전기차의 미래에 필요한 5가지 기술
IDTechEx는 미래 전기차 시장에 영향을 줄 수 있을 것으로 기대하는 5가지 기술 트렌드에 대한 연구 결과를 발표했다.
어드밴스드 리튬-이온 배터리 셀 및 팩
어드밴스드 리튬 이온은 실리콘 및 리튬 금속 양극, 고체 전해질, 높은 니켈 음극 및 다양한 셀 설계 요소를 말한다. IDTechEx는 배터리 수요를 결정할 때 전기차 시장, 특히 배터리 전기차의 중요성을 감안할 때 리튬 이온이 지배적 위치를 유지할 것으로 예상한다. 그러나 음극, 양극, 전지 설계 및 에너지 밀도에 대한 점진적인 개선이 핵심이다.
최근 발표한 IDTechEx의 보고서 "Electric Cars 2023-2043"에 따르면 2030년까지 배터리 셀 kg당 최대 400Wh가 시장의 핵심이 될 것으로 예측하고 있다.
혁신은 배터리팩 단위에서도 일어나고 있다. 열 인터페이스 재료, 접착제, 개스킷, 함침, 포팅, 필러 등을 포함하여 배터리 팩을 조립하는 데 여러 재료가 필요하다. 더 큰 셀 폼 팩터와 비모듈식 셀 대 팩 배터리 설계에 대한 일반적인 추세가 진행 중이며 셀과 모듈 간의 연결, 버스바 및 케이블 수를 줄이고 있다.
파워 일렉트로닉스
자동차 전력 전자 장치(인버터, 온보드 충전기, DC-DC 컨버터)에서는 배터리 팩 용량 감소 또는 주행거리 개선을 허용하여 파워트레인 효율성을 개선하기 위한 주요 발전이 이루어지고 있다.
효율성을 높이는 주요 방법 중 하나는 800V 이상에서 탄화규소 MOSFET 및 고전압 차량 플랫폼으로 전환하는 것이다. 실제로 르노, BYD, GM, 현대 등은 2025년까지 전력 전자 장치에 탄화규소 MOSFET을 채택할 800V 차량 플랫폼을 발표했다.
IDTechEx는 15년의 서비스 수명을 유지하면서 더 높은 스위칭 주파수, 증가된 전력 밀도 및 증가된 작동 온도가 요구됨에 따라 이러한 전환이 전력 모듈 패키지 재료에 새로운 도전을 제시한다고 말한다.
보고서에 따르면 800V 플랫폼과 SiC 인버터는 2030년까지 시장의 최소 10%로 증가할 것으로 예측하고 있다. 반도체 칩의 전력 밀도가 기하급수적으로 증가함에 따라 새로운 양면 냉각 설계, 구리 와이어 본드 및 리드 프레임이 이러한 추세를 가능하게 할 것이다.
전기 모터
전기 모터 시장은 전력 및 토크 밀도를 개선하고 사용되는 재료에 대한 더 많은 고려 사항을 개선하는 새로운 설계로 여전히 진화하고 있다. IDTechEx는 축 방향 자속 모터 및 다양한 OEM과 같은 개발이 희토류 물질을 완전히 제거할 수 있다고 믿는다.
전기 모터에는 몇 가지 주요 성능 지표가 있다. 출력 및 토크 밀도는 EV의 프리미엄인 무게와 공간과 함께 더 작고 가벼운 패키지에서 향상된 드라이빙 다이내믹스를 가능하게 한다.
또 다른 중요한 영역은 드라이브 사이클 효율성이다. 효율성 향상은 차량 가속 시 배터리에 저장된 소중한 에너지 중 낭비되는 에너지를 줄여 동일한 배터리 용량으로 주행거리를 향상시킨다는 것을 의미한다.
모터 설계의 다양한 고려 사항으로 인해 EV 시장은 영구 자석, 유도 및 권선형 회전자 모터를 비롯한 여러 다른 솔루션을 채택했다. IDTechEx는 모터가 영구 자석에 의해 지배되는 동안에는 비용과 지속 가능성이 앞으로 가장 중요해짐에 따라 자석이 없는 변형의 기회가 있을 것이라고 생각한다.
연료 전지
자동차 시장에서 연료 전지에 대한 기회는 제한적이지만 시장은 정부 지원에 힘입어 여전히 성장하고 있다. 차량 내 연료 전지의 배치는 새로운 개념이 아니다. 토요타, 포드, 혼다, GM, 현대, 폭스바겐, 다임러, BMW를 비롯한 주요 OEM 업체들은 지난 30년 동안 기술 발전에 막대한 자금을 투자했다. 승용차의 경우 연료전지 개발에 상당한 노력과 비용이 투입됐다. 그러나 2022년에는 도요타와 현대의 두 주요 OEM 생산 업체만이 FCEV(수소연료전지 자동차)를 생산하고 있으며 2021년에는 20,000대 미만의 FCEV가 판매되었다.
연료 전지 차량 출시는 연료 전지 시스템 구성 요소의 비용 절감 및 충분한 수소 연료 보급 인프라 구축을 포함하여 상당한 문제에 직면해 있다. 또한 재생 가능한 전기를 사용하여 물을 전기분해하여 생산되는 저비용 '그린' 수소의 가용성이 필수적이며, 이는 새로운 IDTechEx 보고서의 분석에서 강조 표시된 FCEV가 판매되는 환경적 자격을 제공하는 FCEV에 매우 중요한 것이다.
자율주행
'자율주행차'(AV)는 SAE에서 정의한 6단계의 포괄적인 용어입니다. 오늘날 대부분의 신차는 레벨 2 기능 옵션과 함께 출시되며 업계는 법률 규제 등이 해결되면 기술적으로 레벨 3에 대비할 준비가 되어 있다.
최근 몇 년 동안 레이더, 라이다, HD 카메라 및 소프트웨어와 같은 자율주행 차량 기술의 대대적인 개선으로 '로보택시'는 시장 준비의 정점에 이르렀다. 특정 시나리오에서 레벨 4 자율성은 2022년에 상용화되었으며 크루즈와 바이두는 각각 미국과 중국에서 초기 서비스를 도입했다.
IDTechEx는 이러한 서비스가 20년 이내에 어떻게 지배하게 될지 예측하고 있다. 전반적으로 IDTechEx는 자율 차량이 향후 20년 동안 자동차 시장을 변화시키기 위해 최대 47%의 비율로 확산될 엄청난 파괴적인 기술이 될 것이라고 예측했다.
