소개글
"차량용 전력반도체 발전방향"에 대한 내용입니다.
목차
1. 4차 산업혁명 기술과 자동차 이야기
1.1. 전기자동차
1.1.1. 등장 배경
1.1.2. 사회에 미치는 변화
1.1.3. 붕괴 산업
1.1.4. 성장 산업
1.1.5. 관련 업체 및 기술 수준
1.2. 자율주행
1.2.1. 등장 배경
1.2.2. 사회에 미치는 변화
1.2.3. 붕괴 산업
1.2.4. 성장 산업
1.2.5. 관련 업체 및 기술 수준
1.3. 차량공유
1.3.1. 등장배경
1.3.2. 사회에 미치는 변화
1.3.3. 붕괴 산업
2. 자동차용 배터리 기술과 그 산업 및 제조업체의 현황과 향후 발전 방향
2.1. 전기자동차 보급 확대의 배경(내연기관 퇴출의 가속화)
2.2. 자동차용 배터리 기술
2.2.1. 전기자동차용 배터리의 구성
2.2.2. 전기자동차용 배터리의 특성
2.2.3. 리튬이온 배터리
2.2.4. 제조업체별 배터리 타입
2.2.5. BMS (Battery Management System)
2.2.6. 차세대 배터리 기술
2.3. 산업 및 제조업체 현황 및 향후 발전 방향
2.3.1. 산업 및 제조업체 현황
2.3.2. 산업 및 제조업체 향후 전망
3. 미래에 전기자동차가 보편화됨에 따른 자동차산업의 변화와 다방면에 미치게 될 변화
3.1. 전기자동차 보편화에 따른 자동차 산업의 변화
3.1.1. 부품 소재 산업의 변화
3.1.2. 자율주행 기술 적용
3.1.3. 전기자동차 충전 인프라 확대
3.2. 전기자동차 보편화가 다방면에 미치게 될 변화
3.2.1. 반도체/전자부품 산업 성장
3.2.2. 배터리 사업의 확장
3.2.3. 스마트그리드(전력 수급)
3.2.4. 소재광물(리튬) 수급 문제
3.2.5. 5G
4. 참고 문헌
본문내용
1. 4차 산업혁명 기술과 자동차 이야기
1.1. 전기자동차
1.1.1. 등장 배경
1769년 프랑스의 니콜라 퀴뇨가 세계 최초로 자동차를 발명했다. 이 자동차는 동력원으로 증기 기관을 이용했다. 바퀴라는 인류의 위대한 발명품은 곧 수레로 발전했고, 동물(말)이 수레를 끌도록 해 인력 외의 동력으로 수레를 달리게 한 것이 곧 마차이다. 니콜라 퀴뇨가 이룬 업적은 인간도 동물도 아닌 기계가 수레를 움직이게 한 것이다. 하지만 증기 기관은 물을 보충해야 하며 기관이 차가운 상태에서 예열되어 움직이기 시작할 때까지 오래 걸렸으며 증기의 압력을 유지하기 어렵다는 단점을 가지고 있었고, 인류는 그 이후 새로운 동력기관을 발명할 때마다 그것을 활용하여 이동 수단을 만들고자 하는 시도를 해왔다. 전기 자동차는 그러한 시도의 일환으로서 탄생했다. 1828년에 헝가리의 성직자이자 물리학자인 Anyos Jedlik는 전동기의 초기형을 발명했고, 그 전동기로 구동되는 작은 모형 자동차를 만들었다. 전기 자동차는 등장 초기에 비슷한 시기에 등장한 내연기관 자동차에 대해 비교 우위를 점했지만 다양한 요소로 인해 100년에 가까운 시간 동안 내연기관 자동차에 가려 빛을 보지 못하다가 최근에 재도약을 하여 내연기관의 자리를 넘보고 있다.
1.1.2. 사회에 미치는 변화
전기자동차의 등장은 자동차 산업에 큰 변화를 일으키고 있다. 전기자동차는 기존 내연기관 자동차와 비교하여 배기가스 배출이 전혀 없어 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 정부는 전기자동차 보급 확대를 위해 다양한 정책을 내놓고 있다.
전기자동차 보급이 확대됨에 따라 관련 산업에 큰 변화가 예상된다. 첫째, 자동차 세제가 개편될 것이다. 기존 내연기관 자동차에 부과되던 각종 세금들이 전기자동차에는 그대로 적용되기 어려운 상황이다. 유류에 부과되는 세금의 경우 전기자동차에는 적용할 수 없으므로, 새로운 세제 마련이 필요할 것이다. 정부는 주행거리세, 대체연료세 등 새로운 과세 방안을 도입하여 전기자동차 구매 및 운영에 대한 세수를 확보할 것으로 예상된다.
둘째, 리튬 등 전기자동차 배터리 생산에 필수적인 광물 자원을 둘러싼 국가간 경쟁이 심화될 전망이다. 리튬은 전 세계적으로 편중된 매장지를 가지고 있어 공급 안정성이 우려되고 있다. 일부 국가들은 이미 리튬 자원 확보를 위해 경쟁하고 있으며, 향후 리튬 자원을 둘러싼 지정학적 갈등이 일어날 수 있다. 이에 따라 각국 정부와 기업들은 리튬 외 차세대 배터리 소재 개발에 박차를 가하고 있다.
