리튬-에어 전지 기술을 향상시킬 그래핀 전극

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리튬-에어 전지 기술을 향상시킬 그래핀 전극

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-11-07

리튬-이온 전지는 우리의 일상 생활에 중요한 많은 전자기기에 널리 사용되고 있다. 그러나 지난 20년간 10~15%의 지속적인 개선 후에, 리튬-이온 전지의 에너지밀도는 전지에 사용되고 있는 cathode 및 anode 물질의 에너지에 의해 결정되는 이론적 한계에 거의 다다르고 있다. 따라서 최근 차세대 에너지 저장 시스템에 대한 연구가 전세계적으로 이루어져왔다. 이와 같은 시스템 중 하나가 금속/에어 전지로, 현재 가용한 대부분의 일차 및 이차 전지보다 더 높은 비에너지(specific energy)를 갖고 있다. 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory, PNNL)산하 Transformational Materials Science Initiative의 연구원인 Ji-Guang Zhang 박사에 따르면, 금속/에어 전지는 cathode 활성물질을 전지 내에 저장하지 않는 독특한 측면이 있다고 한다. 대신, 주위의 산소가 에어 전극 내 촉매 표면에서 환원됨으로써 산화물 혹은 과산화물 이온을 형성하며, 결국 전해질에서 양이온성 물질과 반응하게 된다. Li/O2 쌍이 특히 매력적인 이유는, 지금까지 알려진 어떤 전기화학적 쌍(electrochemical couple) 중에서 가장 높은 비에너지를 가질 수 있는 잠재력을 갖고 있기 때문이다. 지금까지 탐구된 다양한 전기화학 에너지 저장 시스템 중에서, 리튬-에어(lithium-air) 전지는 가장 유망한 기술 중 하나로 여겨지고 있으며, 기존의 리튬-이온 전지에 비해 이론이적인 에너지 밀도가 거의 10배 정도 높기 때문이다. 이것은 anode로써의 리튬 금속이 현재 사용되고 있는 흑연 anode에 비해 용량이 10배 가량 높고, 리튬-에어 전지에서 cathode로 사용되는 산소는 주위 환경에서 손쉽게 취득할 수 있어서, 전지의 무게를 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 비용도 절감시킬 수 있기 때문이다. 전기 차량과 같은 실용적인 활용을 위해 연구팀은 리튬-에어 전지는 800 Wh/kg의 에너지 밀도를 달성해야 한다고 믿고 있으며, 이 수치는 리튬-이온 전지가 가진 수치보다 3배 높다. 따라서 리튬-에어 전지는 리튬-이온 전지보다 높은 에너지 저장 시스템(예: 한 번 충전에 500km 이상 달릴 수 있는 전기차량)을 필요로 하는 많은 곳에서 활용될 것으로 기대된다. Nano Letters ("Hierarchically Porous Graphene as a Lithium-Air Battery Electrode")지에 2011년 10월 온라인 판에 게재된 본 연구결과를 통해, Zhang 등은 기능성 그래핀 시트의 독특한 구조적 배열을 가진 에어 전극을 소개하고 있으며, 리튬-산소 전지에서 15,000 mAh/g의 높은 값을 성취하였음을 보여주고 있다. 이것은 이 분야에서 보고된 수치 중에서 가장 높은 값이다. 리튬-에어 전지의 성능은 전해질 조성, 에어 전극의 매크로구조 및 탄소 소재의 마이크로구조 및 나노구조와 같은 많은 요소들에 의해 영향을 받는다. 탄소 전극에서 Li2O2와 같은 반응 생성물의 침전은 결국 산소의 경로를 막아 리튬-에어 전극의 용량을 제한하게 된다. 본 연구에서 PNNL 연구팀이 에어-전극 블로킹 문제를 최소화함으로써 용량의 극적인 향상을 가져왔다. 이전의 대부분의 연구에서는 메조포러스(mesoporous) 탄소 혹은 그래핀 시트가 2차원 적인 적층구조를 형성하는데 사용됨으로써 용량의 한계를 가져왔다. 그러나 본 연구에서는 마이크론 크기의 개방형 공극을 통한 산소의 빠른 확산과 나노다공성()을 통한 리튬-산소 반응의 촉매역할을 수행하는 자가조립, 바이모달 그래핀(bimodal graphene) 구조를 활용하였다. 이로써 화학적 경로를 차단하는 방전 생성물의 과량생성을 억제할 수 있다고 저자는 밝히고 있다. 게다가 그래핀의 결함 및 기능성 그룹은 독립된 나노 크기의 Li2O2 입자를 형성하고, 에어 전극에서의 에어 블로킹을 억제하는데 도움을 줄 수 있음을 보여주고 있다. 벌크 그래핀에서의 계층적으로 정렬된 다공성 구조는, 대부분의 그래핀 시트로의 접근성을 향상시켜 줌으로써 실용적인 응용을 가능하게 해 준다. 기능성 그래핀 시트를 기반으로 하는 에어 전극을 생산하기 위해, 기능성 그래핀 시트는 우선 전극에 사용되는 결합물질을 포함하고 있는 마이크로에멀젼(microemulsion) 용액에 분산시키게 된다. 캐스팅(casting) 및 건조 후에 매우 독특한 형태가 형성된다. 놀랍게도 기능성 그래핀 시트는 엉성하게 충진된 형태로 뭉쳐지게 되면서 형성되는 깨진 달걀 형태의 구조는 상호 연결된 터널 구조를 갖게 되는데, 이 터널 구조는 전체 전극 깊이에 걸쳐 이어진다. 이런 터널은 다수의 동맥과 같은 기능을 하게 되며, 방전 과정 동안 전극 내부에서 산소를 지속적으로 공급하는 역할을 한다. 더욱 중요한 것은, 복잡한 기공(pore) 구조는 다른 다공성 탄소 물질과는 달리 전해질 침윤(electrolyte infiltration) 후에도 그 형태를 유지한다는 점이다. 주사전자현미경을 통해 깨진 달걀 형태의 껍질을 조사한 후, 연구팀은 이 껍질이 큰 터널과 접촉하고 있는 수많은 더 작은 나노크기의 기공으로 구성되어 있음을 발견하였다. 연구팀이 지적한 것처럼, 이 독특한 형태는 에어 전극을 설계하는데 이상적이다. 방전과정 동안 이 거대한 터널은 에어 전극의 내부에 산소를 공급하는 고속도로와 같은 역할을 하며, 벽에 위치한 작은 기공들은 일종의 출구로써 산소 환원에 필요한 삼상(triphase, 고체-액체-기체) 영역을 제공한다. 이 전지 시스템이 대규모로 활용되기 위해서는 몇 가지 극복해야 할 문제점들이 남아 있다. 주요 사항들로는 낮은 방전속도, 전해질 안정성 및 리튬-공기 셀 가역성, 수분 침투에 의한 용량 감소(capacity fade)를 억제하기 위한 산소 선택성 멤브레인 및 내구성 연장을 위한 침상 리튬(lithium dendrite)의 형성 억제 등이다. 그림> (a) 리튬-산소 전지 구동에 매우 바람직한 바이모달 다공성 구조(아래쪽 그림)를 갖는 기능성 그래핀 시트(위쪽 그림). (b) 에어 전극으로써 FGS(C/O = 14)를 사용한 리튬-산소 셀의 방전 곡선  functionalized graphene sheet.jpg 출처 : http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=23258.php

프랑스의 스마트 그리드 대처 현황

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프랑스의 스마트 그리드 대처 현황

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-06

1. EDF에 의한 스마트 그리드 구상 프랑스는 발전과 송전 및 배전 사업의 자유화, 지방 분산화에 따라 송전 및 배전 네트워크의 효율적인 관리 및 에너지 절약의 필요성이 해마다 높아지고 있다. 이러한 배경을 받고, 프랑스 전력 공사 (EDF)의 100 % 자회사로, 배전을 담당하는 프랑스 배전 회사 (ERDF: Electicite Reseau Distribution France)는 실시간으로 배전 데이터를 통신할 수 있는 새로운 지능형 전력망 구축을 추진하고 있다 (덧붙여서, EU 지령으로 2020 년까지 회원국의 80 %의 미터를 스마트 미터로 하는 것이 결정되고 있다). 그 목적은 배급망의 이용 작업을 최적화하는 것, 그리고 전력 소비의 피크를 억제하고 에너지 효율을 높이기 위한 것이다. 이 지능형 전력망 구축 제 1 단계로 2010 년부터 ERDF는 스마트 미터 "린키 : Linky"도입 프로젝트를 실시하고 있다 26 (예산은 40 억 유로)이 린키를 포함한 모든 스마트 미터 보급 일정과 그 미터 비용 재원 마련에 친환경 지속 가능한 개발 부가 2010 년 8 월 31 일자 성령 27에서 규정하고 새 건물의 경우 2012 년 1 월부터 1 만 명 이상의 이용자를 있는 배전 회사 120kVA 이하 이용자의 50 %는 2014 년 12 월 31 일까지, 그리고 2016 년 말에는 이용자의 95 %를 커버하고 있다. 새로운 미터의 비용은 이용자가 지불하는 전기 요금에서 부담한다. 이에 대해 많은 미디어 28에서 1 개 120 ~ 240 유로도 스마트 미터의 필요, 설치 의무화에 의문 어려운 겨울철을 포함하지 않는 9 개월의 도입 실험의 신뢰성에 대한 우려 등 회의적인 논조가 눈에 띄었다. 또한 전국 정보 기술 자유위원회 (CNIL29: Commission nationale de l` informatique et des libertes)은 개인 정보 보호에 대한 우려를 분명히 하고, 정부가 정한 일정대로 진행 여부에 의문이 남는다. (1) 린키 기능 요약 이 시스템은 전력 소비량 데이터가 자동으로 수집되는 것 외에 전력 레벨 변경도 자동된다. 각 이용자 미터 데이터는 중앙 정보 시스템이 실시간으로 항상 파악하고 있다. 이용자의 소비 전력 정보 통신시 암호화되며, 그것은 시스템에 불법 침입으로부터 개인 정보를 보호하고 있다. ERDF는 소비자 단체와 협의를 통해 에너지 규제위원회 (CRE : Commission de Regulation de l` Energie)의 설치 스마트 미터 실시 조건에 관한 작업 부회에 참가하고 전국 정보 기술 자유 위원 위원회 (CNIL)와 협력하여 이용자의 프라이버시를 침해하고 신뢰할 수 있는 시스템 조건 제작을 개발 중이다. (2) 린키 도입의 장점 ① 이용자 ? 