[배터리 5편] 전기차 배터리 산업의 주요기업 성장전략
주요 전기차 배터리 산업 기업의 성장 전략은 어떻게 될까 추정해 본다.
안녕하세요 :)
모빌리티 산업과 비즈니스 그리고 관련 기업의 다양한 이야기를 하고 있는 김민형입니다. 드디어 배터리 시즈리 마지막 편을 쓰게 됩니다. 지금까지 배터리 산업에 대해 용어부터 주요 산업의 밸류체인까지 다양한 관점에서 배터리 산업을 살펴보았습니다. 이번 편에서는 배터리 산업의 주요 기업 중 몇몇 기업에 대한 성장 방향과 전략에 대해 이야기해 보려고 합니다. 지극히 개인적인 생각을 쓰는 것으로 참고 사항 정도로 봐주시면 감사하겠습니다.
배터리 시리즈는 총 5편의 기획하고 있습니다. 다른 배터리 이야기는 아래 목차를 참고하셔서 읽어 주시면 감사하겠습니다.
[배터리 1편] 기초 용어 정리 및 배터리 소재와 미래
[배터리 3편] 전기차 배터리의 기술 방향성 : NCM vs LFP
[배터리 5편] 전기차 배터리 산업의 주요 기업 성장전략
글을 시작하기에 앞서 먼저 전기차 배터리 산업의 밸류체인에 대한 살펴봅니다. 전기차 배터리의 산업에서 모든 영역이 중요한 사항이겠으나, 개인적으로 부가가치를 창출을 기반으로 하는 배터리 서비스 영역이 무엇보다 중요하다고 생각하여 배터리 서비스를 제공하려고 혹은 준비하고 있는 회사를 살펴보려고 합니다. 대부분의 배터리 서비스는 회사는 배터리 산업 밸류체인의 배터리 서비스 이외 1개 이상의 영역에 존재하면 주 밸류체인 영역의 경쟁력 강화 및 부가가치 창출을 통한 수익 확보 차원에서 배터리 서비스를 제공한다고 봅니다.
작가 분석이에 배터리 5편의 목차는 다음과 같습니다.
1) 배터리 서비스의 종류
2) BMS 기능 및 기술동향
3) 주요 기업의 성장 방향
- LG 에너지 솔루션
- 피엠그로우
1. 배터리 서비스 종류
배터리 서비스의 종류는 다양하면 크게 3가지 정도로 구분 가능하며, 배터리 유통, 배터리 관리, 배터리 평가 영역의 서비스입니다.
1) 배터리 유통 서비스
배터리는 다양한 형태로 유통 서비스가 제공될 것으로 보입니다. 그 종류를 다음과 같습니다.
△ 배터리 스와핑 서비스
△ 배터리 구독/렌탈 서비스
△ 배터리 리스 서비스
모두 유사한 형태의 서비스이지만, 배터리를 유통하는 방식이나, 관련 규정에 따라 구분되는 서비스로 보면 될 것 같습니다.
2) 배터리 관리 서비스
배터리의 상태를 관리하거나, 모니터링하는 다양한 서비스를 말합니다. LG엔솔에서 제공하고 있는 B-라이프케어를 참고하여 본 주요 배터리 서비스는 다음과 같습니다.
△주행 정보 확인
- 최근 주행거리
- 주행시간
- 전비
△배터리 케어
- 배터리 점수
- 배터리 충전 통계
- 배터리 순위
- 배터리 미래가치
△평가 인증
- 배터리 평가 결과
- 배터리 최대 성능 비교 (주행거리/연식 대비)
- 배터리 고장 점검
- 배터리 예상 시세
3) 배터리 평가 서비스
배터리 평가 서비스는 배터리 생애 데이터 및 현재 배터리의 상태를 점검하여 배터리를 평가하는 서비스입니다. 이 서비스는 중고차 거래 시 혹은 폐 배터리 평가에 사용될 것으로 보이며, 인증에 따라 배터리의 가치가 달라지기 때문에 꼭 사용될 서비스로 보입니다. 예상할 수 있는 서비스의 종류는 다음과 같습니다.
△ 배터리 잔존가치 평가 서비스
△ 배터리 상태 평가 서비스 (폐 배터리의 등급을 결정하는 서비스로 폐 배터리의 상태에 따라 제사용, 제재조 및 재 활용을 하기 됩니다.