셋째, 전기자동차 충전 인프라 구축이 중요한 과제가 될 것이다. 전기자동차 보급이 확대되면서 충전소 설치가 늘어나고 있지만, 아직 이용자들의 불편이 큰 상황이다. 정부와 자동차 업계, 전력 업계 등이 협력하여 충전 편의성을 높이는 것이 필요하다.
이처럼 전기자동차의 등장은 자동차 산업뿐만 아니라 관련 세제, 자원 확보, 인프라 구축 등 광범위한 분야에서 큰 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 이에 따라 정부와 기업, 소비자 모두가 이러한 변화에 선제적으로 대응할 필요가 있다.
1.1.3. 붕괴 산업
내연기관 자동차가 주요 동력원이었던 기존 자동차 산업에서는 전기자동차의 보급 확대로 인해 일부 산업이 붕괴될 것으로 예상된다. 먼저, 자동차 부품 산업 및 정비 산업의 경우 큰 변화가 예상된다. 내연기관 자동차는 기본적으로 엔진, 변속기, 동력 전달 계통 등 많은 부품이 필요하지만, 전기자동차는 모터와 배터리 등 상대적으로 적은 부품으로 구성되어 있다. 이에 따라 자동차 부품 산업의 규모가 축소될 것으로 보인다. 또한 내연기관 자동차는 정기적인 정비가 필요했지만, 전기자동차는 구동계가 단순하여 정비 수요가 감소할 것이므로 정비 산업 또한 위축될 것이다.
이와 함께 기존 내연기관 자동차에 사용되던 유류에 부과되는 각종 세금이 감소하면서 정부의 세수 확보도 어려워질 수 있다. 내연기관 자동차에 부과되는 개별소비세, 교육세, 지방교육세, 부가가치세, 취득세 등 다양한 세금이 전기자동차에는 적용되지 않거나 감면되기 때문이다. 이에 따라 정부는 전기자동차에 대한 새로운 세금 체계를 마련해야 할 것으로 보인다.
이처럼 전기자동차의 보편화로 인해 기존 자동차 산업 생태계 전반에 걸친 큰 변화가 일어날 것으로 전망된다. 내연기관 자동차 중심의 산업 구조가 전기자동차 중심으로 재편되면서 새로운 기회와 함께 기존 산업의 붕괴도 함께 일어날 것으로 보인다.
1.1.4. 성장 산업
전기차 시대가 도래하면서 새로운 성장 산업이 부상하고 있다.
첫째, 2차전지 산업이 대표적인 성장 산업이다. 전기자동차의 에너지 저장 수단은 2차 전지이므로, 전기자동차의 수요가 증가하면 2차 전지의 수요도 증가한다. 주요 2차 전지 기업들은 에너지 밀도가 높고, 충전 속도가 빠르며, 안전성이 높고 가벼운 새로운 전지를 개발하여 시장을 장악하기 위해 노력하고 있다. 현재 전기자동차에 사용되는 2차 전지는 리튬-이온 전지이며, 전기자동차 수요 증가로 인해 폐 배터리 배출도 늘어날 것이다. 이 폐 배터리는 재활용 또는 재사용할 수 있어 2차 전지를 생산하고 처리하는 산업이 성장할 것으로 보인다.
둘째, 전력 산업도 성장할 것으로 예상된다. 전기자동차의 보급 확대로 인해 전력수요가 기하급수적으로 늘어날 것이기 때문이다. 특히 신재생에너지와 분산 발전 등의 성장이 두드러질 것으로 보인다. 실제로 테슬라는 슈퍼차저에 태양광 전지판과 ESS를 설치하는 등 전기자동차와 신재생에너지의 결합을 시도하고 있다. 이처럼 전기자동차 혁명은 신에너지 혁명과도 밀접하게 연관되어 있다.
셋째, 자율주행 기술과 5G 통신 기술 등 IT 기반 신기술 산업이 성장할 것이다. 전기자동차의 성장과 함께 자율주행 기술도 발전하고 있으며, 자율주행 기술은 5G 네트워크와 밀접하게 연관되어 있다. 따라서 자율주행 차량 관련 부품 및 소프트웨어, 5G 인프라 구축 등 IT 기반 산업의 성장이 예상된다.
이처럼 전기자동차 시대의 도래는 2차전지, 전력, IT 등 다양한 산업 분야의 성장을 촉발할 것으로 보인다. 각 기업과 정부는 이러한 변화에 발맞추어 선제적으로 대응할 필요가 있다.
1.1.5. 관련 업체 및 기술 수준
전기자동차 관련 업체 및 기술 수준은 다음과 같다.
기존의 완성차 업체들이 전기차 영역으로 확장하면서 주목받고 있다. 제너럴모터스(GM)는 2035년까지 무공해 자동차만 판매하겠다고 밝히며 내연기관 자동차에서 전기차로 완전히 전환하고자 한다. 이처럼 기존 완성차 업체들이 전기차 시장에 적극적으로 진출하고 있으며, 관련 기술 개발에도 박차를 가하고 있다.
