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Battery, EV

<2024년> LIB 열 관리 및 열폭주 방지관련 모듈 팩 기술 개발 동향 및 시장 전망 (~2035년)

 

최근의 전기자동차 판매 부진으로 인해 조금은 주춤한 상황이지만, 여전히 전기자동차 산업에 대한 희망적인 전망은 지속될 수 밖에 없다.

각국의 탄소배출권 강화로 인해 자동차 제조사들이 전기자동차를 판매하지 않고서는 제제로 인한 패널티를 감당할 수가 없을 것이다. 이에 전기자동차로 전환은 지속 될 것임은 명백하다. 다만, 소비자들이 전기자동차를 바라보는 구매자들의 여러 부정적인 시선들을 가벼히 넘길 수 없기때문에 전기자동차 제조사들은 용이한 충전, 긴 항속거리, 배터리 화재로부터 안전성 등 해결해야 할 과제들을 갖고 있다. 특히 전기차 배터리 화재 문제는 단순한 기술적 과제를 넘어 사회 안전과 직결되는 중요한 사안이므로 매우 철저하게 검증을 받을 수 밖에 없다. 

EU집행부는 2026년 새로운 배터리 규제(New batteries regulation)를 실시할 예정이며 이의 핵심은 배터리 패스포트(Battery Passport) 이다. 따라서 배터리 제조사들도 국제 규제에 대응하기 위해 배터리 안전성과 투명성을 강화할 필요가 있다. 이에 본 레포트는 최근 전기자동차의 배터리 모듈 및 팩의 기술 동향을 살펴보고 특히, 열폭주 관련된 각 제조사들의 대응 방안 및 기술에 대해서도 깊이 살펴 보고자 한다.

 

본 리포트는 이차전지 배터리 팩의 기본 개념과 열관리에 대한 기초적인 개념 설명 뿐 아니라 배터리팩 구조와 개발동향 및 배터리 팩 구성 부품에 대한 설명, 또한 주요 OEM Platform에 따른 Battery pack 개발 현황 및 주요 EV 전기자동차 배터리 팩 사양분석 및 요약, 배터리 열폭주 대응 기술 동향 및 열폭주 방지 솔루션 (Thermal Runaway Barrier)에 대한 상세한 설명, 배터리팩 주요 부품업체 및 열관리, 열폭주 업체 소개, EV 시장 전망과 Pack 시장 전망, 열관리 소재 시장 전망을 하였고, 마지막 장에서는 관련 배터리 사 Pack 특허 동향 현황과 사례를 다루었다.

 

본 보고서의 Strong Point 

① 배터리 팩의 기본 개념과 배터리 팩 열관리에 대한 이해하기 쉬운 설명

② VW, 현대차, GM, CATL, BYD, LGES, Skon, Tesla, NiO 등 주요 OEM의 팩기술 동향파악 용이

③ 주요 EV 배터리팩 사양 요약 (Usable battery pack capacity)및 판가, 에너지밀도 상세 분석

④ 최근 이슈로 떠오르고 있는 배터리 열폭주 대응 기술 동향 및 방지 솔루션 상세 분석

⑤ 국내외 배터리팩 부품 제조사 및 열폭주 업체 개발 동향에 대한 상세한 정보 수록

  ⑥ EV 시장 전망과 Pack 시장 전망 및 Pack 열관리 소재 시장 전망

⑦ Pack 구조안전 분야, 열폭주 분야, CTP 분야 특허 사례를 통한 팩 특허 동향 파악

 

[ Battery pack 구성부품 - pack housing 소재 ]

  

 

[ OEM Platform에 따른 Battery pack 개발 현황 - LGES CTP Technology ]

  

 

[열폭주 방지 솔루션 - TP(Thermal Propagation) 방지 대책 ]

  

목 차

 

1. 배터리팩 개념과 정의 -------------------------- 14

1.1 Battery pack의 기본 개념

∙ 전기자동차에서 Battery Pack의 의미

∙ Battery cell, Battery Module, Battery pack의 의미

∙ 전기자동차 플랫폼과 팩, 모듈

∙ 전기자동차 플랫폼 내 팩의 기본 구성

∙ Cell 및 Module 연결 방식(Serial / Parallel)

∙ 배터리 용량 Capacity / 배터리 가용에너지 Usable Energy

∙ 배터리 SOC, SOH, DOD 의미 

∙ 배터리 충전 방전 (C-rate)

∙ 배터리 팩 Specification

1.2 Battery pack의 열관리 -------------------------- 27

∙ Pack 의 열관리 방식

∙ Pack 의 최적의 열관리 (설계적 요소)

∙ Pack 의 냉각 및 히팅 방식

 

2. 배터리팩 구조와 개발동향 ------------------------- 38

2.1 Battery pack 구조

∙ Pack의 구조 (Exploded view)

2.2 Battery pack 구성 부품 ------------------------- 40

∙ Pack housing 소재

∙ xEV 차종 별 배터리 Housing 적용 현황 (Cover , Tray)

∙ 팩 Sealing Gasket

∙ Pack Integrity and Validation (CAE, IP test)

∙ CMA(Cell Module Assembly)의 구조 (각형, 파우치형, 원통형)