출처 : 한국전지산업협회2. BMS 기능 및 기술동향
BMS은 Battery Management System의 약자로 배터리 팩을 제작에 중요한 핵심 부품입니다. BMS는 배터리를 모니터링하고, 상태를 예측하여 배터리를 보호하며, 데이터를 전달하고, 밸런스를 유지 함으로써 배터리를 관리하는 역할을 합니다. 이를 통해 주행거리 향상 및 안전성을 확보하도록 합니다. 이러한 이유 때문에 배터리 서비스 산업에 있어서 제공되는 서비스의 대부분은 BMS에 수집되는 정보를 바탕으로 만들어지며, BMS 고도화와 데이터 수집은 배터리 서비스 경쟁력의 기초가 됩니다.
아래 그림은 전기자동차용 BMS의 하드웨어 및 소프트웨어 구성도로 BMS가 가져야 할 요소를 표시한 것입니다. 아래 그림을 통해 확인할 수 있듯이 BMS에 필요한 기능과 역할은 다양하며 배터리 운영 및 활용 전반에 관여함을 알 수 있습니다.
전기자동차용 BMS의 하드웨어 및 소프트웨어 구성도BMS 구성과 작동 흐름도를 통해 BMS 기능을 좀 더 상세하게 이야기해보고자 합니다.
앞에서 언급한 것과 같이 배터리 관리 및 제어를 잘하기 위해서는 다음과 같은 메커니즘을 통해 작동한다고 볼 수 있습니다.
1) 모니터링 : 잘 측정해야 합니다.
2) 추정 : 모니터링 한 데이터를 기반으로 적절한 예측 알고리즘을 통해 배터리의 상태를 추정합니다.
3) 제어/관리 : 추정된 결과 값을 기반으로 배터리를 관리/제어하며 배터리 상태를 최적으로 유지합니다.
4) 진단 : 제어 및 관리가 이루어지지 않는 상황에 적절한 진단(고장 진단)을 통해 경고합니다.
1) 모니터링 : 잘 측정해야 합니다.
BMS가 받아들이는 입력 신호에는 크게 4가지로 구성됩니다.
① 주 회로 전류센서와 전압 센서에 의해 측정된 주 전류 및 전압
② 온도 센서가 측정한 셀의 온도, 배터리 외부 온도 및 배터리 냉매 입구와 출구 온도
③ 가속 페달과 브레이크 페달 센서가 측정한 아날로그 신호
④ 시동 스위치 및 충전 허용 또는 금지 스위치에서 전달된 디지털 신호
이와 같이 데이터를 잘 측정하고 모니터링해야 합니다.
2) 추정 : 모니터링 한 데이터를 기반으로 적절한 예측 알고리즘을 통해 배터리의 상태를 추정합니다.
모니터링한 데이터를 기반으로 여러 형태의 예측 알로리즘을 통해 배터리 상태를 추정합니다. 예를 들어
① SOC예측 알고리즘
SOC는 표준상태에서 충전할 경우 총 충전량 대비 배터리에 남아있는 충전량의 비율을 의미한다. SOC는 보통 %로 표시하며, 100%는 최대 충전 상태이고 0%는 최대 방전 상태입니다.
② SOH 예측 알고리즘
배터리 건전성(SOH)은 배터리의 가장 이상적인 상태를 기준으로 배터리의 현재 상태를 비교하여 그 값을 퍼센트(%)로 나타낸다. 예를 들어 초기 용량 대비 현재 배터리 용량이 80% 이하일 경우 SOH의 값은 80%가 되고 BMS는 배터리를 교환하라고 경고합니다.
③ SOF 예측 알고리즘
SOC는 현재 배터리가 완전 충전된 배터리와 어느 정도 다른지를 나타내고, SOH는 현재 배터리가 새로운 배터리와 얼마나 다른지를 나타낸다. 즉 SOF는 배터리를 사용하는 도중에 배터리 성능이 실제 요구조건에 얼마나 부합되고 있는지를 나타내기 때문에, SOF는 SOC, SOH, 작동 온도 및 충전/방전 이력에 의해 결정됩니다.
3) 제어/관리 : 추정된 결과 값을 기반으로 배터리를 관리/제어하며 배터리 상태를 최적으로 유지합니다.