한편 테슬라는 전기차 전문 기업으로 자신만의 독자적인 플랫폼과 기술을 보유하고 있다. 테슬라는 원통형 리튬이온 배터리인 파나소닉 NCA 18650 배터리를 모델S에 적용하였다. 이처럼 원통형 셀을 활용한 모듈 및 팩 설계 기술을 보유하고 있다. 또한 자체 개발한 배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 배터리의 안전성과 효율성을 높이고 있다. 그 외에도 전기차 전용 플랫폼 사용, 낮은 무게중심 등 다양한 장점을 갖추고 있다.
전기차 배터리 분야에서는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내 기업들이 두각을 나타내고 있다. LG화학은 폭스바겐, 르노, 볼보 등 글로벌 완성차 업체에 안정적으로 배터리를 공급하며 시장을 선도하고 있다. 삼성SDI는 중국과 유럽 시장에 주력하며 안정적인 수익을 내는 전략을 펴고 있다. SK이노베이션은 배터리 기술력 확보를 위해 대규모 투자를 진행하며 빠르게 성장하고 있다.
중국 업체인 CATL 역시 전기차 배터리 시장에서 두각을 나타내고 있다. CATL은 자체 연구센터를 통해 차세대 배터리 기술 개발에 주력하고 있으며, 독일 등 유럽 시장 진출도 적극적으로 추진하고 있다.
일본의 파나소닉은 테슬라와의 협력을 통해 원통형 배터리 기술력을 확보하고 있다. 또한 전고체 배터리 등 안전성 향상을 위한 기술 개발에도 집중하고 있다.
종합하면, 전기차 및 배터리 분야에서는 글로벌 완성차 업체와 배터리 전문 기업 간의 치열한 경쟁이 펼쳐지고 있다. 특히 에너지 밀도, 출력, 가격, 안전성 등의 기술 개선을 통한 경쟁력 확보가 중요한 과제로 대두되고 있다.
1.2. 자율주행
1.2.1. 등장 배경
자율주행의 등장 배경은 다음과 같다.
시간에 따른 반도체 집적회로의 트랜지스터 개수 그래프에서 볼 수 있듯이, 자율주행 자동차는 자동차의 등장 초기부터 인류가 상상해 왔던 개념이다. 주행 중 도로의 각종 위험 요소들을 인지하고 판단하며 팔다리로 자동차를 조작하는 일은 굉장히 피곤한 일이기 때문이다. 가속과 감속, 조향 등의 조작을 기계가 대신 하는 제어기술은 오래전부터 마련되어 있었지만 기계가 주변의 상황을 읽어내어 적절한 판단을 내리는 것은 오랫동안 구현되지 못했다.
1990년대 이후로 자율주행 자동차가 모습을 드러내고 눈부시게 발전한 배경에는 컴퓨터 연산 능력의 향상이 있었다. 자율주행 자동차는 자동차의 모든 방향으로 장착된 카메라, 라이다, 각종 센서류에서 입력되는 신호(정보)를 바탕으로 주변 공간을 인지하고 알고리즘을 활용해 그 안의 개체들을 파악한다. 이러한 작용이 찰나의 순간에 이루어지기 위해서는 수많은 정보를 빠른 시간 안에 처리하는 강력한 연산 능력이 필수이다. 또한 연산 능력의 발전으로 인해서 처리하는 이미지의 해상도가 높아졌고, 알고리즘은 더 많은 데이터를 학습하여 주변 상황을 보다 정확하게 인지하고 판단을 내릴 수 있게 된 것이다.
따라서 자율주행 자동차의 등장 배경은 자동차에 대한 인류의 오랜 꿈과 더불어 반도체 및 컴퓨팅 기술의 발전을 통해 이를 구현할 수 있게 된 것이라고 볼 수 있다.
1.2.2. 사회에 미치는 변화
자율주행 자동차의 보편화는 자동차 운전과 관련된 고용에 큰 영향을 미칠 것이다. 자율주행 기술의 발전으로 인해 화물 운송 및 대중교통 분야의 운전직이 점차 사라질 것으로 예상된다. 과거 핸드 크랭킹이 필요했던 내연기관 자동차와 달리 전기자동차는 간단한 조작만으로도 운전이 가능하기 때문에 택시, 버스 등의 운전직이 자동화될 전망이다. 이처럼 자율주행 기술의 발전은 기존 운전직 일자리의 감소를 야기할 것이다.
한편, 자율주행 자동차의 보편화는 교통사고 발생률을 줄이고 도로 효율을 높일 것으로 기대된다. 자율주행 자동차는 주변 차량과 도로 환경을 실시...
참고 자료
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현대모비스 (2019), “전기차를 타면 돈이 되는 기술이 있다”, HMG 저널
정순인 (2019), “5G와 자동차, 둘이 무슨 관계?”, Live LG
삼성SDI, “전기차 배터리 구성, 셀? 모듈? 팩? 바로 알자!”, Technology
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