실시간으로 전력 소비 데이터에 액세스할 수 있기 때문에 실제 소비량에 따른 전기 요금을 지불할 수있다 (현재 시스템에서는 추정 소비량에 따라 청구서를 작성되어 연 2 회 검침 후 추정 소비 양과 실제 소비의 전기 요금 조정이 행해지고 있다). 소비 지표, 요금 체계, 시간별 요금 체계, 전력 레벨 등의 데이터를 이용자 개인의 컴퓨터에 전송할 수있다. 또한 인터넷이나 휴대 전화로 일상 전력 소비 및 소비 추이를 체크할 수 있다. 전기의 과용 시 경고된다. ? 실시간으로 소비 전력이 확인하여 요금이 싼 시간대에 가전 제품을 사용하는 등 전기 사용을 관리할 수 있게 에너지 절약으로 이어진다. 이미 스마트 미터를 도입한 국가의 데이터에 따르면 5 ~ 15 %의 에너지 절약 효과가 있다. ? 서비스 시작 종료, 용량 변경, 요금 시스템 변경은 원격 조작할 수 있다. ? 태양 발전, 풍력 발전에 의해 발전되는 전력도 린키에 통합할 수 있다. ② 전력 공급 회사 ? 진짜 사용량에 따라 이용자의 원하는 간격으로 요금 청구할 수 있다. 각 이용자의 요구에 따라 옵션 제공이나 요금을 건의할 수 있다. 전력 소비량 데이터를 보다 정확하게 파악할 수 있다. ? 전기의 무단 사용을 줄일 수 있다. ③ 전력 생산자 ? 시간과 시간에 따른 전력 소비량이 정확하게 파악할 수 있으므로 그에 따라 생산을 관리할 수 있게 되어, 비용 감소된다. ? 린키 태양 에너지 발전 등을 결합할 수 있기 때문에 이러한 지속 가능한 발전이 쉬워진다. ④ 송배전 웹 관리자 ? 원하는 위치에 송배전 망을 충실하게, 그렇지 않은 곳은 줄이는 등 네트워크의 최적화를 가능하게 한다. ? 실시간으로 전력 공급의 질을 파악할 수 있기 때문에, 전압 레벨이나 정전 관리가 쉬워진다. ? 저압 배전 망의 고장 시 신속하게 대응할 수있다. ? 전력 이상을 감지하고 무단 사용을 적발하기 쉬워진다. ? 검침 서비스 시작 종료, 전기 용량 변경이 원격 조작으로 있기 때문에 인건비를 절약할 수 있다. ⑤ 지방 자치 단체 ? 배전 서비스의 질 향상 ? 기술 및 인프라 측면의 데이터를 한눈에 파악할 수 있다. (3) 린키 설치 실증 실험 2010 년 3 월 리옹 도시권에서 린키 도입 실험이 시작되었다. 실험 기간 2010 년 12 월 31 일까지 30 만대가 설치되었다. 제 1 단계는 스마트 미터 린키 설치 및 기능 (화면에 데이터 표시 등)을 확인하는 실증 실험이다. 제 2 단계는 허브와 중앙 정보 시스템과 커뮤니케이션, 데이터 처리 등이 제대로 작동하는 원격 작업 기능을 확인한다. 2010 년 10 월 시점의 ERDF의 보도 자료에 따르면 90 %의 이용자가 만족하고 있다. 2011 년 상반기에 정부가 전국에 보급을 결정하면 2016 년 12 월말까지 3,500 만대의 린키가 설치되게 된다. 2. 니스 지능형 지속 가능 도시 구상 오렌지 사 (Orange, 프랑스 텔레콤의 자회사인 인터넷, 휴대 전화 사업)의 "지속 가능한 도시 구상 (Ville Durable) 31를 바탕으로 회사와 니스 코트다쥐르 대도시 연합 (Communaute Urbaine Nice Cote d ` Azur)가 IT를 이용한 물이나 전기 등의 소비 효율 화나 대기 오염 모니터링을 실증 실험을 2007 년에 시작했다. 또한 2010 년 10 월 계획 제 2 단계에 대해 합의를 체결 지능형 지속 도시 구상을 계속하는 것을 확인했다. 32이 실험은 다음의 목적이 포함되어 있다. ? 센서 설치하여 소음, 자동차 교통량, 대기 오염 상태, 기상 정보 (자외선, 풍속, 기온), 물 소비 등 정보를 실시간으로 파악한다. ? 원격 조작으로 도로의 가로등과 공원 등 물의 소비를 컨트롤한다. 3. "에코 밸리 (ECOVALEE)"구상 좋은 대도시 협회, 알프스 마리띠모 (니스 현청 소재지) 및 바르 골짜기 (Vallee du Var)에 위치한 니스 국제 공항에서 북쪽으로 성장 지역과 니스 북부 지역은 2008 년에 국가에서 "에코 밸리 (ECOVALEE) "지정을 받았다. 재생 가능 에너지, 재활용 기술, 청정 자동차 도입 등 다양한 측면에서 지속 가능한 새로운 경제 개발의 실험장이다. ? TGV 노선, 트램웨이 등 깨끗한 교통 수단의 발전 ? 지속 가능한 개발의 규칙에 입각한 건축 ? 니스 국제 공항을 중심으로 한 새로운 상업 지구 개발, 도시 개발 (37 만 ㎡), 1 만 고용 창출 ? 농지와 자연을 저장 (지정 지역의 95 %에 해당) 4. EV 렌탈 서비스 "오토 파르 타쥬 (Auto - Partage)" 지능형 지속 가능 도시 구상의 일환으로 좋은 도시 지역은 2010 년 4 월에 국가와 EV 충전 인프라 정비에 대해서 헌장 36에 서명하고 EV 도입 실험을 할 것을 약속했다. 2011 년 3 월말에 서비스를 시작한다. 이 프로젝트는 다음과 같은 요소도 갖추고있다. ? 자전거 대여 서비스 Velo blEU : 2009 년 7 월에 시작, 현재 120 주차장에 1200 대의 자전거를 무인 대여 서비스 ? 공공 부문에서 EV 이용 : 전기 스쿠터 14 대, 피이 엉 데유 스트림 사 (Goupil Industrie) 업무용 차량 8 대, 관광 용 EV도 2011 년 6 월까지 6 대 구입 예정 ? 대중 교통 이용 촉진 방법 : 니스 시가지 주변에 자가용을 주차하고 시내에 가기 위해서는 대중 교통을 이용하는 사람을위한 전용 주차장 4 곳 (총 1200 대 수용)을 만들어 대중 교통 기관 요금을 포함하여 1 일 2 유로라는 저렴한 가격으로 빌려 준다. ? 저공해 자동차 인센티브: CO2 배출 제로 클린 자동차 (EV, 바이오 가스 차) 공공 주차장 요금은 무료. 5. 미오 (Premio) 계획 이 스마트 그리드 계획은 남프랑스 도시의 한 지역을 실험 지로 재생 가능 에너지 개발 이용하면서 그 지역의 전기 수요를 컨트롤하는 실증 실험 계획이다. 2010 년 6 월 실험이 시작되었다. 6. 푸아티에 투 샤항트 지역 지역의 재생 가능 에너지 계획 세고 플렌느 로얄 같은 지역 지역 의장 (사회당)의 강력한 이니셔티브하에 2004 년부터 에너지 절약과 신재생 에너지 생산의 2 개를 기둥과 재생 가능 에너지 촉진 방안을 추진하고있다. 지역 지역의 총 에너지 소비의 25 %를 재생 가능 에너지로 온실 가스 배출량을 2020 년까지 30 % 삭감하는 것을 목표로 하고 있다. (1) 태양 에너지 계획 지역 지역이 관리하는 모든 공공 시설 (93 고등학교와 지역 지역 기관, 2009 년 말까지 실시한 29 개교) 내에 있는 지자체 관리 건물, 기업, 농업 공동체 등의 건물에 태양 전지 패널의 설치를 촉진 하고 태양광 발전을 발전시킬 계획이다.2012 년까지 태양 전지 패널 60 만 ㎡, 65 메가 와트 피크 전력 출력을 목표로 4 억 유로를 투자. 유럽 투자 은행과 쿠레디아 글리콜 은행 대출 (2009 ~ 2012 년). 또한 2009 년 6 월에 제출한 ADEME와 지역 지역 기후 평가 기관 (AREC : Agence Regionale d` Evaluation Climat)에 의한 태양 전지 패널 설치 가능 장소 (주택, 농업 시설, 상공업 시설, 토지)의 조사 42 결과를 바탕으로 2015 년까지 총 출력 2.7 기가 와트 피크의 발전 용량이 있다고, 그것은 새로운 목표가 되었다. 2010 년 6 월까지 총 출력 23.7 메가 와트 피크 전기 생산은 26.1 기가 와트에 이르고 있다. (2) 포스트 가솔린 계획 ① 에너지 효율적인 건물 건설 15 ~ 20 %의 에너지 절약을 실현하는 새로운 공영 주택.2007 년도에 2,000 가구 분. 예산 100 만 유로. 목조의 에너지 절약 하우스를 짓는 사람에게 8,000 유로의 원조금. ② 도로의 교통량을 줄이고 철도 수송을 충실 지역 급행 열차 (TER)의 철도와 역 시설 정비에 1 억 유로. ③ 재생 가능 에너지의 발전 ADEME의 협력하에 에너지 폐기물 지속 가능한 개발 지역 지역 기금 (FRME3D : Fonds Regional pour la Maitrise de l` Energie, des Dechet et du Developpement Durable)을 창설하여 지방 자치 단체, 기업, 개인 재생 가능 에너지 설비 투자에 원조를한다. 2006 년도 지역 지역은 동 기금에 470 만 유로 공출. 2007 년 이후 지역 지역 우수 환경 기금 (FREE : Fonds Regional pour l` Excellence Environnementale)도 더해져, 자금도 2 배로 되었다. 이상 외에 바이오 연료의 개발과 이용, 난방에 바이오 연료 사용이 계획의 골자로 되어있다. (3) 지역 지역 우수 환경 기금 (FREE)에 의한 자금 지원과 인센티브 ADEME와 EU의 지원을 받아 대기 오염 감소, 재생 가능 에너지 개발, 폐기물 감소, 깨끗한 교통 수단에 관한 프로젝트에 대한 자금 지원과 인센티브를 위해 설립된 기금에서 다음과 같은 다양한 지원을 하고있다. ① 지방 자치 단체 기업 민간 단체를 대상 태양 전지판 등 재생 가능 에너지 생산 설비, 에너지 효율적인 건물 건설, 재생 가능 에너지에 의한 온수 난방 설비, 도로 조명의 에너지 절약, 깨끗한 교통 수단 (자전거 카 쉐어 링), 에코 산업, 도시 개발 등 다수 항목별로 지원 기준 및 지원 비율 또는 원조 상한 금액이 나와있다. ② 개인 대상 장작이나 태양열을 이용한 난로, 온수기, 태양 발전기 등의 다른 EV 구입도 원조가있다 (아래 표 참조). EV 구입 보조금은 가구 소득 제한 조건이 있다 (1 인 가구 연수입 3 만 2,003 유로, 4 인 가족 가구에서 9 만 6,010 유로). 7. 라 로셸시 EV 서비스를 포함한 스마트 시티 구상 대서양 연안의 라 로셸시 재생 가능 에너지 촉진에 힘을 푸아티에 투 샤항트 지역 내에있는 아름다운 중견 도시 (인구 약 8 만 명)이며, 프랑스에서 처음 시영의 EV 카 쉐어 링을 채용한 지자체이다. 시영 자전거, 태양 에너지를 이용한 "배 버스"(연락선) 등 일찍부터 재생 가능 에너지에 주목한 교통 수단의 개발에 주력하고 있다. 출처 : http://www.jetro.go.jp/world/europe/uk/reports/07000763