추정된 값을 기반으로 배터리를 제어하고 관리하며 관리 및 제어기술에는 크게 2가지로 구분됩니다. 하나는 배터리를 균등 냉각하여 동일한 성능 구현이 가능하도록 하는 열관리 제어, 두 번째로 배터리 상태를 파악하여 최적 효율 점에서 작동하도록 하는 배터리 충전상태 제어입니다.
(1) 열관리 제어의 예를 들면, 충전 시 배터리의 온도가 0도씨 이하 일 경우 배터리 온도를 올려 준 이후에 충전을 하게 합니다. 배터리 제조업체가 제시한 가이드라인을 보면 20°~55℃ 사이에서 방전하고, 0°~45℃ 범위에서 충전할 것을 권장하고 있습니다. 이는 배터리 성능을 최적으로 유지하기 위함입니다.
(2) 배터리 충전 상태 제어의 경우, 충전 시 모든 셀이 균일하게 충전될 수 있도록 관리를 합니다. 이 기술은 흔히 Cell balancing이라고 하며, 배터리의 수명과 성능을 유지하기 위해 필수로 적용되는 기술입니다.
이 밖에 Short-circuit protection 기술(단락으로 인한 과전류로 배터리팩이 손상되는 것을 방지하는 기술), Overcharge protection 기술(배터리팩 충전 시 배터리셀이 과충전 되는 것을 방지하는 기술) 적용하고 있습니다.
4) 진단 : 제어 및 관리가 이루어지지 않는 상황에 적절한 진단(고장 진단)을 통해 경고합니다.
결함 진단은 배터리 안전을 보장하는 데 필수적인 기술입니다. 1995년 IEC가 제정한 배터리 관리시스템 규정에 의하면 전기자동차용 BMS는 배터리 건전성이 훼손되었을 때 이를 사전에 경고하고, 배터리 성능이 약화된 정보를 제공하는 등 배터리 결함 진단 기능을 가져야 한다고 정하고 있습니다. 고장 진단의 종류에는 Sensor Faluts
Network Fault
Cell Faults
OverVoltage
Loverload
SOC Too High or Too Low
Temperature Rising Too Fast
등이 있습니다.
결함 진단 기술은 진단 대상 기기의 작동 원리를 바탕으로 컴퓨터 네트워크, 데이터베이스, 제어이론, 인공지능 및 기타 기술과 접목하고, 공정 변수 예측과 상태 예측 및 다른 경험적 예측방법을 동원하여 더욱 완전한 운영체제로 발전하고 있습니다.
BMS 기술의 한계와 과제
1) 이상적인 실험 조건 이외의 실제 주행 조건 적용을 위해 새로운 모델이 필요
예) 사용자에 따란 상이한 주행 이력, 운영 특성에 따른 상이한 배터리 내부 특성 (전압, 용량..)
- 배터리 측정 정보 기반 전기자동차의 주행 환경을 완벽하게 묘사하기 어려움
- 용도. 사용 패턴, 운용환경, 배터리의 용량에 따라 배터리 전류, 전압 등의 특성 정보가 상이함
2) BMS 적용을 위해 높은 연산량 및 대량의 데이터 저장 공간이 필요
- 다양한 운용 특성에 따른 배터리 빅데이터 수집 및 분석이 필요
- 빅데이터 기반 데이터 처리 및 인공지능 플랫폼이 필요
BMS 기술동향
1) 무선통신 배터리 관리 시스템 (Wireless BMS)
- 배선을 제거하면, 무게와 설치 공간이 줄고 이론상 신뢰성과 효율을 높임
- 특정 통신 시스템을 개발하거나 새로운 차량마다 복잡한 와이어 하네스를 재설계할 필요 없음
- 배선에 대한 제약사항 없이 배터리 팩 내부 공간 추가 확보 가능
- Internet of Things(IoT) 기반의 무선 통합 운영 관리 시스템에 정보 전달
출처 : 인공지능 신문2) 클라우드 BMS (Cloud BMS)
- Cloud 시스템 기반의 BMS로 배터리 정보를 클라우드에 전송 및 다양의 데이터를 처리
- 데이터 전처리/저장/분석 플랫폼 개발
클라우드 BMS는 운전자 프로필 등록을 통해 운전 환경이 동기화하게 되며, 이를 통해 개인별 최적은 배터리 관리 서비스 제공이 가능합니다. 테슬라의 경우 전주기적 이력관리를 위한 데이터 센터를 운여하고 있으며, 주행 중 발생하는 운전자의 습관, 주행 데이터, 데이터 센서 정보 등의 각종 데이터를 실시간으로 수집하고 있습니다. 이러한 데이터를 클라우드 BMS에 저장되면 개인별/차량별 배터리 관리를 가능하게 합니다. 즉 운전자의 잘 못된 운전 습관이 배터리 성능과 수명을 감소시킨다면 이를 운전자에게 안내하게 됩니다. 이를 통해 배터리의 수명과 성능을 최적의 상태로 유지시킵니다.