∙ CMA Cover

∙ Compression pad

∙ Cooling system Type 1

∙ Cooling system Type 2

∙ Cooling system Type 3

∙ Cooling system Type 4

∙ TIM(Thermal Interface Material) 구성 및 소재별 특성

∙ TIM(Thermal Interface Material) for module

∙ BMS(Battery Management System) 구조 및 특성

∙ PRA (Power Relay Assembly) 

∙ MSD (Manual Service Disconnector)

∙ HVIL 커넥터 (High Voltage Interlock connector)

∙ Sensors (온도 및 전류 센서)

 

 

2.3 OEM Platform에 따른 Battery pack 개발 현황 ------------------- 64

∙ EV 플랫폼에 따른 Pack 컨셉 변화

∙ EV 플랫폼에 따른 Pack 특징

∙ VW MEB platform

∙ 현대차 E-GMP platform

∙ GM Ultium platform

∙ Module-free 배터리팩의 기술 동향 

∙ CATL, BYD CTP Technology

∙ LGES CTP Technology

∙ SK온 CTP Technology

∙ Tesla New structural battery pack (Cell to Vehicle) 

∙ Hybrid Battery Pack 적용 (NIO NCM-LFP battery cell CTP)

∙ Hybrid Battery Pack 적용 (CATL AB battery Pack)

 

3. 전기자동차 배터리 팩 사양분석 및 요약 ------------------------ 78

3.1 전기자동차 배터리팩  사양 분석

3.2 EV용 배터리셀과 팩의 판가 전망

3.3 승용차용 전기자동차 배터리팩 평균 용량(kWh)

3.4 전기자동차 배터리팩 에너지 밀도 분석(kWh/kg)

    3.5 전기자동차 배터리 팩 Usable energy 분석

3.6 배터리팩 주요 부품들의 무게 비중

3.7 배터리팩 주요 부품들의 Cost 구성

3.8 주요 EV 배터리팩 사양 요약 1

3.9 주요 EV 배터리팩 사양 요약 2

3.10 주요 EV 배터리팩 사양 요약 3 (Usable battery pack capacity)

 

4. 배터리 열폭주 대응 기술 동향 ------------------------- 90

 4.1 열폭주 현상 및 원인

 4.2 배터리팩 난연의 필요성

 4.3 열폭주 방지 솔루션 (Thermal Runaway Barrier)

∙ TP(Thermal Propagation) 방지 대책

∙ 모듈 내부에 적용되는 TBA(Thermal Barrier Assembly)

∙ 모듈 외부에 적용되는 TBA(Thermal Barrier Assembly)

∙ TP 소재별 특성

∙ 모듈 및 팩 레벨의 TP 솔루션 : Venting technology

∙ 두가지 형태의 배터리 팩 Venting 솔루션 (레벨 1, 레벨 2)

∙ 배터리 팩 Venting의 일반적인 설계 디자인 (레벨 1, 레벨 2)

∙ 셀, 모듈 그리고 팩 레벨에서 De-gas용 Vent 적용

∙ 주요 설계 및 성능 고려 사항

∙ 제품 요구 사항 : 레벨 1, 레벨 2 Venting

∙ 테스트 요구 사항

∙ Benchmark 사례 분석 

∙ Mica를 대체 가능한 Thermal Barrier 용 단열 소재 

∙ Mica 소재 특성

∙ TRP Paper 제품 특성

∙ 기타 대안 소재들

 

5. 배터리팩 주요 부품업체 ------------------------ 125

 5.1 Battery Pack 부품 제조사 (Global / 국내)

∙ 한국단자

∙ 영화테크

∙ LS EV 코리아

∙ 우리산업

∙ 현우산업

∙ 유라코퍼레이션

∙ 경신

∙ 모베이스전자(서연전자)

∙ 알루코

∙ 한온시스템

∙ 생고뱅 PPL 

∙ 인지 컨트롤스

∙ 세방리튬배터리

 

5.2 열관리 소재 업체

∙ Alkegen

∙ Morgan

∙ Rogers

∙ Laird

∙ ASPEN

∙ Pamica

∙ Glory

 

6. EV 시장 전망과 Pack 시장 전망 -------------------- 166

6.1 EV 시장 전망

∙ BEV/PHEV 별 글로벌 승용 EV 시장 전망

∙ 글로벌 xEV용 배터리 수요 및 전망

∙ 글로벌 EV배터리 cell 및 pack 시장 규모

∙ 글로벌 EV Major Maker 별 전망

6.2 Pack 시장 전망

∙ 전기자동차용 팩 시장 규모 및 전망

  6.3 Pack 부품 시장 전망

∙ 전기자동차용 팩 부품 시장 규모 전망

   6.4 Pack 소재 시장 전망

∙ 팩 하우징 소재 시장 규모 전망

∙ 팩 열관리 소재 시장 규모 전망

∙ TP 솔루션 소재 시장 규모 전망

∙ 셀간구조 소재 시장 규모 전망

   6.5 열관리 소재 시장 전망

 

7. Pack 특허 동향 ------------------------- 177

7.1 국내 배터리 사 출원 특허 현황

7.2 국내 배터리 사 특허 사례

∙ Pack 구조안전 분야 특허 사례

∙ Pack 열폭주 분야 특허 사례

∙ Pack CTP 분야 특허 사례