네덜란드의 전기자동차 계획

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네덜란드의 전기자동차 계획

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-06

네덜란드는 EV 보급에 유리한 조건이 갖추어져 있다. 첫 번째 요인으로 국토가 좁고, 주요 도시 간의 거리는 200 킬로미터 미만이다. 둘째, 최신 전력 네트워크가 네덜란드의 에너지 공급 사업자는 지속 가능한 에너지 분야에서 풍부한 경험과 실적을 가지고 있다. 셋째, 공공 - 민간 파트너십 실적이 많고 다양한 지자체가 EV 추진에 주력하고 있다. 넷째, EV 판매 회사가 국내에 많이 있다. 이러한 좋은 조건이 갖추어져 있기 때문에, EV 보급에 적합한 국가로 간주되고 있다. 그러나 실제로는 여론은 EV에 대해 호의적인 것은 아니다. 2010 년 신문사 "Algemeen Dagblad"의 조사에 따르면 대부분의 시민이 개인 EV 높은 금액을 지불 생각이 없다고 답했다. 또한 정부가 EV 보급을 위한 면세 등의 인센티브를 제공하고 있음에도 불구하고 2010 년 9 월 현재 국내에 150 대의 EV 밖에 존재하지 않는다. 따라서 정부는 산업계 및 지방 자치 단체와 협력하여 EV의 보급을 위한 프로젝트를 시작하고 있다. 인프라 환경부는 2020 년까지 20 만대의 EV를 도입하는 것을 목표로 하고 있다고 경제 판 데르 호 벤 경제 농업 혁신 장관은 네덜란드 EV 국제적인 실험장과 계획을 2010 년에 발표했다. (1) 국가 에너지 계획에서 전기 자동차의 위치 정부는 "에너지 혁신 아젠다 (Innovatieagenda Energie)"계획에서 국가 에너지 정책을 발표하고 있다. 재생 가능 에너지 이용, 에너지 효율 개선 및 CO2 배출 삭감을 목표로 하고 다음과 같은 구체적인 수치 목표를 설정하고 있다. ? 2010 년까지 1990 년 대비 CO2 배출량을 30 % 감소한다. ? 2020 년까지 총 에너지 사용량의 20 %를 재생 가능 에너지로 한다. ? 2011 년부터 2020 년 사이 매년 2 %의 에너지 효율 개선을 달성한다. 이 계획은 7 가지 주요 테마 (발전이나 건물에서 CO2 배출 삭감 등)을 세우고 있으며, 그 중 하나가 환경 친화적인 이동 수단, EV이다. 청정 에너지 및 청정 엔진을 이용해서 자동차의 CO2 배출을 대폭 삭감하는 것을 목표로 하고 있다. 장기 목표는 교통 분야 CO2 배출량을 현재의 3 분의 1로 줄일 것이며, 2020 년까지 유럽에서 가장 효율적인 교통 시스템을 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 2020 년까지의 구체적인 계획을 다음과 같이 명기하고 있다. ? EU보다 엄격한 CO2 배출량 기준을 설정하도록 추진한다. (EU는 2012 년까지 120g/km, 2020 년까지 95g/km로 인하하는 것을 목표로 하고 있지만, 네덜란드는 2020 년까지 80g/km까지 인하 요구) ? 2012 년 시점의 신차 에너지 효율은 18 %가 될 것으로 추산되고 있지만, 2020 년까지 에너지 효율을 30 %까지 개선한다. ? 버스는 에너지 효율을 현재보다 최소 20 % 개선한다. ? 바이오 연료 차량의 비율을 전체 교통 차량의 10 %까지 증가한다. (2010 년 : 5.75 %) ? 천연 가스, 바이오 가스 및 대체 바이오 연료 스탠드 국내 네트워크를 구축한다. ? EV 및 PHEV를 위한 스마트 그리드 네트워크를 구축한다. ? 에너지 효율적인 트럭 시장을 추진한다. 또한 동 계획의 있어서는 네덜란드의 EV 추진의 장애에 대해 다음과 같이 말하고 있다. ? 소비자의 환경 문제에 대한 관심은 높아지고 있지만, EV 시장은 개발이며, EV 종류가 아직 한정되어 있기 때문에 소비자는 차량 구입에 소극적이다. ? 네덜란드에는 개인용 자동차의 국내 업체가 없기 때문에 정부가 EV 혁신에 직접적으로 영향을 주는 방법은 한정되어 있다. 버스 및 트럭 시장 잠재력은 크지만, 동 분야에 대한 지식이 아직 한정되어 있기 때문에, 충분히 활용되고 있다고는 말하기 어렵다. ? 바이오 가스 및 수소를 수송을 위해 이용하기 위해서는 기본적인 인프라가 존재하지 않는다. 환경 친화적인 바이오 연료의 이용 추진이 부족하다. 또한 환경 친화적인 교통 수단을 추진하기 위한 노력에 관해서도 다음과 같이 말하고 있다. ㆍ 천연 가스 및 지속 가능한 연료를 이용한 수송을 가능하게 하기 위해 인프라 정비에 초점을 맞춘 프로그램을 시작한다. 바이오 연료의 스탠드 설치를 목적으로 특별 보조금이 할당된다. ㆍ 정부는 보다 환경 친화적인 차량을 회사 차량으로 도입하는 것을 검토한다. 도시의 EV와 지속 가능한 연료의 사용을 촉진한다. ? 환경 친화적인 버스를 이용한 혁신 프로그램을 계속한다. 도시에서 깨끗하고 환경 친화적인 트랙 (미래의 트랙이라고 함)을 실제로 선보이기 위해 실시되고 있다. ㆍ 대규모 실험 및 연구 개발을 수행하기 위해 EU 국가 및 기업과 제휴하여 연료 전지 및 수소 기술의 공동 연구 이니셔티브 (Joint Technology Initiative Fuel Cell and Hydrogen)를 시작한다. ? 지능형 교통 시스템 (ITS)를 위한 표준 제정을 고무시키기 위한 지능형 자동차를 추진한다. ? 지속 가능한 차량을 촉진하기 위해 안정적으로 지속적인 경제적인 인센티브 제도를 만들고 정확한 정보를 제공하도록 한다. ? 스키폴 공항과 정부는 공항을 보다 환경 친화적인 것으로 하기 위해 협력한다. (2) 전기 자동차에 대한 국가 전략 개요와 구체적인 보급 일정과 구체적인 방법 현재 EV에 대한 종합적인 국가 전략 계획은 존재하지 않는다. 중앙 정부는 몇 가지 프로젝트를 시작하고 면세 형태로 인센티브를 제공하고 있지만, 시민과 지방 자치 단체가, EV 대해 문의 수 있도록 기관 및 창구는 현재 존재하고 있지 않다. ① E 이동성 행동 계획 국가 전략 계획에 가장 가까운 것으로, E 이동성 행동 계획이 있다. 2009 년 7 월 3 일 계획이 결정되고 다음 12 단계로 이루어져 있다. 1. 포뮬러 E 팀의 설립. 2. 대규모 실험 프로그램의 시작. 3. 면세 제도 및 EV 정책에 대해 알기 쉽게 홍보를 실시한다. 4. 실증 실험을 추진한다. 5. 틈새 시장을 노려, 시장에서 지명도 있는 단체와 협력한다. 6. 새로운 참가자를 모은다. 7. 소비자의 관점에서 생각하고 소비자에게 제도를 고지한다. 8. EV 시장의 투자 효율을 개선한다. 9. 기존의 인프라를 EV에 적응시킨다. 10. 관계자 모두가 EV 도입 준비가 되어 있는지 확인한다. 11. 지속 가능한 전력을 사용한다. 12. 유럽의 규제를 활용한다. 이 계획의 최종 목표는 2020 년까지 국내에서 100 만대의 EV를 보급하는 것이며, 목표를 달성하기 위해 각 단계가 설치되어 있다. 2009 년부터 2010 년 기간은 실증 실험이 실시된다. 2013 년부터 2017 년 기간은 기업의 EV의 활용을 추진하기로 하고, 2017 년부터 2020 년 기간에는 EV가 일반 소비자에게 널리 유통하도록 지원할 예정되어 있다. ② 포뮬러 E 팀 (Formula E - Team) 포뮬러 E 팀은 E 이동성 행동 계획의 일부로, 첫번째 단계이다. 관계 부처, 지방 자치 단체, 산업계, 시민 단체 및 전문가의 멤버로 구성되어있다. 네트워크 오퍼레이터 (Netbeheer Nederland) 및 에너지 공급 업체 (Energie - Nederland)도 기업의 대표로서 2011 년 2 월부터 참여하고 있다. EV 보급을 위한 향후 과제로, 충전 스탠드 정비를 올리고 있으며 국내 전역에서 충전 스탠드의 설치를 추진하고 있다. 충전 스탠드, 암스테르담, 로테르담, 위트 레흐트, 북쪽 블랑 번트 국가를 포함하여 적어도 10 개 지역에 설치될 예정이다. EV 사용자는 이용자 카드를 보유하고, 충전 스탠드를 이용한다. 충전 스탠드의 수를 늘리고, EV의 이용을 촉진하여 네덜란드 국제적인 EV 산업의 실험 시장에 있는 것은 아닐까 기대되고 있다. 또한 연구팀은 EV의 안전성, 차량의 능력, 인프라, 전지의 개선에 대해서도 노력을 하고있다. 앞으로 몇 년 이내에 기업 및 일반 사용자가 EV를 구입하여 안심하고 운전할 수 있도록 해야 다음과 같은 구체적인 목표를 내걸고 있다. a. 안전 ? 구급대 충돌 복구 시스템 (crash recovery system87)에 EV 차체 정보 등록 ? EV 및 하이브리드 자동차의 정비 및 수리에 대한 교육 과정 ? 기존 자동차를 EV로 개조하기 위한 기술적 요구 사항 및 정기적인 자동차 안전 검사 b. 인프라 ? 급속 충전 스탠드의 정비 ? 충전 스탠드 및 요금 지불기를 누구나 사용할 수 있도록 디자인하는 것이 c. 전지 ? 효율적이고 지속 가능한 재활용 및 다시 재활용 d. 자동차 ? 정부가 외국 자동차 제조 업체와 전지 제조 업체에 적극적으로 움직이고, EV의 안정 공급을 도모 ? 중앙 정부, EV에 대한 재정 지원 ? EV 수요에 대응하기 위해 업체 간의 협력 (EV 공급을 위한 네덜란드 기업 연합체 (DC - TEC) 등의 협력을 요청하는) e. 국제화 ? 이웃과 충전 인프라 공유를 위한 국제 협력 ? 국제적인 연구 개발 및 실증 실험 참여 ③ 면세 및 보조금 제도 a. 면세 제도 다른 북유럽 국가들과 비교하면 네덜란드 EV 구입 대수는 적게, 2010 년에는 83 대의 EV가 구입한 뿐이었다. 2011 년 신형 EV 및 PHEV가 시장에 투입되고 있으며, EV 구입을 촉진하기 위해 다양한 면세 조치가 취해지고 있다. ? 업무용 EV 투자에 대한 면세 기업이 EV를 구입한 경우 연간 구입 비용의 최대 28 %를 투자 과세 대상에서 면제하는 것이다. 최근까지 개인 EV이 공제에서 제외되어 있었지만, EV를 포함 저연비 저배출 자동차에 대해서는 공제가 적용되게 되었다. ? 환경 투자 공제 (MIA) 이 제도는 친환경 기술에 대한 투자가 대상이 대상 투자는 Agentschap NL (경제 농업 혁신성에 속하는 행정 기관)가 매년 발간하는 목록에 게재되어있다. EV는 F5070라는 코드 목록에 게재되어 있으며, 2011 년도에는 연간 구입 비용의 36 %를 투자 과세 대상에서 면제된다. 공제를 받기 위해서는 CO2 배출량이 1km 당 50g 미만의 차량을 구입하고 구입 후 3 개월 이내에 세금 관세청 (Tax and Customs Administration)에 신청하여야 한다. ? 도로 세나 자동차 등록세 (BPM)의 면제 EV는 자동차 등록세 90 (BPM) 및 도로 세금 등 세금이 면제되고 있다. 그러나 EV 에너지 세가 부과되고있다 있으며 전기 사용량 1kWh 당 과세되지만, 과세 액은 휘발유에 대한 세금 56 % 정도의 금액 밖에 지나지 않는다. b. 구매 보조금 제도 정부는 2009 년 6,500 만 유로를 기부하고 EV 구입 보조금 제도를 발표했다. 네덜란드 시장에 EV의 도입을 가속시켜 자국을 EV 국제적인 실험장으로 자리매김 생각에서 EV 부품의 주요 공급 업체가 네덜란드 기업인을 활용하려고 하고 있다. EV를 구입한 기업은 평균적으로 1 개 당 8,000 유로의 보조금이 지급된다. 이러한 재정적 지원 외에도 여러 지자체는 EV의 구입 비용의 일부를 보조하려고 검토하고 있다. ④ 연구 개발 및 실증 실험 a. EV 실험 지역 계획 (Electric Vehicle Testing project) 2010 년 전력 배급 차나 전기 쓰레기 수거 차량을 이용한 실험 등 9 개의 프로젝트가 시작되고 있다. 이 프로젝트는 EV 실험 지역 계획의 일부이며, 인프라 환경부에서 총 1,000 만 유로의 보조금을 주어진다. 이 프로젝트 참여 기업 및 참가자는, 제조 업체, 자동차 수입 회사, 에너지 연료 공급 업체, 자동차 사용자 등 다방면에 걸쳐있다. 정부는 EV의 모든 관계자가 프로젝트에 참여하여 귀중한 지식을 얻을 수 있다고 생각하고 있기 때문에 관계자가 협력하여 프로젝트를 추진하고 있다. 프로젝트를 통해 EV의 기술적 측면이나 사용자에 미치는 영향, 정부의 대응 방식에 대한 중요한 지식을 얻을 수 있을 것으로 기대되고 있다. 어떤 기술이 대규모로 적용할 수 있는지 기술적인 전망을 파악 수 있기 때문에, 수집된 정보는 향후 정책 수립에 활용된다. b. 정부 EV 활용 실험 2011 년 1 월, 인프라 환경부에 의해 구입이 예정되어있는 26 대의 EV 중 첫 6 대가 구입한 95 2015 년까지 교육부가 소유하는 차량의 4 분의 1 EV 하는 것을 계획하고 있다. 처음 6 대의 EV는 정부의 EV 활용 실험의 일환이다. EV의 실용 가능성 및 경제적인 영향에 대해 많은 정보를 수집된다고 생각되고 있다. 경제적인 영향과 환경 영향 조사된다.그리고 대규모 도입을 위한 가장 유망한 모델을 결정하고, 프로젝트의 성공 요인에 대해 연구한다. 이 실험은 24 대의 EV 및 2 대의 PHEV로 구성된 총 26 대의 EV를 사용하여 수행된다. 사용되는 24 대의 EV는 다음과 같다. ? 6 개의 미쓰비시 i - MIEV 모델 ? 6 개의 푸조 iOn 모델 ? 12 대의 닛산 LEAF 모델 인프라 환경부는 처음 EV 6 대를 플레볼란트 주와 위트 레흐트 주에 제공할 예정이다. 앞으로는 실험 범위를 넓히기 위해 다른 기관 및 단체에 제공될 예정이다. 네덜란드 응용 과학 연구기구 (TNO) 프로젝트를 실시하고, 인프라 환경부가 프로젝트 관리를 하고 있다. 또한, 네덜란드 왕립 투어링 클럽 (ANWB)가 기술적인 지원을 하고 있다. c. 하이테크 자동차 시스템 혁신 프로그램 (HTAS - High - Tech Automotive Systems) 경제부는 2010 년 첨단 자동차 시스템 혁신 프로그램에 1,500 만 유로의 예산을 할당했다. 그 목적은 네덜란드 자동차 산업의 강점을 형성하고 강화하기 위한 것이다. 참여 기업은 동 프로그램을 유럽의 자동차 기술 분야의 첨단 혁신 프로그램의 하나로 싶다고 생각하고 있으며, 다음과 같은 목표를 내걸고 있다. 트랙의 연비를 20 % 향상, CO2 배출량을 20 % 감소한다. (3) 지방 자치 단체의 EV 보급 전략 또한 국가 계획에 함께하지 않는 지방 정부 자체의 노력 EV의 추진에 대해서는 중앙 정부보다 지방 자치 단체와 민간 단체의 노력이 선행하고 있다. 네덜란드의 25개의 큰 지자체 중 16 개 자치 단체가, EV 추진에 적극적으로 임하고 있다. 또한 지자체간에 정보를 공유하고 연계와 협력을 강화할 필요성이 있지만, 중앙 정부에 EV 분야를 전임으로 담당하는 부서는 현재 존재하지 않기 때문에 문제시되고 있다. ① 지방 정부 2009 년, 암스테르담시는 Electric Transport라는 프로젝트를 시작했다. 이 프로젝트의 기둥으로서 다음과 같은 시책이 있다. ? 초기 EV 구매자에 대한 무료 주차 및 에너지 공급. ? 암스테르담에 본사를 둔 유통 회사에 대한 전기 트럭 구입을 위한 보조금 제공. ? 기업에 대한 인센티브 제도. ? 20 대의 EV를 구입하여 암스테르담 자신이 초기 사용자가 되는 것. ? 국내 및 국제적 수준에서 협력 프로젝트의 목표는 2015 년까지 1 만대의 EV를 도입하기 위한 것이다. 입찰 결과 에너지 회사 Nuon 및 Liander가, 충전 스탠드의 설치를 담당하고 있으며, 2010 년 3 월, 암스테르담에 40의 충전 스탠드가 설치되었다. ② 민간 기업 a. Enexis 사의 Mobile Smart Grid 에너지 공급 업체의 Enexis은 대규모 EV의 보급을 이용한 에너지 구상의 실현을 목표로 Mobile Smart Grid 계획을 2008 년 6 월에 발표했다. Smart Grid는 다음에 초점을 맞추고 있다. ? EV 지속 가능한 전력으로 충전한다. EV 사용자는 언제, 얼마나, 얼마나 자주 충전할 필요가 있는지 정보를 수집하고 그 수요가 충족되도록 한다. ? 전지의 축전 용량을 늘려 풍력 및 태양광을 최대한 활용한다. ? 전력망 더욱 활용. 현재는 하루 중 한정된 시간 밖에 사용되지 않는다. ? 지능형 과금 시스템. EV 사용자는 충전 스탠드의 이용 장소에 관계없이 청구서를 받을 수 있게 된다. b. Electric Cars Europe 네덜란드 기업 연합체는 Electric Cars Europe라는 이름으로, 네덜란드의 EV의 보급을 가속시키기 위해 연구 지원을 할 수를 2008 년 6 월 결정했다. 목표는 2025 년까지 국내에서 이용되고 있는 차량의 26 %를 전기 엔진을 이용하는 하는 것이 포함되어 있다. 계획은 여러 단계에서 이루어져있다. 첫 단계는 제휴 회사인 Innosys Engineering와 협력하여 로터스 사의 Elise 모델을 EV 개조한다. 두 번째 단계에서는 폭스바겐의 Golf를 EV로 개조한다. 동 계획은 위의 Mobile Smart Grid의 일환으로 실시되고 있다. 충전 위치에 관계없이 사용자에게 함께 청구되는 구조가 만들어졌다. 사용자의 이용 상황을 추적 조사하여 개인용 EV를보다 편리하게 하는 것을 목적으로 하고 있다. 출처 : http://www.jetro.go.jp/world/europe/reports/07000740