BMS의 궁극적은 역할은 배터리 수명관리, 배터리 성능관리, 배터리 안정성 관리입니다. 배터리 사용 중에 만 이러한 역할을 가지는 것이 아닌, 배터리 전 생애 주기에 걸친 관리를 통해 배터리 선순환 체계를 가짐에 기초가 됩니다.
출처 : LG 에너지 솔루션3. 주요 기업 성장 방향
전기차 배터리 밸류체인 상에서 여러 밸류체인의 사업을 영위하고 있는 기업의 경우 배터리 서비스 산업은 타 밸류체인 영역 산업을 강화와 부가서비스 확대를 통한 수익률 확대를 하고자 합니다. 배터리 서비스 영역의 크게 배터리 유통의 다양화, 배터리 관리 영역 및 배터리 데이터 기반의 가치평가로 나누어집니다. 이 중 관리 영역과 데이터 기반 산업은 배터리 생애 주기에서 얻어지는 데이터로 배터리 셀 생산, 제작을 위한 기술 개발과 재 활용 영역에서 크게 활용될 수 있는 부분입니다. 다음의 회사는 배터리 서비스를 출시 및 준비하고 있는 회사라 각 회사의 배터리 서비스 사업이 어떠한 의미를 가질지 생각해 봅니다.
1) LG 에너지 솔루션
** 배터리 관리서비스 개시
5분 간격으로 데이터 수집해 배터리 상태·수명 실시간 안내, 중고차 거래 때 인증서도 발급,
배터리 개발用 데이터 축적해, 6조원 폐배터리 시장 정조준
출처 : 매일경제LG 에너지 솔루션에서 출시한 B-라이프케어 서비스는 배터리 관리 및 평가 인증을 해 주는 서비스로 전기차 소유주에게 배터리 수명과 상태를 알려줍니다.
배터리는 전기자동차에서 차지하는 경제적 가치가 높기 때문에 중고차 거래서 배터리의 생태와 수명에 따라 중고차 거래에 큰 영향을 미친다. 즉 전기 중고차 배터리의 상태에 따라 중고차 가격에 차이가 나기 때문이다. 향후 LG 에너지 솔루션이 △배터리 평가 결과 △배터리 최대 성능 비교 △배터리 고장 점검 등이 포함된 배터리 인증서를 발급하게 되며 전기차 중고차를 매입할 고객은 이 인증서를 요구하게 되며, 매도자는 해당 인증서를 바탕으로 중고차 가격을 높게 받을 수 있는 근거로 사용할 수 있습니다.
이미 이러한 내용은 사업보고서 및 투자설명서를 통해 배터리 서비스 신규 사업에 대한 내용을 이미 알리고 있었습니다. 해당 내용에 따르면, LG에너지 솔루션이 지금까지 축적해온 배터리 데이터 및 차량 운영 데이터를 활용하여 배터리 제조뿐만 아니라 리스나 리유즈에 필요한 인증 서비스 등 'e-Platform'의 사업화도 적극적으로 준비하겠다고 하였습니다. 최근의 B-라이프케어 서비스는 해당 사업의 시작을 알리는 것으로 보입니다.
유사하게 SK온 역시 비슷한 서비스를 준비하고 있으며, 2021년 전기차 배터리 진단 서비스를 시작하며 배터리 서비스 사업에 속도를 내고 있습니다. SK온은 전기차 충전 앱 'EV 인프라' 운영사인 소프트베리와 함께 전기차 배터리 진단 서비스를 시작했으며, 중고차 업체 케이카가 사들인 중고 전기차 배터리의 남은 수명과 잔존 가치도 SK온이 인증해 주는 형태의 협업을 진행하고 있습니다.
