마트 팩.Low Temp..Air Cooled.EV.2nd Battery.Smart Pack..
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초록
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□ 신청과제의 내용
신청기술은 전기자동차(EV, electric vehicle) 및 군사용 장비의 동력원으로 사용되는 리튬이차배터리(2차 전지, 이차 전지) 팩의 저온 및 고온 대기환경에서 성능 개선에 관한 것으로, 특히 배터리 주변의 온도조건에 따라 냉각과 가열(히팅)을 가변적으로 수행할 수 있는 온도제어모듈에 관한 것이다.
□ 기획결과
1. 기술분석 및 기술성 평가결과
신청기술은 리튬이차배터리의 작동환경을 유지하는 데 필요한 유용한 기술로서 그 응용 산업 분야로는 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의
□ 신청과제의 내용
신청기술은 전기자동차(EV, electric vehicle) 및 군사용 장비의 동력원으로 사용되는 리튬이차배터리(2차 전지, 이차 전지) 팩의 저온 및 고온 대기환경에서 성능 개선에 관한 것으로, 특히 배터리 주변의 온도조건에 따라 냉각과 가열(히팅)을 가변적으로 수행할 수 있는 온도제어모듈에 관한 것이다.
□ 기획결과
1. 기술분석 및 기술성 평가결과
신청기술은 리튬이차배터리의 작동환경을 유지하는 데 필요한 유용한 기술로서 그 응용 산업 분야로는 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의 친환경자동차를 우선적인 대상으로 할 수 있으며, 세계 자동차 회사와 전지제조업체들이 관심을 가지고 있는 NEV용, 열차용, 군사용, AGV용 등과 전력산업 측면에서의 주요 관심대상인 에너지 저장시스템(ESS) 등으로 그 적용범위가 확대될 것으로 예상된다. 특히, 현재 신청기업인 ㈜이브텍에서 개발진행하고 있는 장갑차 등을 위한 방위산업용 배터리 가열시스템은 근시일내로 사업화가 가능할 것으로 기대된다.
신청기술이 완성차 업체가 원하는 수준으로 개발이 완료되어 상용화가 이루어진다면, 그동안 리튬이차배터리의 한계로 여겨졌던 겨울 및 극저온지방에서 전기자동차 무용론을 잠재울 수 있을 것으로 예상되므로, 내수 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 해외 시장에 진출할 수 있는 교두보 역할을 할수 있을 것으로 보인다.
2. 기술개발 전략
기술확보전략 측면에서 기술계통도와 평가지표를 통해 11개 세부요소기술 중 ① 열확산 최대화를 위한 방열판 모듈 설계기술, ② 열원부위 열저항 최소화 조립기술(Thermal glease) ③ 냉각팬 선정을 위한 측정기술 및 분석기술 ④ 온도조건에 따른 열원 및 팬 작동조건 설계기술 ⑤ 소비전력 최소화 기술 ⑥ 하우징 및 덕트 설계 기술 ⑦ 내구성, 진동/소음 특성 분석기술 ⑧ 냉각팬/히터 제어모듈 설계/제작 기술을 핵심요소기술로 선정하였다. 기술소싱전략 측면에서 기술매력도와 내부기술역량을 중심으로 핵심요소기술을 평가한 결과, 따라서 열확산 최대화를 위한 방열판 모듈 설계기술(T1), 열원부위 열저항 최소화 조립기술(T2), 냉각팬 선정을 위한 측정기술 및 분석 기술(T3), 온도조건에 따른 열원 및 팬 작동조건 설계기술(T4), 소비전력 최소화 기술(T5), 하우징 및 덕트 설계 기술(T6), 내구성, 진동/소음 특성 분석기술 (T7), 냉각팬/히터 제어모듈 설계/제작 기술(T8)은 모두 내부 개발을 통하여 기술역량을 지속적으로 확대해 나가는 것이 바람직한 것으로 평가되었다. 개발인프라 구축전략 측면에서 신청기업은 응용기술들을 신청기술의 개발 공정에 최대한 반영하기 위해 기존 엔지니어링 서비스 관련 설계 노하우를 활용하고자 한다. 따라서 신청기업은 기본적으로 기계설계 기술과 열유체기술, 그리고 히트싱크 관련 기술을 혼합한 형태의 조직을 필요로 한다. 또한 자동차용 이차배터리의 경우 대량 양산체제가 필요해 생산분야 기술 조직이 함께 참여하여 개발할 수 있는 조직이 구성되어야 효과적일 것으로 판단된다. 설계, 부품조달, 조립, 양산화 등을 위해 특별한 장비가 필요하지 않을 것으로 보이나, 검사를 위한 열량분석기, 열중량측정장치, 내구성 시험기 등은 반드시 필요할 것으로 보인다. 대량생산을 위한 양산화 과정에서도 일부 장비가 필요할 것으로 보이나, 생산규모의 증가에 따라 신축성 있게 대응할 필요가 있다. 신청기업은 일반적인 온도 조절을 위한 배터리 모듈의 수준을 넘어서서, 개발 과제와 같이 극저온 상태에서도 배터리 모듈을 쉽고 빠르게 가온시키고 효율이 정상화될 수 있는, 특수한 상황에서의 배터리 팩 시스템을 특허화하고 특허망을 형성하는 전략을 구사하는 전략이 필요하다.