차세대 자동차의 전지 시장 조사

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차세대 자동차의 전지 시장 조사

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-09

-2020 년 예측 - ◆ 차세대 자동차용 전지 시장은 1 조 7,000 억엔 (2011 년 대비 : 8.8 배) ◆ PHV 전용은 7,500 억 엔, HV 용 EV 전용은 각각 4,500 억 원 이상으로 ◆ 자동차 수송 기기 분야 차세대 자동차는 하이브리드 자동차 (HV), 플러그인 하이브리드 자동차 (PHV), 전기 자동차 (EV), 연료 전지 자동차 (FCV)을 대상으로 하고 있다. 현재는 도요타 자동차와 혼다가 시장을 견인하는 HV가 시장의 95 %를 차지하고 있다. 향후 PHV ? EV의 투입이나 보급이 진행되어 시장 확대와 함께 HV의 점유율은 하락할 것으로 예상되지만, 2020년에도 80 % 미만을 차지할 것으로 보인다. 2012년 이후 본격적인 시장 형성이 진행된 PHV와 EV는 환경 규제 강화 및 설치 보조 제도 등을 배경으로 대폭적인 시장 확대가 전망된다. 특히 PHV의 성장이 전망되어 2011년에는 1 %에도 미치지 못하는 점유율이 2020년에는 15 %로 상승할 것으로 보인다. 기타 수송 장비는 전동 오토바이, 전동 자전거 등을 대상으로 하고있다. 현재 시장의 95% 정도를 전동 오토바이가 차지하고 있다. 생산 ? 판매 지역 모두 중국이 시장의 대부분을 차지하고 있지만, 앞으로는 경제 성장이 현저한 아시아 국가의 보급도 진행중이다. 일본 및 유럽에서는 건강 지향 및 친환경 의식이 높아져 전동 자전거의 보급이 진행되고 있다. 차세대 자동차용 축전 디바이스 시장은 2012년 이후 급성장 할 것으로 전망된다. 기타 수송 기기 축전 디바이스 시장은 응용 제품 시장에서 대부분을 차지하는 전동 오토바이의 구성비가 높다. 이 제품에 채용되는 것은 저렴한 납전지가 주류이지만 향후 제품 시장 확대와 리튬 이온 배터리의 채용 등에 의해 축전 디바이스 시장이 확대될 것으로 보인다. 전체 구성비로는 2011 년 40%를 전동 오토바이용이 차지하고, HV용이나 EV전용이 20% 정도를 차지한다. 2020년, 전동 오토바이용은 15% 정도로 하락하고 HV ? EV 전용은 보합세가 전망되며, PHV 전용이 30% 이상이 될 것으로 예측된다. <조사 결과 요약> ◆ 주요 제품과 축전 디바이스의 동향 1. 하이브리드 자동차 (HV) ◇ 세계 생산 대수 【2011년 예상 91.7 만대 / 2020년 예측 555.7 만대 (11 년 대비 606.0 %)】 HV 시장은 도요타 자동차 `프리우스`와 혼다 `인사이트`가 견인하고 있으며, 2011년 생산 대수의 80 %를 일본에서 생산하고 있다. 판매는 일본 외에 미국에서도 진행되고 있으며, 일본에서 수출 비중이 높다. 2015년 이후에는 세계적인 연비 규제 강화 등을 배경으로 세계 각 자동차 메이커의 라인업이 강화되어 일본과 유럽의 각 지역에서 생산 판매가 진행될 것으로 예측된다. 축전 디바이스는 현재에서 "프리우스" "인사이트"에 채용되고 있는 니켈 수소 전지가 중심이지만, 일본 국내외 제조 업체에서 이미 리튬 이온 배터리 채용이 시작되고 있다. 그러나 비용 및 각종 성능을 중시하는 경우 등 차종에 따라 탑재되는 배터리가 선정되므로 앞으로도 니켈 수소 수요는 지속될 것으로 보인다. PHV와 EV가 본격 투입되는 2015 년 전후에는 리튬 이온 전지의 양산 효과에 의한 비용 절감으로 인해 HV의 리튬 이온 배터리의 채용 확대가 예측된다. 2. 플러그인 하이브리드 자동차 (PHV) ◇ 세계 생산 대수 【2011년 예상 6,900 대 / 2020년 예측 110 만대 (11 년 대비 15942.0 %)】 PHV 시장은 2010년 말 General Motors "Volt"일반 발매가 시작 되었으며 2011년에 크게 확대될 것으로 전망된다. 2012년 이후 자동차, 혼다, Daimler, Ford Motor 등이 제품 출시를 계획하고 있다. 2012 년 미국 캘리포니아의 ZEV 규제와 세계 각국의 연비 규제 강화로 인하여 시장 확대가 예측된다. 특히 미국에서는 PHV 개발을 국가 프로젝트로 추진해 오고 있기 때문에 시장을 견인할 것으로 보인다. 축전 장치는 리튬 이온 전지가 주류이다. 시제품 등에서는 니켈 수소 전지에도 채용되고 있었지만, 양산 모델은 리튬 이온 배터리가 채용되고 있다. PHV용 전지는 EV용으로 사용 가능한 것이나 HV용에서 전용한 것도 있어, 연동하여 가격이 하락될 전망이다. 따라서 PHV 시장의 확대와 함께 축전 디바이스 시장 확대로 인한 배터리 비용 감소가 진행하여 PHV 시장보다 장치 시장의 성장은 둔화될 것으로 보인다. 또한 제품 가격에서 차지하는 전지 비용 비율은 2011년 50 % 미만이 전망되지만, 2020년에는 30 % 미만이 될 것으로 예측된다. 3. 전기 자동차 (EV) ◇ 세계 생산 대수 【2011년 예상 39,400 대 / 2020년 예측 38.3 만대 (11년 대비 972.1 %)】 EV 시장은 미츠비시 자동차 공업 "아이미브 `에 이어 2010 년 말 닛산 자동차 "리프" 양산을 시작으로 2011년에 급성장 할 것으로 전망된다. 일본 기업이 출시가 앞섰기 때문에 생산 대수 중 80 % 가까이는 일본에서 생산되고 있다. 판매는 일본 외에도 미국에서도 진행되고 있다. 향후 다른 자동차 메이커로부터도 EV가 투입되어 시장은 확대될 것으로 예측되지만 현재의 리튬 이온 배터리 기술을 기반한 EV 개발, 주행 거리와 급속 충전에 의한 전지 열화 등 과제가 많아, 2020년까지는 주행 거리가 제한된 컴퓨터 카 등 한정적인 수요 창출이 커질 것으로 전망된다. 축전 장치는 리튬 이온 전지가 주류이다. EV용 전지 제조 업체가 난립하고 있으며, 각국에서 전지 공장 건설 계획이 잇따르고 있다. 따라서 전지 메이커 간의 경쟁이 격화되어 배터리 비용은 급격히 감소하고 있다. EV 시장의 확대와 함께 축전 디바이스 시장도 확대로 인한 배터리 비용 감소가 진행하여 EV 시장보다 장치 시장의 성장은 둔화될 것으로 보인다. 4. 전동 오토바이 ◇ 세계 생산 대수 【2011년 예상 3,274 만대 / 2020년 예측 5,645 만대 (11 년 대비 172.4 %)】 전동 오토바이는 전기 모터를 이용해 주행하는 오토바이를 대상으로 하고 있다. 현재 시장은 생산, 판매 모두 중국이 대부분을 차지하고 있으며, 그 이외의 지역에서는 거의 시장은 형성되지 않는다. 중국에서는 기존 해안 도시가 시장의 중심 이었지만, "가전 하향" 정책 실시로 인해 내륙 농촌 보급이 진행되고 있다. 이 보조금 정책은 2013년 1월까지 지속 예정이기 때문에 2012년까지 두 자리 가까운 성장이 전망되지만, 2013년 이후에는 성장이 둔화될 것으로 예측된다. 일본에서는 도로 교통법에서 원동기 부착 자전거에 준한 규제가 부과된다. 주로 중소 제조 업체 및 해외 제품을 취급하는 수입 판매 기업에 의해 시장이 형성되고 있으며, 일본의 주요 제조 업체 판매는 2012 년 이후가 될 것으로 보인다. 축전 디바이스는 납 전지의 채용이 주류이다. 최근 중국에서 리튬 이온 전지가 대량 생산 전지 가격이 하락하고 있지만 현재 도입이 진행되고 있는 중국 농촌에서는 노면 상황이 좋지 않아 배터리 소모가 심한 때문에 앞으로는 고용량 리튬 이온 배터리를 채용한 제품 비율이 상승하는 것으로 전망된다. 2013년에 예정되어있는 "가전 하향" 정책의 종료에 따라 중국 기업의 아시아 시장에 더욱 제품 전개가 예측된다. 아시아 수출을 위해 리튬 이온 배터리를 탑재한 전동 오토바이의 생산이 증가되어 2013년 이후 리튬 이온 전지 시장은 더욱 확대될 전망이다. 현재 가솔린 엔진 오토바이가 대중적 인도 인도네시아 태국 베트남 등 아시아 국가들이 유망한 것으로 보인다. 출처 : http://www.group.fuji-keizai.co.jp/press00.html

덴마크의 전기자동차 보급 계획

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덴마크의 전기자동차 보급 계획

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-12

덴마크는 유럽에서 최초로 EV를 도입한 국가 중 하나이다. 덴마크 최초의 국산 소형 EV 인 "Ellert"는 1987 년에 El - TransA / S에서 엔지니어 스팅 V ? 젠슨 씨에 의해 개발되었다. 자금 부족과 기술적인 문제에 직면하여 Ellert 생산은 1995 년 독일 CityCom AG로 이전되었다. Ellert는 5,000대가 판매되어 당시 가장 팔린 EV의 하나가 되었다. 처음 대량 생산된 Kewet 모델은 쿠웨토 공장에서 생산됐다. "Kewet”에 대해 정부가 실시한 지원은 시제품 생산에 대한 기술청 자금뿐이었다. 니카드 전지를 이용한 초기 EV에서 특히 문제가 생겼기 때문에 그 결함이 해결된 후에도 덴마크 국민 사이에서는 EV에 대해 부정적인 인상이 남았다. 최근 EV에 대한 관심이 높아지고 있음에도 불구하고 판매 대수는 여전히 침체되고 있다. 2010 년 덴마크 국내 판매 대수는 전년도와 비교하여 28 대 적은 50 대였다. 결과적으로 EV 개인 등록 건수는 270 대를 기록했다. 반면, 덴마크 자동차 수입 협회에 따르면, 같은 해 15 만 3,512 대의 가솔린 및 디젤 차량이 덴마크 국내에서 판매된 기존 차량의 총 대수는 216 만 3,118 대를 기록했다. 현재 도로 교통 분야는 덴마크 국내 에너지 소비량의 약 20 %, CO2 배출량의 약 25 %를 차지한다. 덴마크는 재생 가능 에너지 분야에서 선두를 달리고 있지만, 화석 연료를 일절 사용하지 않고 하겠다는 정부 목표 달성은 아직 묘연한 이야기이다. 정책 입안자는 EV의 가능성에 눈을 돌리게 되고, 최근에는 기존의 내연 기관 자동차 대신 친환경 EV에 대한 국민의 관심도 돌아오고 있다. 하지만 이 방향성이 정치적 결의와 공적 지원에 의해 지원되고 있는지 여부는 현재 알 수 있다. 덴마크에서는 다양한 국가 프로젝트 및 국제 프로젝트가 기업 투자에 의해 실시되고 있다. 이 프로젝트의 성과는 덴마크와 유럽의 새로운 기술의 가능성 및 향후 EV 시장을 위한 시금석이 된다. (1) 국가 에너지 대강 또는 그것에 준하는 계획에서 전기 자동차의 위치 현재 운수 부문의 석유 소비는 덴마크 전체 소비의 약 60 %를 차지하고 있다. 석유 및 가솔린 공급이 고갈되고 있는 가운데, 국제 시장의 석유 가격은 변동적이고, 재생 가능 에너지로의 전환은, 덴마크의 정책 입안자들에게 점점 더 매력적인 것이다. 공중 위생에 대한 논의도 재생 가능 에너지 추진에 영향을 주고 있다. 여러 연구에 따르면 덴마크에서는 매년 3,400 명이 주로 자동차에 기인한 대기 오염으로 인한 질병으로 사망하고 있다. 따라서 “Danish Regions"는 미래의 교통 계획에서 환경을 배려한 결정하는 것을 권하고 있다. 지속 가능성은 덴마크의 주요 관심사이며, 2008년 12월 EU가 새로운 기후에 대한 합의를 통과했을 때, 덴마크는 대담하고 구속력 강한 목표를 표명했다. 이것은 2020년까지 전체 에너지 소비량의 30%를 재생 가능 에너지로 또한 운수 부문의 에너지 소비량의 10 %를 재생 가능 에너지로 하는 것이다. 정부는 운수 부문에 대해 2020 년까지 1,500 억 크로네 이상 투자를 약속하고 있으며, 이들은 주로 대중 교통에 소비된다. 이러한 목표는 2050 년까지 덴마크의 화석 연료 소비를 완전히 없앤다는 장기적인 정부 목표를 향한 중요한 단계이다. 이 대담한 목표를 달성하기 위해 정부는 풍력과 같은 기존의 재생 가능 에너지원의 확충을 계획하고 있다. 덴마크는 이미 풍력 발전에서는 선진국이며, 현재는 전체 에너지 공급의 풍력 발전이 차지하는 비율이 20 %에 도달할 전망이다. 이 숫자는 2020년까지 30 %에 달할 것으로 예상되며 다음 몇 년 동안 풍력 발전의 비율은 50 % 이상 증가할 것으로 기대되고있다. 정부는 풍력 터빈 계획을 1997 년부터 개정하기로 결정하고 새로운 풍차를 도입하는 데 적합한 지역을 조사하기 위한 위원회를 설립했다. 위원회 보고서는 특히 해상 풍력 발전의 가능성에 초점을 맞추고 있으며, 계산에 의하면, 4,600 MW의 전력을 공급할 수 있게 될 전망이다. 이것은 1년간 약 18TWh의 발전을 가능하게 하고 덴마크의 에너지 소비량 전체의 8 %에 해당한다. 또한 덴마크 전력 소비의 50 %에 해당한다. 풍력 발전의 확대는 기존 에너지 시스템의 구조 및 관리에 난제를 가져올 것이다. 풍력에 의한 발전량의 변동을 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 에너지 시스템에 지금까지 이상의 유연성이 요구되고 있다. 이 구상에서 EV는 중요한 요소로 지적되고 있다. 지능형 네트워크, 즉 스마트 그리드를 이용하는 것으로, EV는 전력 시스템과 정보를 교환하고 부하가 큰 시간대에 전력망을 지원할 수 있다. 이렇게 하여 EV는 재생 가능 에너지 생산을 보조하는 것이 가능하다. 운수 부문에서는 EV는 기존 자동차에 비해 에너지를 보다 효율적으로 활용하고, 대기 오염을 일으키는 원인이 없기 때문에 CO2 배출에 대해서도 직접적인 메리트가 있다. 덴마크 에너지 보고서는 정부의 에너지 목표에서 EV의 공헌에 대해 분석하고 있다. EV는 정부의 녹색 구상 여러 중요한 공헌을 할 수 있다. 이들은 화석 연료에 대한 의존 및 소비 감소, 에너지 효율 향상, 풍력을 포함한 재생 가능 에너지 생산 확대에 기여한다. (2) 전기 자동차에 대한 국가 전략 개요와 구체적인 보급 일정과 방법 현재 덴마크는 EV에 대한 종합적인 국가 전략은 존재하지 않는다. 정부는 다양한 프로젝트를 지원하고 면세 형태로 인센티브를 제공하고 있다. 그러나 종합적인 계획은커녕 구체적인 일정조차도 있지 않다. 현재 인프라 개발은 EV의 오퍼레이터, 지방 자치 단체, 민간 단체 간의 협력 또는 경쟁에 의해 수행되고 있다. 지금까지 150개 충전 스탠드가 직장, 공공 주차장 및 도로 옆에 설치되었지만 일반적으로 이용이 가능한 스탠드는 100개 뿐이다. 인프라 기능과 EV 도입의 성공을 좌우하는 것이며, 수입 업자는 인프라에 대한 정부 보증을 오랫동안 요구 해왔다. 따라서 EV 인프라에 대한 투자 필요성을 평가하기 위한 회의가 기후 에너지부에 의해 시작되었다. 2011년 1월 20일에 발표된 이 회의 보고서는 2015 년 시점에서 예상되는 1만 5,000대의 EV 위해 1,000에서 2,000의 충전 스탠드가 필요하다고 결론을 내렸다. EV의 배터리를 6시간에서 9시간 충전 할 수 있는 새로운 충전 스탠드 하나 당 비용은 4 만 ~ 8 만 크로네로 추정되며, 총 약 1억 크로네의 투자 필요성을 나타내고 있다. 향후 몇 년 동안, EV의 대수가 증가함에 따라 그 비용도 증가할 것으로 예상되고 있다. 보고서는 국가 전략의 내용에 관계없이 민간 투자를 보호하기 위해 인프라에 대한 정부 지원의 필요성을 강조하고 있다. 보고서 발표 당초, 약 1 억 크로네 투자의 필요성에 대해 정부의 원조 규모와 위험에 대한 우려를 표명하고 민간 투자야말로 필요로 하는 인프라의 추진력이 되어야 한다고 말했다. ① 면세 및 기타 사용자를 위한 인센티브 덴마크에서는 이미 EV를 대상으로 한 여러 인센티브가 정부에 의해 도입되고 있다. 주목할만한 것으로는 1983년부터 3년간 배터리를 사용한 EV 자동차 등록비 면제이다. 이 면제 제도가 종료된 1991년 이후에도 이 제도는 여러 차례에 걸쳐 검토되고 연장되어왔다. 일반적으로 이러한 검토는 3년에 1번씩 열렸다. 2010년 2월 최신 검토가 실시되고, 덴마크 정부는 이러한 면제를 2015년까지 연장하는 것으로 투자자를 재보증하고 국제적인 주목을 모았다. 기존 자동차에 대한 자동차 등록 비용은 구입 가격의 180 %에 달하는 때문에 이 면제 제도는 소비자에게 EV를 구입하는 인센티브를 주고 결과적으로 투자에 연결된다. 면제 제도를 2015년까지 연장하는 결정은 2011년까지 신차 판매 대수의 약 4.2% 인 3만 대의 EV를 도입하겠다는 계산에 따른 것이다. ② 지원 프로그램 및 보조금 EV에 대한 지원 프로그램은 2020년까지 CO2 배출량을 감축하겠다는 정부의 에너지 정책 합의 결과 설립되었다 .2008년에 발행된 정책 보고서 "녹색 교통 정책 (En grøn Transportpolitik)"는 정부는 이후 4년간 구체적인 교통 이니셔티브 및 새로운 기술 개발을 위해 2 억 8,400 만 크로네를 지원하고 있다. 이 계획의 일환으로 EV의 활용을 포함한 운수 부문의 에너지 효율 향상 솔루션을 추진하기 위해 2009년에, 녹색 교통 센터 (Center for Green Transport)가 덴마크 도로 안전 교통 (Road Safety and Transport Agency)에 의해 설립되었다. 이 센터는 기업 및 지방 자치 단체와 연계, 연구 개발에 사용되는 2 억 크로네의 자금을 관리한다. 게다가 정부는 EV를 대상으로 한 시험 차량 프로그램에 대해 5 년간 3,500 만 크로네를 기부했다. 출처 : http://www.jetro.go.jp/world/europe/reports/07000740