이러한 LG 엔솔의 사업 방향은 밸류체인 확장을 추진하는 것으로 끊임없는 혁신을 추구하고 경쟁사와의 기술 격차를 벌리며, 새로운 수익 창출 구조는 만들겠다는 것으로 보입니다.
2) 피엠그로우
피엠그로우는 배터리팩 설계 및 제조 사업, 배터리 구독 서비스 사업, 리유즈 배터리 사업을 주요 사업 영역으로 전기차 배터리 밸류체인 상의 여러 영역에서 수직 계열화 이루며 사업을 진행하고 있습니다. 이 중 배터리 구독 서비스 사업은 전기차 데이터 분석기술에 기반하여 전방 및 후방 사업의 연계 및 신규 비즈니스 발굴하기 위해 꼭 필요한 영역으로 판단됩니다.
배터리 구독 서비스 사업은 아래 그림과 같이 초기 차량 구매 시 피엠그로우가 배터리 비용을 부담하고, 배터리를 월정액을 납부하여 리스하는 방식으로 배터리를 제공하는 서비스입니다. 본 서비스를 통해 데이터 수집을 하여 데이터 기반 실시간 모니터링, 수명 예측 및 고장예방, 긴급 상황대응 등 운영 서비스를 제공하고 구독 고객별 맞춤형 서비스를 제공합니다.
피엠그로우는 전기버스를 주력을 배터리 팩을 제작하고 있으며, 향후 다양한 종류의 전기자동차로 확대 전개할 것으로 보입니다. 또한 이미 여러 영역의 전기차 배터리 밸류체인에서 사업을 하고 있는 부분에서 제품과 서비스의 다양화를 통해 사업 발전을 추진할 것으로 예상됩니다.
작가 분석피엠그로우의 다양한 배터리 서비스는 배터리 전/후방 산업에 경쟁력 강화를 시켜 줄 것으로 보입니다. 방전량 보증 서비스를 통한 배터리 재활용 영역에서 경쟁력을 가질 수 있고, 다양한 배터리 서비스를 통해 수집된 데이터를 통해 전/후방 제품의 상품성 개선에 도움이 될 것으로 보입니다. 특히 배터리 팩 제작에 있어서 배터리 서비스 운영 중에 수집되는 배터리 데이터는 배터리 팩의 제작에 주요한 기술은 BMS 기능 개선 및 향상에 도움을 준다. 전압과, 전류, 온도를 실시간으로 관리하는 BMS는 데이터 분석을 통해 정확한 진단을 가능하게 하고 안정적인 배터리 관리를 가능하도록 하여 배터리의 수명과 안정선을 높여 줍니다.
배터리 서비스는 전기차 배터리 산업에서 자동차 회사와 필연적으로 경쟁 및 협업관계를 가져갈 수밖에 없는 영역입니다. 때로는 같이 때로는 별도로 배터리 서비스를 하게 될 텐데요 궁극적으로 경쟁은 핵심은 BMS 데이터 기반 서비스 알고리즘의 정확성, 그리고 정확성을 기반으로 하는 보증 프로그램을 제공으로 수익을 얻고 동시에 정확성을 바탕으로 한 위험 최소화에 있지 않을까 합니다.
오늘 글을 마지막으로 배터리 시리즈 5편을 마무리합니다. 전문 분야가 아니어서 내용에 다소 오류가 있을 수 있습니다. 이점 양해 부탁드리고 지금까지 배터리 편을 읽어 주셔서 감사드립니다.
오늘은 여기까지 작성합니다. 읽어주셔서 감사드리고, 잊지 마시고 “좋아요” 혹은 “추천” 그리고 브런치 "구독" 부탁드립니다.
PS.
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2) 명함
3) 별명(단톡방 사용 두 자리 이상 한글)
4) 회사 소개
5) 담당 업무 소개
를 보내 주시면 방 참여 코드를 전달드립니다. 많은 분들의 참여를 기대하겠습니다.
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1:1 갠톡 링크: https://open.kakao.com/me/mobility
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자료출처 :
매일경제 - LG엔솔 "고객님 전기차 배터리 점수는 97점"