3. 시장분석 및 경제성 진단 결과
본 기술과제인 ‘극저온용 공냉식 리튬이차배터리 팩’은 가혹한 극저온의 환경에서는 반드시 필요한 것이며, 활용범위는 매우 광범위할 것으로 보인다. 본 기술과제의 R&D기획과정에서 제시된 응용분야는 크게 군사장비용 배터리, 전기자동차용 배터리, 에너지저장장치(ESS)용 배터리 등이 제안되었다. 군사용 및 에너지 저장용 리튬이차배터리 팩은 아직까지 시장규모가 작기 때문에 시장매력도가 매우 약한 것으로 볼 수 있으며, 자동차부품의 경우에는 기술적 요구수준이 높고 시장진입까지 많은 시간이 소요될 것으로 보이나, 산업적 매력도는 상대적으로 높은 것으로 볼 수 있다. 이상과 같은 목표시장의 설정에 따라 본 기술의 시장성분석은 자동차부품시장에 초점을 맞추어 진행하였다. 수요의 특성과 사업화모델을 고려할 경우 본 기술제품은 포괄적으로는 자동차부품시장에 포함되고 세부적으로는 전기자동차 부품시장에 포함되는 것으로 볼 수 있다. 전기자동차 시장 성장에 따라 자동차 산업의 전반의 구조적 변화가 예상되고 있다. 기존 내연기관 자동차의 엔진과 변속기 등의 기술이 불필요해지면서 기존 자동차 부품시장의 축소가 예상되는 반면 배터리와 모터 등 전기자동차 부품산업의 확대가 예상된다. 주유소와 엔진오일 등의 수요 감소로 자동차 연관 산업의 위축이 불가피할 것으로 예상되는 반면 전기 수요 확대에 따른 발전산업 및 전기자동차 충전소 등 관련 산업 성장 기대할 수 있다. 동부리서치 자료에 따르면, 전세계 전기자동차용 배터리 시장은 2014년 2,726 백만$에서 2018년 10,469백만로 4년간 3.8배정도의 성장이 기대되고 있다. 한편 배터리 전체시장은 같은 기간 16,360백만$에서 28,097백만$로 1.7배 성장에 그칠것으로 전망했다. 향후 배터리 시장은 전기자동차 배터리가 주도할 것으로 예상 되고 있으며, 전기자동차 배터리가 차지하는 비중도 2014년에 16.7%에서 2018년에는 37.3%로 성장할 것으로 예측되었다. 또한, 수익성 판단지표인 NPV, IRR, ROI 등의 지표로 판단하여볼 때 기획지원대상기술은 전반적으로 수익성이 있는 것으로 판단되며, 경제적 파급효과도 무난한 기술로 평가되는 편이다. 신청기업은 대표이사의 28여년간의 자동차분야 연구개발경험을 바탕으로 배터리팩 등의 부분에 원천 요소기술을 확보하고 있다. 기술개발과 관련하여 전문 인력과 연구기자재 등 동업계에 비하여 상대적인 기술우위와 역량을 확보하고 있다. 이러한 강점요인을 바탕으로 본격 시장 개척기와 성장기를 맞이하고 전기 자동차 배터리팩, 극저온용 배터리 팩시장에서 공격적인 사업화전략을 추진하려고 하는 것이며, 현재 추진하고 있는 R&D기획 및 기술사업화 전략도 S-O전략과 맥을 같이 한다고 볼 수 있다.