독일의 전기자동차 보급 계획

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독일의 전기자동차 보급 계획

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2011-12-12

(1) 국가 에너지 계획에서 전기 자동차의 위치 독일은 EU가 2006년에 채택한 에너지 지침 (2006/32/EC) 및 에너지 효율 행동 계획을 바탕으로 2008 년부터 2012년 사이에 온실 가스 배출량을 1990년 대비 21 %감소하는 것을 표명하고 있다. 2010 년 환경 보고서 (2010 년 11 월 30 일 국회에서 발표)에 따르면 독일이 내건 1990 년 대비 21% 절감 목표 달성은 가능하며, 이미 2009년 말 25% 절감하고 있다고 보도했다. 따라서 정부는 또한 2012년 이후의 포괄적이고 법적 구속력이 있는 기후 보호 프로그램 작성에 임하고 있다. ① 에너지 개념 연방 환경청은 장기적인 에너지 개념을 정의했다. 온실 가스 배출량을 줄이는 동시에 경제 및 고용에 큰 기회를 이끌어내는 것을 목적으로 하고 있다. 그 중에서 특히 EV 정책에 관해서는 다음과 같이 명기하고 있다. ? 독일의 EV 보급 수를 2020 년까지 100 만대, 2030 년까지 600 만대로 하는 것을 목표로 한다. ? 국가 개발 계획에 따라 E - 모바일 구축을 촉진하고, 신속한 시장 침투를 가져오기 위한 토대를 마련한다. ? 2011 년에, EV에 레이블 표시 규정 (연방 배기 가스 규제 법 제 40 조)을 제시한다. 따라서 EV는 주차 요금이 무료가 되는 등 혜택이 주어진다. 이러한 EV 이용자에게 유리한 조건은 소비자의 구매 의욕을 높이는 요인이 된다. ? 재생 가능 에너지를 사용하면 EV에 의한 배기 가스 배출량은 진짜 제로이다. 이 깨끗한 이미지도 소비자의 구매 의욕을 높이는 요인이 된다. ? EV는 에너지 수요와 공급의 불균형을 보완하는 에너지 저장 장치의 역할도 수행한다. ? 수소 연소 전지는 환경 친화 영구적인 이동성에 중요한 의미를 가지기 때문에, 국가 기술 혁신 프로그램은 수소 연료 전지 개발을 추진한다. 2000 년 재생 가능 에너지 법이 의결되고 나서 10 년이 지난 오늘, 에너지 소비량의 10 %를 재생 가능 에너지에 의해 조달할 수 있게 되어있다. 독일에서는 국민 한 사람 당 자동차의 연간 평균 주행 거리가 1 만 2,600 km로 국민 두 사람에 대하여 하나 이상의 비율로 자동차를 한 대 소유하고 있다. 따라서 독일의 전체 CO2 배출량의 14 %가 승용차에 의한 것이며, 교통 운송 관계 모든 의한 배출량은 전체 배출량의 19 %에 이른다. 따라서 독일은 배출량을 2050 년까지 2005 년 대비 82 %에서 95 % 줄여야 하고, 운송 부문의 배기 가스 감축은 중요한 역할을 한다. 이 목표 달성을 위해서는 승용차 한대에 대하여 2005 년 대비 80 ~ 94 % 배출량을 줄일 필요가 있다. 이를 위해서는 2050 년까지 독일의 자동차의 93 % (최소 68 %)를 EV로 하는 것이 필수적이다. 따라서 이러한 자동차 강국 독일에서는 승용차를 비롯한 자동차 배기 가스를 삭감하는 것은 매우 중요하며, EV 개발이 중요시되고 있다. (2) 전기 자동차에 대한 국가 전략 개요와 구체적인 보급 일정과 방법 ① 전기 이동성 국가 개발 계획 2009 년 8 월 연방 정부는 E - 이동성 국가 개발 계획 (NEE: Nationaler Entwicklundsplan Elektromobilitat)은 E - 모바일의 연구 개발과 PHV의 시장 도입을 추진하기 위한 것이며, 2020 년까지 독일의 EV의 보급 대수를 100 만 대로하는 것을 목표로 하고 있다. E - 이동성 국가 개발 계획은 교통 분야의 장기적인 기후 보전을 목표로 하고 있어 재생 가능 에너지의 이용을 전제로 하고 있다 이 계획의 목적은 독일의 EV 연구, 개발, 시장 준비, 시장 도입을 진행이고 경기 대책 패키지 (금융 위기에 대한 경기 부양책의 일환)보다 2009 년부터 2011 년 5 억 유로 지원을 받고 있다. 또한 E - 이동성 지능형 네트워크 관리의 중요한 요소이다. 자동차의 충전 시간을 조정하고 전력을 저장하여 변동이 큰 신재생 에너지 네트워크에 통합을 용이하게 한다. 최근 전지, 특히 리튬 이온 전지의 성능 향상으로 전력을 동력으로 하는 자동차의 실용화가 가능하게 되었다. 많은 독일 주요 제조 업체 및 국제적인 대기업에서는 건전지 EV 모델을 개발 중이며, 이미 시장 도입을 시작한 기업도 있다. 그러나 앞으로도 추가 개발이 필요하고, 제조 비용, 배터리 성능, 수명 등의 면에서 개선이 요구되고 있다. 또한, 증가가 예상되는 수요에 대응한 충전 인프라의 설치도 과제로 남아있다. ② 국가 E - 모바일 플랫폼 (NPE : Nationale Plattform Elektromobi) 2010년 5월 연방 정부 주도 아래 E - 이동성 국가 개발 계획의 범위 내에서 국가 E - 모바일 플랫폼 (NPE)가 발족했다. 경제계, 과학계, 정계 또한 시민의 대표로 구성되는 실무 그룹이다. "독일 E - 모바일 시장을 선도하고 E - 이동성 공급 국가로 세계를 리드하는 입장에 선다"는 연방 정부와 산업계의 공동 목표이며, 실현을 위해 협력하고 있다. 또한 자원의 수입에 의존하는 것을 피하기 위해 EV의 시장 개발과 병행하여 포괄적인 "E - 이동성 자원 전략"의 개발도 필요하다. E - 모바일 시스템에 필요한 중요 자원 (코발트, 리튬, 희토류 등)은 석유와 같은 유한 자원이며, 세계에서 한정된 지역에서만 산출된다. 따라서 생산 체인 구축 시 자원을 낭비 없이 사용할 수 있는 시스템 또한 재활용 기술 (특히 배터리)를 개발하는 것이 필수적이다. 출처 : http://www.jetro.go.jp/world/europe/reports/07000740

고전력 리튬 배터리 스택을 위한 배터리 관리 기술

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고전력 리튬 배터리 스택을 위한 배터리 관리 기술



수년 간의 노력과 지속적인 발전에 의해서 고에너지 배터리 시스템이 조만간 일상생활 곳곳에서 특히 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차에 있어서 실용화될 것이다. 이 기술은 전세계적으로 에너지 효율을 크게 향상시킬 것이며 대체 에너지 소스의 사용을 증가시킬 것이다. 그러기 위해서는 실용적이고, 경제적이고, 신뢰할 수 있는 배터리 시스템을 위해서 여러 기술적 문제들을 해결해야 한다.




글│GREG ZIMMER, Product Marketing Engineer, Signal Conditioning Products,

Linear Technology








리튬 기반 배터리는 고전력 산업용 및 교통 시스템에서 납축전지 및 NiMH(nickel metal hydride)를 빠르게 대체하고 있다. 하지만 리튬 배터리는 에너지 및 전력 밀도 측면에서 이점을 제공하나 배터리 관리 장치의 복잡성이 높아진다는 것이 문제로 지적되고 있다. 이같은 차세대 배터리 관리 시스템(BMS)을 위해서는 개발자가 매우 까다로운 설계 제약을 충족해야 한다. 개발자는 넓은 온도 범위에 걸쳐 매우 높은 정밀도 기준을 가지고 혹독한 잡음 환경과 수백 볼트의 커먼 모드 전압이 존재하는 환경에서 각 셀의 전압을 측정해야 한다.




리튬 배터리 팩




리튬 배터리 팩은 일련의 리튬이온 셀로 이루어지며 이들 셀은 통상적으로 2.5V~3.9V 및 4Ahr~ 40Ahr 셀이다. 많은 시스템이 36~200개 셀을 직렬로 연결한다. 하이브리드 전기 자동차 애플리케이션에서 고전력 리튬이온 배터리 팩을 구현할 때 해결해야 하는 과제에 대해 살펴보자. 이 배터리 팩은 신속한 재충전 성능을 제공해야 한다.

고객들은 최소한 10년 동안 수명이 지속되는 배터리 팩을 이용해서 200A 대의 피크 충전 및 방전 전류를 이용해 단일 충전으로 100마일 거리를 제공할 것을 요구한다. 무엇보다도 화재와 같은 ROE(rapid oxidation event) 가능성은 가솔린 구동 자동차보다 낮아야 한다. 당연히 이러한 모든 성능들은 자동차 가격에 미치는 영향을 최소화하면서 달성되어야 한다. 요컨대 리튬 배터리 팩을 이용하는 전기 자동차(EV)의 설계 상의 과제는 성능, 경제성, 안전성을 조화시키는 것이다. 이를 위한 두 가지 중요한 요소가 배터리 셀 디자인과 셀 관리 장치이다.

리튬이온 배터리를 100퍼센트 SOC(state of charge)로 충전하거나 0퍼센트 SOC로 방전하면 장기적으로 용량이 감소된다. 그러므로 리튬이온 동작 SOC는 대체적으로 30%~70%의 작은 범위로 제한된다. 이는 사용할 수 있는 배터리 용량을 최대 사양 용량의 불과 40%로 감소시킨다. 배터리의 가용 범위를 최대한 활용하기 위해서는 배터리 시스템이 각 셀의 전압(이는 SOC와 직결된다)을 매우 정밀하게 모니터해야 한다. 이것은 리튬이온 셀의 방전 곡선이 비교적 평탄하기 때문이다(그림 1참조). 예를 들어 SOC가 1퍼센트 변화했다고 했을 때 셀 전압은 불과 수 밀리볼트 변화한 것으로 나타날 수 있다.




리튬이온 배터리 스택




고전압 스택으로 다수의 리튬이온 셀을 작동할 때는 특정한 SOC 범위를 유지하고자 하는 목표에 상당한 복잡성을 야기한다. 리튬이온 배터리 스택은 단일 전원 소스처럼 충전하고 방전할 수 없다. 배터리 셀들이 제조 변동성 때문에 용량이 다소 차이가 있으며 약한 셀이 그렇지 않은 셀보다 더 빠르게 노후화됨으로써 그러한 용량 차이가 시간이 가면서 커진다. 용량이 다른 셀보다 낮은 셀은 충전 및 방전 사이클을 거듭함에 따라서 SOC가 점차적으로 변화된다. 각 셀의 SOC를 주기적으로 균등화 혹은 밸런싱하지 않으면 일부 셀이 결국에는 과충전 혹은 과방전됨으로써 손상을 일으키거나 결국에는 전체적인 배터리 스택 결함을 일으킬 수 있다.

뿐만 아니라 고전력 배터리 애플리케이션은 전력 인버터, 스위칭 레귤레이터, 릴레이, 엑추에이터, 기타 소스로부터 발생되는 상당한 잡음과 씨름해야 한다. 그림 2는 전기 모터로 전력을 공급하는 10kHz 인버터의 스파이크를 이용해서 100셀 배터리 스택 출력을 시뮬레이트하고 있다. 이 예에서는 각 셀이 평균적인 DC 값이 3.7V이며 100V 트랜션트가 100개 셀에 걸쳐서 균등하게 분산되어 있다. 맨 위 배터리 셀은 370V 동상 전압, 100V 동상 스위칭 트랜션트, 1V 차동 트랜션트이다.





확실히 배터리 관리 장치는 아날로그 측정이 매우 까다롭다. 이 장치는 고전압 스택 상의 각 개별 셀 전압을 신속하고 정밀하게 측정해야 한다. 그러기 위해서는 0V에서(스택을 이동함에 따라서) 1000V 이상에 달하는 동상 전압으로부터 낮은 차동 전압을 추출할 수 있어야 한다. 오늘날 다수의 배터리 관리 시스템은 규격형 부품을 모듈러 방식으로 조합해서 이용한다.

그림 3은 36셀 팩을 어떻게 12셀의 3개 그룹으로 모니터할 수 있는지 보여준다. 스택을 적은 수의 그룹으로 분할함으로써 각각의 아날로그 장치 셋에 대해 동상 전압을 낮출 수 있다. 12셀 모듈이 Linear Technology의 LTC6802-1 배터리 스택 모니터를 이용하는 아날로그 장치로 로컬 전력 및 접지를 <

리튬 이온 배터리 모니터링 - 리던던시가 필요한가?

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리튬 이온 배터리 모니터링 - 리던던시가 필요한가?

OEM업체, 전자 부품 공급업체 및 배터리 제조업체들은 리튬 이온 배터리의 이점에는 눈독을 들이면서, 동시에 이 기술이 가진 고유의 특성 때문에 차세대 HEV는 물론 새로 개발되는 PHEV 및 EV를 위한 보다 견고한 모니터링 시스템이 필요하다고 느끼고 있다. 따라서 백업 시스템을 구현할 때 드는 수 많은 질문들, 즉 무엇을 모니터링 할 것인가, 시스템과는 어떤 식으로 통신할 것인가, 어떤 진단 기능을 갖출 것인가, 다양한 배터리 화학 물질에 대해 어느 정도 유연성을 가져야 하는가, ISO26262를 충족하는 데 도움이 될 수 있는가 에는 여전히 답이 필요하겠지만 시스템에 백업 모니터를 구축할지 여부에 대해서는 ‘리던던시는 꼭 필요하다’고 답변할 수 있을 것이다.

글/스티븐 보일(Steven Boyle), 아나로그디바이스 애플리케이션 엔지니어


하이브리드 전기 차량(HEV)이나 플러그인 하이브리드 전기 차량(PHEV), 그리고 순수 전기 차량(EV)과 같이 리튬 이온(Li-ion) 배터리를 사용하는 차량들에 대한 연구가 지속될수록, OEM업체, 전자 부품 공급업체 및 배터리 제조업체들은 어떻게 하면 배터리 모니터링 및 관리 시스템을 최적으로 구성할 수 있을지에 대해 끊임없이 논의를 한다. 이 같은 시스템들에서는, 대개 마이크로컨트롤러나 배터리 관리 장치(BMU: battery manage-ment unit)와 인터페이스 되는 ADC에 해당하는 주 모니터(primary monitor)를 통해 정확한 계측 데이터를 제공하고, 충전 전에 모든 셀이 동일 전압 레벨을 유지하도록 하는 셀 밸런싱을 수행한다. 그러나, 항상 안전 또는 백업 모니터라고 하는 예비 모니터(Redundant Monitor)를 포함시킬 지 여부를 놓고 논란이 벌어지고 또 만약 포함하게 될 경우 모니터링 해야 할 대상도 결정해야 한다(그림 1은 일반적 시스템의 블록 다이어그램을 보여주고 있다). 예비 모니터링과 관련된 세부내용에 들어가기 앞서 먼저 리튬 이온 배터리의 몇 가지 특성을 검토해 보자.



리튬 이온 배터리의 특성



리튬 이온은 다음과 같은 중요한 이점들로 인해 자동차 영역에서 니켈 금속 수소화물(NiMH) 배터리를 대체해 나가고 있다.
·보다 긴 수명 - 더 많은 충전 주기 소화 가능
·더 높은 에너지 밀도 - 중량이 가벼워지고 범위가 넓어짐
·낮은 자체 방전률 - 저장 수명 향상
·보다 높은 셀 전압 - 항상 전압이 높을수록 좋음
·유연한 폼 팩터 - NiMH로는 불가능한 위치에 배치 가능


리튬 이온 배터리가 가진 이 같은 장점들은 차세대 자동차 배터리로 채택되는 데 중요한 역할을 한다. 뿐만 아니라 OEM이 생산할 수 있는 HEV 및 PHEV 차량 라인은 넓히면서, EV의 양산 체제를 한층 현실화하는 데 도움을 줄 것이라는 전망도 확실시되고 있다.
그럼에도 불구하고 리튬 이온 배터리는 다음과 같이 시스템 디자인에 중대한 영향을 줄 수 있는 몇 가지 단점(일부는 안전과 관련됨)을 안고 있기도 하다.
·과충전 - 열 폭증 및 누출 가스가 발생할 수 있음
·과방전 - 배터리가 손상되고 용량이 줄어들 수 있음
·온도 특성 - 온도가 높아지면 위험하며 낮은 온도에서는 배터리가 제대로 작동하지 않음
·높은 비용
위와 같은 특성들이 나타나는 정도는 특정 화학 물질(예를 들어 LiFePO4는 보다 안전하며 열 폭증율이 낮음)에 따라 달라지긴 하나, 현재 대량 생산되고 있는 모든 화학 물질은 위의 특성을 어느 정도 갖는 경향이 있다.



리던던시(redundancy)를 포함시킬 것인가?



리튬 이온 배터리 시스템을 올바르게 관리하기 위해선 셀 전압, 충전 상태 및 저항을 정확하게 모니터링해야 한다는 것은 명확한 사실이다. 그러나 한 가지 모니터링 형태만으로도 충분할까? 위에 나열된 특성을 살펴보면 다음과 같은 여러 가지 문제를 고려할 필요가 있다.



안전
현존하는 리튬 이온 배터리는 주의해서 취급해야 한다. 아직 자동차 애플리케이션의 리튬 이온 배터리와 관련해서는 충분한 기록이 축적되지 않았지만 노트북을 비롯한 다른 애플리케이션에서 발생한 화재로 인해 안전이 우려되는 상황이다. 제조 품질은 확실히 개선되었지만 노트북과 비교해 자동차 환경에 사용되는 배터리의 총 에너지와 많은 용량을 고려하면 안전을 가장 중요한 문제로 고려해야 하는 것은 명백한 문제이다. 따라서 과충전 및 고온 조건에 대한 보호 장치를 마련해야 한다.



배터리 손상
리튬 이온 배터리는 위와 같은 이점에도 불구하고 차량에 많은 비용을 가중시킨다. PHEV에 사용되는 배터리 시스템의 초기 예상 비용은 1만 달러를 넘어서는 수준인 것으로 발표되었다. 이러한 배터리가 손상되거나 수명이 줄어들면 OEM으로서는 막대한 피해를 입을 수 있다. 부적절한 모니터링으로 인해 배터리를 손상시키는 과방전 조건이 발생하여 차량 소유주가 예상보다 일찍 배터리를 교체해야 하는 상황이 발생하면 해당 OEM에 대한 평판이 크게 떨어지는 것은 물론 OEM 역시 보증 비용을 부담해야 한다.
이러한 두 가지 영역만으로도 리던던시를 고려할 충분한 사유가 될 것이다. 예비 모니터링을 추가하면 시스템 비용이 증가하긴 하지만, 이러한 비용 증가분은 96셀 시스템에서 50달러 미만에 불과할 것이다. 이를 과충전, 충전 부족 또는 과온 상황이 발생하는 결과와 비교하면 그 필요성은 더욱 더 확실해진다.



리던던시의 또 다른 이점



안전이 최우선이라는 점은 의문의 여지가 없으며 배터리에 대한 투자를 보호한다는 차원도 중요하지만, 예비
또는 백업 시스템을 사용하게 되면 몇 가지 추가 이점을 얻을 수 있다.

ISO 26262 - 기능 안전
ISO 26262 - 자동차 관련 안전 무결성 기준(ASIL: Automotive Safety and Integrity Levels)이라는 자동차 전자 부품에 대한 새로운 규정의 발표가 임박해 있다. 이 새로운 자동차 관련 지침은 산업용 전자 부품에 적용되는 IEC 61508을 토대로 하고 있다. 이러한 지침은 시스템이 위험에 대응할 만한 일정 수준의 안전성을 제공하도록 하여 여러 가지 잠재적인 위험 요소로부터 보호하는 부분에 중점을 두고 있다. 이러한 안전 레벨은 요구되는 최저 레벨인 A에서 최고 레벨인 D까지 정해져 있다. 대부분의 OEM 및 공급업체들은 배터리 모니터링 디자인에서 레벨 C 또는 D를 목표로 하고 있다. 관련 문서는 아직 공개되지 않았지만 예비 버전에서는 다음과 같은 여러 가지 기준을 강조하고 있다.
·시스템은 위험을 발생시키는 모든 단일 지점 장애로부터 보호해야 함
·“주” 모니터가 고장 난 상황에서도 위험을 감지할 수 있어야 함
·예비 회로는 주 회로보다 디자인이 덜 복잡하고 무엇보다 두 부품이 서로 독립적으로 작동(예: 공유 리소스가 없음)하도록 하는 것이 바람직함
·위험 레벨에 대응하는 정도를 나타내는 부품의 진단 적용 범위를 반드시 정해야 함


많은 OEM들이 이러한 지침을 준수해야 함에 따라 모니터링 전자 부품을 제공하는 전자 부품 공급업체 또는 배터리 제조업체는 이들 문제에 대처할 수 있는 방법을 찾아야 하는데, 백업 모니터링 시스템을 구축하면 이를 해결하는 데 큰 도움을 얻을 수 있다.



FMEA 요구 사항
자동차 개발 환경에서 근무하는 사람이라면 누구나 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis) 요구 사항에 대해 알고 있다. 이러한 분석을 수행하려면 개방(opens) 및 단락(shorts)과 같은 잠재적인 고장 상황을 엄격히 거쳐야 한다. 리던던시를 구축하면 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 것은 물론 개발자가 FMEA 요구 사항에 보다 효과적으로 대처할 수 있을 것이다.

시스템에 또 다른 선택권 제공
리튬 이온 배터리와 관련된 문제로 인해 개발자들은 과충전, 충전 부족 또는 과온 조건이 발생할 경우 일정한 조치를 취해야 한다. 이러한 조치는 통제된 방식으로 배터리 시스템의 전원 공급을 완전히 차단할 정도로 매우 엄격하게 이루어질 수 있다. 예를 들어 주 모니터 같은 단일 데이터 소스에 의존하는 상황에서는 그러한 결정을 내리기가 쉽지 않을 수 있다. 하지만 백업 모니터를 통해 제공되는 추가 데이터 소스(즉, 또 다른 선택권)를 마련하면 주 모니터가 고장 나 관련 데이터를 신뢰할 수 없는 경우 등에 시스템에서 올바른 결정을 내리도록 하는 데 도움이 될 것이다.
앞의 두 가지와 이러한 세 가지 이점은 백업 또는 안전 모니터를 단순한 고려 사항에 두지 않고 필수적으로 채택해야 한다는 점을 뒷받침하는 충분한 사유가 된다.



모니터링 대상 선택



지금까지 안전 또는 백업 모니터를 사용해야 할 충분한 이유를 확인했으므로 이제는 모니터의 형태와 모니터링 대상을 선택해야 한다. 완전한 예비 형태(두 번째 주 모니터)로 할 것인지, 주 모니터 기능의 일부를 포함할 것인지, 완전히 다른 사양을 갖추게 할 것인지에 대해서도 고려해야 한다.
이에 대한 해답을 얻으려면 위에서 언급한 요소들을 검토해야 한다. 많은 비용을 추가하지 않으면서 리튬 이온 배터리의 단점에 대응하고 새로운 안전 요구 사항을 충족하려면 다음과 같은 사양을 백업 모니터에 포함해야 한다.
·과전압(OV), 부족 전압(UV) 및 과온(OT) 조건에 대한 경보 발생. 개발자가 경보마다 각기 다른 조치를 수행하도록 하려는 경우에는 조건별로 서로 다른 경보를 지정하는 것이 바람직할 수 있음
·단일 지점 장애를 완화하도록 주 모니터와 완전히 별개로 작동(즉, 별도의 입력, 전원 공급 장치 및 레퍼런스)
·회로 및 경보 작동을 확인할 수 있는 진단 사양 포함
·소프트웨어에 대한 의존성을 완화하는 데 적합한 하드웨어 전용 솔루션
·대량 생산이 가능한 대부분의 리튬 <

성능 극대화한 리튬 이온 배터리 감시 시스템

http://www.semiconnet.co.kr/news_read.asp?seno=9104


성능 극대화한 리튬 이온 배터리 감시 시스템



인터실의 ISL78600은 차세대 리튬 이온 셀로 전기 및 하이브리드 전기 차량의 요구 사항을 만족시킨다. 제품은 통합된 14-비트 ADC와 첨단 입력 설계를 통해 새로운 리튬 이온 화학 기술에서 얻을 수 있는 최고 성능에 필요한 정밀도를 제공한다.


글/토니 알렌(Tony Allen), 인터실


리튬 이온 배터리는 전기 및 하이브리드 차량에서 극적인 성능 향상을 제공하며, 반도체 디바이스의 새로운 시대를 구축하고 있다. 이러한 디바이스들은 보장된 배터리 성능을 제대로 얻기 위해 리튬 이온 셀들을 감시 및 관리해야 한다. 만일 그렇지 못할 경우 충전 상태에서 200km를 운행해야 하는 차량이 180km 지점에서 멈출 수도 있기 때문이다. 동일한 이유로 새로운 반도체 감시 기기들이 높은 신뢰도로 배터리 오류를 감지해야 하는 것 역시 중요하다. 즉, 리튬 이온 셀뿐만 아니라 감시 시스템 자체도 감시해야 한다는 것이다.

이와 같은 고려사항들은 전자기기들이 점점 큰 역할을 담당함에 따라 자동차 업계에서 흔해지고 있다. 리튬 이온 배터리는 완전히 새로운 안전 고려사항과 많은 수의 개별 셀을 지닌 고전류 시스템을 가져온다. 이 시스템은 각 셀의 상태를 연속적으로 측정하기 위해 다수의 반도체 감시기를 사용해야 한다. 이러한 업무를 처리하기 위해 모든 감시 디바이스는 절대적인 신뢰성을 지닌 채 서로 통신해야 하며, 이는 전자파 장애(EMI)가 많은 차량 환경에서는 특히 어려운 요구이다. 이와 같은 요구 사항을 고려해 볼 때, 좋은 리튬 이온 감시 시스템의 중요한 기준을 다음과 같이 4가지로 정리할 수 있다.



- 정밀도: 감시 시스템은 배터리 배열에서 최고의 성능을 얻기 위해 각 리튬 이온 셀의 충전 상태를 정밀하게 측정해야 한다. 얼마나 정확할 것인가에 대한 정답은 사용되는 셀의 종류마다 다르다.

- 완벽한 진단: 시스템은 각 셀의 상태를 감시하는 것뿐만 아니라, 모든 부품이 예상된 정밀도로 작동하도록 하기 위해 시스템 자체의 기능을 지속적으로 확인해야 한다.

- 안정적인 통신: 감시 시스템의 모든 부품들은 조화롭게 작동해야 하므로 안정적인 상호 통신이 필수적이다. 잡음 환경에서 이와 같은 요구사항은 가장 일반적인 통신 방법들을 사용하기 어렵게 만든다.

- 안전: 감시 시스템은 리튬 이온 셀을 적절하게 관리하여 오류와 안전 문제를 예방해 준다. 오류가 발생했을 때, 시스템은 잘못된 경보를 발생시키지 않는 동시에 적절한 동작을 취해야 한다.



반도체 업체들은 오랫동안 리튬 이온 배터리 관리 디바이스를 제공해 왔지만, 최근에야 비로소 대형의 차량 배터리 배열을 위한 특정한 요구사항을 충족시키는 디바이스들이 개발되었다. 본문에서는 새로운 세대의 리튬 이온 감시 디바이스가 지닌 요구 사항과 첨단 전기 및 하이브리드 차량을 가능하게 하는 감시 디바이스의 중요한 역할을 설명하려고 한다.




감시 디바이스의 분해를 예방하는 법



그림 1은 하이브리드 차량용 리튬 배터리 배열의 기본 레이아웃이다. 이 예제에서 배열은 각각 12개의 셀을 지닌 8개의 팩으로 구성되어, 총 96개의 리튬 이온 셀을 지닌다. 팩 안의 셀들은 서로 직렬로 연결되며, 각각의 셀은 감시 디바이스로 연결된다.



비록 전반적인 관리를 위해 마이크로컨트롤러가 사용될 수는 있지만, 직렬로 연결된 배터리 팩은 마이크로컨트롤러가 직접 처리하기에는 너무 높은 50V 이상의 전압을 지닐 수 있다. 뿐만 아니라 배터리 시스템은 일반적인 팩 전압보다 몇 배 높은 과도 전압을 생성할 수도 있다. 셀 감시 회로는 이와 같은 과전압을 견뎌야 하며, 때때로 과도한 환경하에서도 작동해야 한다.