4. 기술로드맵 지원
시장·제품 로드맵에는 거시적인 마켓 트렌드와 세부 니즈 및 목표시장의 시간대별 변화를 도시하였으며, 제품·기술 로드맵에는 시간대별로 목표시장에서 나타날 제품과 해당 제품의 개발에 필요한 핵심요소기술의 변화를 나타낸다. 환경분석결과, 신청기업의 외부환경과 내부역량을 기업단위에서 종합적으로 살펴 본 결과, 신청기업은 신청기술 개발주체로서 개발을 주도할 수 있는 필요 역량을 충분히 갖춘 것으로 평가되었고, 외부환경을 수요/환경/기술적 측면에서 주요 촉진/저해요인으로 구분하여 분석한 결과, 가격경쟁력 요구, 저가격화(Cost Down) 패키징 소재, 배터리 팩 대형화, 고출력밀도 이차배터리팩, 배터리 안정성, 위험요소 배제기술과 검증을 통한 신뢰성 확보, 배터리 수명, 차량수명에 상
응하는 내구수명 확보, 배터리 팩 온도조절, 온도조절 BMS 구축, 리튬이차배터리 기능의 한계, 에너지저장 밀도의 혁신 및 고효율화 등이 도출되었다. 제품분석결과, 기업 내·외부 환경분석의 주요 요인을 반영하여 제품 후보군을 도출하였으며, 그 결과 ① 고신뢰성 BMS, ② 경량/고신뢰성 팩, ③ 핵심부품 기술이 전략제품 후보군으로 도출되었다. 포트폴리오 분석 결과, 경량/고신뢰성팩이 전략제품군으로 선정되었다. 상기와 같이 작성된 시장·제품·기술 로드맵을 바탕으로 신청기업 자체개발 및 컨소시엄 구성을 통해 극저온용 공랭식 리튬이차배터리 스마트 팩 개발 개발을 위한 계획을 도출하여 신규과제 기술제안서(RFP)를 수립하고, 향후 2년간의 기술개발계획 및 R&D투자계획을 수립하였다.
5. 사업화 전략
본 기술과제는 개발 난이도가 비교적 높고, 전기자동차 업계로부터 신뢰성을 확보하기 까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상되며, 기술개발 및 양산시스템 구축에 이르기 까지 상당한 투자재원이 소요될 것을 예상된다. 기술개발에 따른 리스크요인인 큰 것으로 예상되며, 제품화개발 및 사업화과정의 리스크 요인을 줄이기 위하여 단계적인 기술개발 및 사업화 전략을 추진하고 있다. R&D수행기간은 약 2년으로 잡고 있으며, 단계적 소요자금 투입을 위해 1차년도에는 기초 요소기술확보에 치중하고, 2년차에는 정밀화를 통한 기술고도화, 제품화를 추진하는 것이 필요하다. 초기 시장도입기에서는 해외시장에서 1개 전기자동차 모델에 적용하는 것으로 목표로 하고 있으며, 본격 성장기인 2018년 이후에는 글로벌 시장 마케팅 활동을 본격화하여 2~5개의 모델 적용을 목표로 제시하고 있다. 전반적인 추진사항 및 계획을 고려할 경우 적정한 사업전략을 판단된다.
6. 결론
극저온용 배터리 팩 시장은 전기자동차 수요에 따라 결정될 수 있으며, 또한 가격의 인하속도에 따라서도 시장의 확대속도가 달라질 수 있다. 참여 전문가들의 의견을 취합하여 잠재시장 추정을 위한 가정사항을 설정하였으며, 이를 바탕으로 추정한 결과, 극저온용 전기자동차 배터리 팩 시장은 2016년에 29,507백만원, 2019년에 310,289백만원, 2021년에 911,587백만원으로 추정되고 있다. 전방산업인 전기자동차 시장의 본격 성장기의 도래, 극저온용 틈새시장의 가능성 등을 고려했을 때 시장성은 양호한 것으로 평가된다. 신청기술은 기존의 공냉식 이차배터리에 존재하는 공기 덕트를 사용하지 않아서 케이스 부피를 작게 제작하면서, 배터리 케이스와 이차배터리의 공간을 이용하여 공기덕트 기능을 대체하면서 공기유동층을 확보하여 보온과 냉각기능을 보유하도록 설계하여 - 32℃의 극저온에서도 이차배터리가 성능을 충분히 발휘하도록 공냉식 리튬이차배터리 팩 개발을 목표로 하고 있다. 기능적으로는 기존 제품을 뛰어넘으면서도, 국내 원천기술과 부품소재를 최대한 활용하여 가격적인면에서 충분한 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 설정하였다. 극저온용으로 글로벌 전기자동차 시장에서 틈새시장 공략이 가능할 것으로 판단된다.본 과제의 정량적인 목표로는 에너지 효율, 방충전시간, 내구성 등을 합리적으로 제시하고 있다. 기술개발 준비, 선행기술개발 과제 수행경험을 고려할 경우 본 기술 개발의 추진은 특별한 문제점은 없을 것으로 보인다. 이상과 같이 대표이사의 20년간의 자동차 연구개발수행 경험을 바탕으로 관련분야 여러 가지 기술력을 확보하고 있고, 벤처기업으로 비교적 무난한 사업기반을 확보하고 있다는 점을 고려할 경우 본 기술과제의 사업타당성 높은 것으로 평가된다.
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