배터리가 처음 연결되는 순간부터 도전은 시작된다. 보통 커넥터 설계에 있어 연결 시퀀싱은 가격 때문에 고려사항이 되지 못한다. 때문에 감시 디바이스가 처음 직면하게 되는 일은 무작위 연결이다. 감시 디바이스는 이러한 상황에서 발생하는 전압을 쉽게 견딜 수 있는 반면에, 전류는 또 다른 문제가 될 수 있다.

비보호 시스템 내부에서 외부 커패시터를 충전시키는 배터리 전류 값은 수 암페어에 달한다. 이러한 전류는 불가피하게 일부 전자 부품으로 흐르게 되며, 보통은 연결된 IC 내부의 ESD(Electrostatic Discharge) 보호 회로로 흘러간다. 그리고 이는 결국 IC의 고장을 야기하게 된다. 대부분의 경우, 이러한 전류를 제한하기 위한 유일한 방법은 배터리 단자에 일직선으로 레지스터를 배열하는 것이다.

불행히도 이러한 레지스터를 통한 누설 전류가 감시 디바이스의 전압 측정을 불안정하게 만들기 때문에, 레지스터의 사용은 일반적으로 감시 디바이스의 정밀도를 감소시킨다. 높은 측정 정밀도를 보장하기 위해서 누설 전류는 낮고 예측 가능한 값으로 유지될 필요가 있는데, 이는 전형적인 바이폴라 트랜지스터 입력 회로에서는 어려운 일이다. 최신 감시 디바이스는 누설 전류를 더욱 예측 가능하게 만들어 측정 정밀도를 크게 향상시키는 새로운 전하 이동 구조를 사용한다.




정밀도



감시 디바이스는 작동 시 초 당 100번씩 각 셀의 전압을 측정한다. 이러한 측정치를 기반으로 차량의 충전 시스템은 각 셀의 방전 주기 위치를 판단할 수 있다(최고 전압으로 시작하여 특성 곡선으로 감소한다). 온도 및 전류 측정치를 포함한 이 정보는 배터리의 잔여 전하 계산을 가능하게 하여 차량의 운행 거리를 계산할 수 있다.

각 셀의 방전 주기는 화학 기술에 의존한다. 최근 들어 리튬 이온 셀 화학 기술이 향상되어 최신 셀은 낮은 내부 임피던스와 높은 수명 특성을 지닌다. 또한 이러한 화학 기술의 향상은 방전 곡선을 평탄하게 만든다. 결과적으로 새로운 세대의 감시 디바이스는 방전 곡선 경사의 작은 변화를 측정하는 뛰어난 정밀도를 지녀야 한다.

방전 곡선의 경사가 셀의 잔여 전하를 나타내므로 측정 정밀도는 운행 거리 계산 정밀도에 직접적인 영향을 준다. 예를 들어 방전 곡선의 중간에 있는 리튬 이온 인산 셀은 전체 전하에서 퍼센트 당 단지 1mV의 전압 경사를 지닌다. 2% 정밀도로 전체 전하를 측정하기 위해서 +/-2 mV의 측정 정밀도가 충전 시스템에 필요하다.

셀 불균형은 상황을 더욱 복잡하게 만든다. 셀이 노후화되면서 용량은 감소하며, 몇몇 셀은 다른 셀들보다 더 크게 감소할 수 있다. 엄밀히 말하면 소프트 쇼트(매우 높은 저항 쇼트)는 셀 내부에서 자가 방전을 야기할 수 있어 시간의 흐름에 따라 전하가 감소한다. 단일 셀 팩에서 이러한 셀은 재충전되어 용량 손실이 없다.

하지만 다중 셀 팩에서 불균형은 불완전한 충전을 야기한다. 만일 팩 내 하나의 셀이 30% 충전되었는데 반해 다른 셀들이 33% 충전되었다면, 이 셀들이 100% 충전되더라도 하나의 셀은 충전이 완벽히 되지 않는다. 시간이 흐르고 충전이 반복되면서 배터리의 전체 에너지 용량이 크게 줄어들기 전까지 이러한 불일치는 더욱 커진다. 팩 내부의 가장 약한 셀은 사용가능한 전체 에너지를 결정하게 된다.



배터리의 최대 용량(약속된 차량 운행 거리)을 얻으려면 모든 셀이 동일하게 충전되도록 배터리 관리를 위한 셀 균형이 필요하다. 감시 디바이스는 균형을 얻기 위해서 셀 측정치를 마이크로컨트롤러에 보내며, 마이크로컨트롤러는 최적의 균형 전략을 결정하는 균형 알고리즘을 실행시킨다. 배터리를 충전하기 전에 마이크로컨트롤러는 가장 많이 충전된 셀의 전하를 흘려보내는 회로를 감시 디바이스가 켜도록 한다. 그 후 모든 셀은 100%로 충전될 수 있다.




진단, 통신, 안전



현재 리튬 이온 셀의 제조 방식은 예전보다 셀을 더욱 안전하게 만들지만, 이들을 적절하게 관리하고 배터리 시스템의 오류를 검출하는 것은 여전히 중요하다. 감시 디바이스는 셀 과전압과 저전압, 과열과 같은 요소들을 주기적으로 측정해야 한다. 더 나아가 감시 디바이스는 적절한 전원 공급기 레벨과 전압 및 온도용 감시 와이어 절단 같은 시스템 무결성 문제를 감시해야 한다.

오류 검출은 통신 응답을 작동시키며, 감시 디바이스로부터 로직 오류 출력을 설정한다. 선택적으로 감시 디바이스는 특정한 오류 발생 시, 마이크로컨트롤러의 개입 없이도 시스템을 자동으로 즉각 종료하도록 설정될 수 있다. 다양한 종류의 오류에 대한 응답 특성이 프로그래밍 될 수 있으므로 차량 제조사는 전 세계 모든 시장에 맞게 적절한 선택을 할 수 있다.

감시 디바이스는 감시 디바이스들 뿐만 아니라 마이크로컨트롤러와 오류 검출 내역을 통신해야 하므로 (필요할 경우 전체 시스템을 종료하기 위해서) 통신은 매우 중요한 역할을 담당한다. 표준 CAN 또는 SPI 인터페이스는 마이크로컨트롤러와 안정적인 통신을 가능하게 하지만 모든 감시 디바이스 사이에 이러한 인터페이스를 사용하면 불필요한 비용이 더해지게 된다. 절연체를 포함한 CAN 인터페이스는 감시 디바이스 당 몇 달러의 비용을 요구하지만, 특화된 인터페이스는 적은 비용으로도 이 작업을 수행할 수 있다.



최상의 솔루션은 완벽하게 차동이면서 일부 기존 인터페이스의 일시적인 민감도를 회피하도록 설정된 직렬 연결 방식의 2선식(daisy-chain) 통신 인터페이스이다. 하지만 만일 감시 디바이스 자체에 문제가 생기면 어떻게 될까? ISO26262 사양은 잔여 오류(검출되지 않는 오류) 발생율을 허용 가능한 수준으로 낮추기 위해 싱글 포인트와 멀티포인트 오류의 통계 분석을 사용하여 이와 같은 요구 사항을 보장하도록 한다.

배터리로 동작하는 전자 제품의 사양은 안전한 상태를 유지하기 위해 전자 제품 기능에 문제를 가져오는 어떠한 오류도 검출하고 보고하는 기능을 필요로 한다. 예를 들어 감시 디바이스는 셀 전압 측정치가 사전에 정해진 범위 내에서 정밀하게 유지되고 과다한 열 발산으로 부품에 손상을 줄 수 있는 쇼트를 검출하도록 보장한다. 그러므로 감시 디바이스는 자신의 오류를 스스로 진단하고 오류 발생 시 적절한 동작을 취해야 한다.




ISL78600의 이점



인터실의 ISL78600은 차세대 리튬 이온 셀로 전기 및 하이브리드 전기 차량의 요구 사항을 만족시킨다. 제품은 통합된 14-비트 ADC와 첨단 입력 설계를 통해 새로운 리튬 이온 화학 기술에서 얻을 수 있는 최고 성능에 필요한 정밀도를 제공한다. 또한 제품의 통합된 시스템 감시 및 진단 기능은 안전하고 안정적인 작동을 강조하는 동시에 오류 검출 입력 필터링은 잘못된 경보를 제거한다. 이와 같은 안전 관련 기능은 ISL78600이 단독 부품으로 ASIL(Automotive Safety Integrity Level) C 적합성에 근접하도록 만들어준다.

2011년판 리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=yanokr&logNo=60149681432

2011년판 리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망  화학＊고무＊종이 2011/12/12 17:31 http://blog.naver.com/yanokr/60149681432

<일본시장조사보고서>2011년판 리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망(일본어판)

자동차용 리튬이온전지 시장이 형성되고 있습니다. 다만 EV시장은 기대한 만큼의 수요 확대는 전망하기 어려우며, 급속한 시장 확대도 기대하기 어려운 상황입니다. 한편, 동일본 대지진을 계기로 전력 부족, 절전 대책, 전력 사용 효율화의 일단으로 리튬이온전지를 채용한 에너지저장시스템(ESS)이 급속히 주목을 받고 있습니다. 본 조사 리포트에서는 전체 시장규모 외 어플리케이션별 시장규모, 해외 리튬이온전지 메이커 동향을 포함한 국가·지역별 시장쉐어를 산출하였습니다. 또한 차재용, ESS용, 스마트폰, 태블릿 PC용 등의 하이엔드 소형 용도용에 초점을 맞추어 어플리케이션별로 용량·출력·사이클·보존 수명·코스트의 5개 주요 전지 사양에 관한 개발 동향을 채택했습니다.

■ 본 자료의 포인트

• 주목 어플리케이션인 스마트폰, 태블릿 PC 등의 하이엔드 소형용, 차재용, ESS용에 초점을 맞추어 LIB제품 동향을 리포트

• 주요 해외 리튬이온전지 메이커 동향을 리포트

• 리튬이온전지 메이커의 국가·지역별 쉐어를 게재

· 리튬이온전지 세계 시장규모 (2010년도~2015년도) 금액 베이스(엔)　　 - 메이커 쉐어 (2010년도~2011년도) 금액 베이스(엔)

· 국가·지역별 리튬이온전지 세계 시장규모 추이 (2010년도~2015년도)　　 - 일본, 한국, 중국, 그 외(금액 베이스)

• 어플리케이션별 시장규모를 산출

· 게재 어플리케이션 ··· 휴대전화, 노트북, 자동차, 전동 공구, 전동 자전거/오토바이,

산업기기, 스마트 그리드 관련, UPS등

· 어플리케이션별 리튬이온전지 세계 시장규모 추이 (2010년도~2015년도)

- 소형 민생용：2010년도~2015년도, 금액 베이스(엔), 수량 베이스(개), 메이커 쉐어(개수 베이스)

：휴대용 주요기기 세계 시장규모 추이 (2010년도~2015년도) 수량 베이스(개)　　- 산업용：2010년도~2015년도, 금액 베이스(엔), 용량 베이스(MWh)　　- 차재용：2010년도~2015년도, 금액 베이스(엔), 용량 베이스(MWh) *EV, PHEV, HEV별

：EV, PHEV, HEV 세계 시장규모 추이 (2010년도~2015년도) 대수 베이스

• 2011년판에서는 축전 용도용에 초점을 맞추어 어플리케이션별로 용량·출력·사이클·보존 수명·코스트의5개 주요 전지 사양에 관한 개발 동향을 게재

■ 본 자료의 개요

제1장  총론

제2장  리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망

제3장  어플리케이션별 시장동향

제4장  해외 리튬이온전지 시장동향

제5장  리튬이온전지 메이커의 동향과 전략

■ 게재 내용

제１장  총론

「기대밖」 「예상외」가 촉구하는 두 번째 구조변화
「판매용」에서 「조합」과 「시스템 제안」
「기술」 플러스 「비즈니스 모델」로

제2장  리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망

산업용, 차재용 시장 형성으로 확대 기조에 돌입
2011년도 LIB 세계 시장규모는 1조 1,693억엔
2015년도는 2조 8,834억엔 시장으로 확대

금액 베이스로는 산요전기가 쉐어 톱을 유지

삼성SDI, LG화학이 각각 3위, 4위로 부상

저가격화 경쟁이 계속, 스마트폰, 탭 PC용 등, 고기능화에 한발 늦은 중국 기세

중견 메이커로서 부상하는 GS유아사, A123Sytems

제3장  어플리케이션별 시장동향

1. 소형 민생 휴대기기용

- 소형 민생 휴대기기 시장에서는 스마트폰, 태블릿 단말의 존재감 상승

- 어플리케이션 시장 성장의 영향으로 LIB 시장도 2010년 이후 견조한 추이

- 수량 베이스 쉐어로는 마침내 삼성SDI가 2011년도 톱 쉐어로 등장

- 스마트폰에서는 「고기능화, 다기능화」와 더불어 「박형화, 경량화, 소형화」가 단말 트랜드

- LIB에는 「고용량화」, 「장기 수명화(사이클 특성 향상)」 니즈가 더욱 높아지는 경향

- 폴리머타입 LIB는 고도의 형상 자유도를 강점으로

- 스마트폰 외, 태블릿 단말, 울트라북으로의 채용을 확대

- 스마트폰용에서는 고용량화를 비롯해

새로운 충전 솔루션에 대응하는 LIB 개발을 선행시키는 일도 유효 수단 중 하나

- 대량생산 비즈니스를 단념하고 경쟁 스테이지에 스스로 올라가는 결단도 장기적으로는 유의 대책

2. 축전, 산업기기용

- 지진 재해 이후, 일본 내 축전 수요가 상승
　　(1) 정치용

① UPS 등 비상용 축전 시스템 용도

비상용 축전 시스템용은 보존 수명의 장기 수명화가 요구됨

② 피크 시프트·피크 컷 용도

계통 전력의 피크 시프트·피크 컷, 태양광 발전 패널과의 제휴에서는 사이클 특성 향상

더불어 그리드로의 전력 평준화에는 급속 충방전, 고출력화에 대한 대응이 포인트

③ 그리드 용도

민간기업과 주택용으로는 여전히 높은 가격이 장애, 부재 공통화 등으로

코스트 저감을 도모하는 움직임도

셀 레벨에서의 안전성 확립도 보급 확대를 위한 중요 검토 사항
　　(2) 이동체용

건기(建機) 등에서는 하이브리드화로 LIB 적용이 진행되지만, 높은 이니셜 코스트가 과제

LIB이기 때문에 실현 가능한 탑재 어플리케이션 추궁도 선택사항 중 하나

다양한 고객 니즈에 대응할 수 있는 시스템 제안력이 산업용 LIB 사업의 열쇠

2015년도 산업용 LIB 시장은 2011년도 대비 약 100배의 7,000 MWh 레벨까지 성장

3. 차재용

- EV와 더불어 PHEV의 존재감 상승, 환경차에서 차지하는 비율은 2015년에 30%를 육박할 기세

- 차재용 LIB 시장규모는 2011년도에 1,000억엔에 육박할 기세

- 2015년에는 1조엔 정도까지의 성장이 예측

- 실적은 일본계, 수주는 한국 선행, 중국·구미도 준비를 진행

- 자동차 메이커에 따라 상이한 환경차 전략
- LIB에는 EV용으로 「고용량화」, HEV 전용으로 「고출력화」가 요구됨

- PHEV, HEV용이 최근으로서는 가장 현실적인 해결책

- EV는 타깃을 한정시킨 마케팅이 필수

- 산업용 등 차재용 외의 용도 전개, LIB 사업의 다각화도 유효 수단

제4장  해외 리튬이온전지 시장동향

1. 국가·지역별 LIB 시장규모

- 산업용, 차재용으로 반격을 도모하는 일본

- 뒤쫓는 한국, 주춤하는 중국

2. 한국
- 「산·관·학」 일체가 된 국가 프로젝트

- 목표는 성능 향상 뿐만이 아닌, 쉐어 획득

- 셀, 소재를 포함하여 세계 제일의 「2차전지 경쟁력 법안」

- ESS로 특화한 R&D 프로젝트

- 마그네슘 전지, Li금속-공기 전지 등도 선택사항으로

- WPM：성능, 가격, 쉐어의 삼위일체 R&D

3. 중국

- 12차 5년 계획으로 「신에너지 자동차」의 육성·발전 계획

- 100% 전기 구동을 향한 「3종3획」정책

- 진전하는 「10도시 1,000대」계획

4. 미국

- 재료부터 완제품까지 폭넓은 R&D체제

- 최첨단, 기초화학에 대한 극진한 조성

- 단기에서 중장기로 단계적인 한편, 기초부터 어플리케이션까지 계층적

- 개발 리스크가 높은 Beyond LIB에도 적극적

5. 유럽

- 전기 자동차의 보급을 염두에 두고 축전 개발

- 「유럽 그린카 이니시어티브」로 이정표 제시

- 독일：2020년까지 EV 100만대 보급 목표, LIB 개발에도 적극 투자

- 프랑스：Autolib로 EV 실증 실험

제5장  리튬이온전지 메이커의 동향과 전략

산요전기 주식회사
- 민생 기기용 LIB의 포지션을 지키면서 다음 스테이지로의 시프트를 추진

- 「모바일」, 「HEV」, 「대형 축전」의 세 기둥

- 폴리머 타입의 신셀(新cell)은 대용량 니즈를 받아들여 대형화 경향

- 카사이 사업소는 4라인 체제로 증강, 신설 라인은 20Ah이상의 대형 축전지용

- 스마트폰, 노트북용 등을 견인하는 역할, 2011년도에도 계속 출하 증가 전망

- 2012년 이후 축전용 등, 중대형용의 출하증가가 예측됨

소니 주식회사

- 눈앞의 타깃은 스마트폰, 태블릿, 축전

- 목표는 원통형, 폴리머 타입으로 쌓은 노하우와 축전의 올리빈형 LFP의 시너지

- 장기적으로는 차재용을 감안하여 타깃 영역의 확대를 도모

- 정극재에 인산철리튬을 채용한 축전용 LIB 제품 3기종을 출시

- 업무용에서 가정용까지 폭넓은 니즈를 커버

- 모바일 기기용에서는 음극에 주석계 재료를 채용하여, 용량 25% 증가된 「Nexelion」을 개발

- 2012년도에는 6,900만셀/월의 생산 능력 체제를 계획

- 2011년도 출하량은 지진 재해 영향 등을 요인으로 전년도를 밑돌 전망

- 폴리머 타입의 출하 비율이 상승 경향, 고객의 상품 컨셉에 맞춘 LIB 제안으로

스마트폰, 태블릿용의 출하를 늘림

파나소닉 주식회사

- 그룹 시너지를 살린 신체제로 선두 탈환을 목표

- 2012년 1월부터 신체제 시작, 디바이스 사업 분야 내에서 신에너지 회사를 설립

- 18650을 조합한 업무용 LIB 축전 시스템 취급을 2011년 8월부터 개시

- 코스트 구조의 발본적 개혁을 도모하도록, 일본 국내 생산 거점의 재편, 중국 생산을 50%까지

  시프트

- 노트북용 수요 감소 등을 배경으로 2011년도 출하량은 전년도에 미치지 않을 전망

- 차재용 LIB 공급이 2012년도부터 본격화될 전망

히타치 맥셀 에너지 주식회사 (히타치 제작소)

- 히타치 그룹을 LIB의 코어 기술로부터 서포트

- 민생 기기용을 계속 타깃으로 하여 사업 확대를 도모

- 고객 니즈에 대한 조기 대응을 실현할 수 있도록, 히타치 그룹은 사업체제를 재편성

- 「나노 실리콘 복합체」 음극의 각형 타입이 스마트폰의 고용량 니즈에 합치

- 전극 생산을 담당하는 쿄토 사업소는 수요 동향에 따라 한층 더 능력을 증강할 예정

- 각형에서는 스마트폰을 견인하는 역할로 2011년도에도 계속 출하가 증가할 전망

- 원통형에서는 전동 공구용이 견조한 성장을 보임

일본 전기 주식회사 / NEC 에너지 디바이스 주식회사

- 차재용 LIB용을 축으로, 축전 시스템의 전개를 가속

- 축전 시스템용 실증 실험에 참가, 해외 메이커와의 제휴를 추진

- 가정용 축전 시스템을 2011년 7월에 출시

- AESC 제조 기술 응용 등으로 경합, 타사를 압도하는 코스트 퍼포먼스 실현

- 이전 대비 2배 이상의 수명을 실현하는 첨가제：유기유황화합물을 새롭게 개발

- 일본 국내는 사가미하라 사업소에 전극 생산을 집약, 2012년 연말까지

10,000 MWh의 생산 능력 확보를 계획

- 지진 재해 영향 등으로 2011년도는 전년 대비 미증을 전망

- 중장기적으로는 축전용의 출하 비율 향상이 예측

주식회사 지에스·유아사 코퍼레이션

- 차재용을 주축으로 LIB 사업을 다각화

- 차재용에서는 일본 국내외에서 공급처 확대를 추진

- 산업기기용의 전개 강화에 맞추어 LIB 사업의 조기 흑자화를 목표

- 급속 충전에 대응 가능한 LIB 셀 「LIM50E」를 채용한 UPS3 기종을 새롭게 발매

- 항공기용에서는 미 보잉의 차세대 중형 여객기에 「LVP」시리즈가 채용

- 단독 조달에서 복수 구매로, 코스트 경쟁력 강화를 목표

- 부재 메이커와의 공동 개발도 고려

- 재료 개발에서는 차세대 정극재 개발에 착수, HEV용으로 5년내 양산화를 목표

- 신공장의 가동으로 생산능력계는 2012년에 연간 67,780대분 (600만셀)을 예정

- 2011년도 출하량은 전년 대비 212.0% 전망

- 차재용이 90% 이상을 차지하지만, 산업기기용의 채용도 진행

히타치 비클 에너지 주식회사

- HEV, PHEV용 LIB를 추진

- 미 GM사의 HEV용으로 제3세대 LIB의 생산을 개시

- 2011년 11월에는 PHEV용 신셀(新cell)을 발표, 2013년부터 양산 개시 계획

주식회사 토시바

- EV로의 채용을 획득, SCiB 용도의 더 큰 확대를 목표

- 다음 스테이지를 내다보고 「사회인프라시스템사」를 발족

- 안전성과 긴 수명, 저온 특성과 급속 충전에 대한 대응 등이 호평

- 미츠비시 자동차 「i-MiEV M」, 「MINICAB MiVE」에 대한 채용을 획득

- 축전 제품에서는 SCiB를 탑재한 무순단 파워 유닛을 2011년 7월에 발매

- 카시와자키 공장 가동에 의해 생산 능력은 이전의 4배로, 2012년도 이후 더 큰 능력 증강도 예정

- 공급 어플리케이션의 확대로 출하 개시 이후, 오름세가 계속

오토모티브 에너지 서플라이 주식회사

- 닛산 「LEAF」용의 본격 공급을 개시

- 2015년 즈음을 겨냥한 차세대 EV모델의 셀 개발도 추진

- 닛산자동차에서는 EV용 충전 시스템과 냉동차 등으로 차재용 LIB 리사이클 플랜의 대응이 진행

- 프라임어스 EV에너지 주식회사의 주력인 니켈 수소에 이어, LIB의 존재감 상승

- 2012년 일반 발매 예정인 토요타 PHEV용에 LIB 본격 양산 라인을 설치

신코베전기 주식회사

- 종합 축전 시스템 메이커의 강점을 살려, LIB 사업을 본격화

- 4종류의 축전 디바이스를 이용하여 고객 니즈에 맞춘 최적 제안을 추진

- 해외를 포함한 스마트 그리드, EMS의 실증 실험에도 참여

- 각형 셀에서는 2011년 연말을 목표로 5C방전 대응의 50 Ah, 100 Ah 제품 개발이 완료 예정

- LIB 사업의 본격화를 받아들여 제품의 더 나은 개량을 목적으로 재료 메이커와의 협업도 고려

- 수요 동향에 대응하여 셀 생산의 능력을 1만셀/월까지 인상 예정, 2015년까지는 5만셀/월

  체제도 고려

- 2012년도는 기존 어플리케이션과 더불어 휴대전화 기지국과 산업용 축전 수요가 견인하는 역할

- 2011년도 대비 6~7배의 LIB 매출 달성을 목표

미츠비시중공업 주식회사

- 에너지의 장래를 내다보는 포석, 산업용 LIB를 확대

- 타깃은 산업기기용, 정치용 LIB

- 산업용 차량의 판매 네트워크, 발전 플랜트의 판매 실적에 강점

- 일본 국내외의 스마트 커뮤니티와 전기 버스에 관한 실증 프로젝트에 참가

- 「랙형 축전 시스템」, 「컨테이너형 축전 시스템」을 새롭게 발표

- 축전 솔루션에 충실하고 주택부터 계통 전력까지 폭넓은 니즈를 커버

- 나가사키조선소에서의 양산화 실증 공장을 거쳐, 2012년 이후 본격 양산용의 신공장 건설을

  검토중

- 계통 전력, 자연 에너지와 LIB의 조합에서는 해외시장에서의 전개를 유망시

엘리 파워 주식회사

- 일본 국내 수요에 응하는 축전 시스템을 전개

- 「안전성」의 강점과 더불어 본격 양산 개시에 의한 코스트 저감도 고려

- 신셀(新cell)로 에너지 밀도, 사용 가능 온도를 큰 폭으로 향상

- 2011년 8월에는 제3자 시험·인증 기관에 의한 국제 안전 인증을 대형 축전지로서 세계 최초 취득

- 축전 시스템 「Power Yiile」의 가정용 시스템을 새롭게 전개

- 2012년 가동 예정인 신공장에서는 라인의 오토메이션을 추진

- 양산 효과도 포함해 제조 코스트를 이전의 1/2~1/3로 인하

에낙스 주식회사

- 산업용으로 마켓 섹터를 압축

- 폭넓은 영역을 커버 가능한 전지 솔루션으로의 전개에 주력

- 향후 사업 성장을 위한 팩 사업을 강화

- 사내에 있는 주변 기술의 활용으로 다양한 고객 니즈에 대응

- 부재 메이커와의 관계 강화로 재료 개발에 의해 발을 들여놓는 것도

가격 경쟁력을 높이는 유효 수단 중 하나

- 2011년내에 일본 국내에서는 중부 사업소, 해외에서는 중국·상해 공장이 새롭게 가동 예정

- 2010년도 이후 매출액은 회복 경향, 2011년도는 2008년도를 웃돌 전망

주식회사 IHI

- 중대형 LIB 시장용 표준 모듈을 2012년부터 양산 예정

- A123사와의 협업 관계 강화로, LIB 사업의 전개를 가속

- LIB 모듈 「MonoBlock」를 표준 라인 업

- 2011년도부터 파일럿 라인 가동, 2012년도부터 본격 양산은 연간생산 1,000개 체제를 예정

- 2010년도, 2011년도의 샘플 출하를 거쳐 2012년도는 차량용 채용 확대를 감안한 출하를 개시 예정

삼성 SDI 주식회사 (SAMSUNG SDI Co., Ltd.)/(SB LiMotive Co. Ltd)

- 소형 민생용 주력 노선에 변경 없음

- 철학은 전방위 마케팅

- GALAXY 수요의 혜택을 받아 소형 LIB 수량 베이스 쉐어 1위

- 2011년도 매출·출하 모두 상향 수정

- 주요 4부재의 한국산화가 진행

- 정극재는 NCM가 유망

- 2013년 즈음 본격적 형성을 향해 순조롭게 준비　

- EV를 염두에 두면서, PHEV, HEV용부터 본격화

주식회사 LG화학 (LG Chem, Ltd.)

- GM, 현대 전용 차재용 LIB 출하가 본격화

- 래미네이트 타입은 태블릿 PC용으로 대형화

- 2011년은 LIB 매출이 2조원대에

- 차재용 LIB 현상의 캐퍼는 풀 가동

- 태블릿용은 「박형화」 「대용량화」 「대면적화」가 하나의 트랜드

- 부재의 내제화는 사업 규모와의 밸런스로 검토

SK이노베이션(innovation) 주식회사 (SK Innovation Co., Ltd.)

- 차재용으로 특화하여 시장 참여

- 2-3년 후 본격 양산을 향해 제품 개발·수주 활동에 주력

- 현상은 샘플 출하가 메인

- 2012년 연말에는 600 MWh의 생산 능력에

- 정극재는 LMO와 NMC의 하이브리드

- 애경유화와 하드 카본을 공동 개발

天津力神電池股份有限公司 (Tianjin Lishen Battery Co., Ltd.)

- 세계 톱5, 쉐어 10%를 목표로 적극 투자

- 다종 다양한 제품 라인 업이 특징

- 매출의 80%를 차지하는 대기업 해외 고객이 중심

- 국가 연구기관을 배후로 R&D도 충실

- 가격 경쟁력에 의지하지 않는 차재용 LIB

A123 Systems, Inc.

- LIB 비주요국에서 유일한 양산 메이커

- 차재용, ESS용으로 본격 출하 개시

- 2011년 Q2보다 출하량 증가

- 1년간 매출, 출하 모두 전년 대비 배증 이상

- ESS용에서는 NAS 전지 대체를 겨냥

- 차재용은 상용차용에 주력

- 선행 설비 투자는 필요 불가결

- 실효 용량의 높이로 승부

Li-Tec Battery GmbH

- 2012년의 본격 출하를 향해 생산 개발 추진중

- 2013년에는 300만셀의 생산 능력에

- 독자 브랜드의 세퍼레이터에 강점

- 세라믹 코팅으로 안전성 확보, 고용량화를 달성

batScap

- Autoliv가 시금석

- 2013년까지 3,500대분을 공급 예정

- 독자적인 리튬이온메탈 폴리머전지



자료 코드 C53109100 / 2011. 12. 08 발행 / A4 183p / 정가 : 150,000엔
(서적 150,000엔 / PDF 150,000엔 / 서적+PDF 180,000엔) 

 

(주)야노경제연구소 서울지사(www.yano.co.kr)

T.02-735-2280

[출처] 2011년판 리튬이온전지 시장의 현상과 장래전망|작성자 야노경제연구소