관리번호		2021-패키지-자동차-02			과제유형	■ 통합형 □ 병렬형 □ 일반형
산업기술분류1		대분류	기계·소재		중분류	자동차/철도 차량	소분류	전기 및 전자 장치
산업기술분류2		대분류	-		중분류	-	소분류	-
융합분류		■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형 □ 신산업창출형 □ 해당없음
해당여부		□ 표준연계 □ 해외연계 ■ 특허연계 □ 안전과제
		□ 경쟁형R&D □ 복수형R&D ■ 대형통합형
과제명	총괄	전기차 고전압 릴레이용 고내구 내아크성 소재 및 1000V급 고전압 릴레이 기술 개발
	1세부	전기차 고전압 릴레이용 고내구 접점 및 아크 챔버 소재기술 개발
	2세부	고내구 내아크성 소재 기반 1000V급 고전압 릴레이 기술 개발
	3세부	전기차용 1000V급 고전압 릴레이 평가/검증 및 차량 적용기술 개발
1. 개요 및 필요성
ㅇ (개요) 전기차용 구동전원의 안정적인 제어를 위한 통전/차단 성능과 보호기능이 확보된 1000V/400A급 고전압 릴레이 소재, 부품 및 평가/검증기술 개발 ㅇ (필요성) 전기차 요소부품인 고전압 릴레이는 해외 의존도가 매우 높은 품목으로서, 향후 급격한 전기차 시장확대가 예상됨에도 불구하고 안정적 부품 수급에 차질이 발생할 우려가 높아 독자적인 기술 확보 시급 - 전기차 1회 충전 주행거리 증대 및 충전시간 단축을 위한 고전압·대전류화로 인해 통전/차단 순간에 발생하는 아크 에너지(Arc Energy) 및 단락전류(Short Circuit Current)가 증가되어 릴레이의 접점 및 아크 챔버(Arc Chamber)가 손상되고 정상적인 통전/차단 및 보호기능이 상실될 우려 제기 - 접점 및 아크 챔버 손상을 방지하기 위한 고전도/내아크성 소재 확보 및 통전/차단 성능 향상, 전자반발 억제, 액추에이터(Actuator) 고도화, 보호기능 강화 등을 위한 고전압 릴레이 기술 확보가 절실 - 전기차용 1000V/400A급 고전압 릴레이 평가 프로세스 구축 및 내구 신뢰성 검증을 위한 평가/검증 기술개발 필요 ㅇ (기대효과) ’20년 세계 고전압 릴레이 시장은 약 5,600억원, 국내 시장은 약 590억원 규모이며, ’25년 세계시장 2.83조원, 국내시장 약 2,400억원 수준으로 성장 전망에 따른 전기차용 고전압 릴레이 부품 경쟁력 확보 및 수입 대체 기대 - 고전압 릴레이 독자기술 및 신뢰성 확보를 통한 안정적인 부품 수급 가능 * 전기차 1대당 고전압 릴레이 4개 적용, 예상가격 약 10만원 전기차 세계시장 규모 ’20년 : 563만대 → ’25년 : 2,825만대 전기차 국내시장 규모 ’20년 : 59만대 → ’25년 : 236만대 (’19년 SNE Research 보고서))
2. 연구목표
ㅇ 최종목표 : 고내구 접점/챔버 소재 기반 전기차용 1000V/400A급 릴레이 및 차량 적용 기술 개발 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계) - 접점 및 아크 챔버 손상방지를 위한 고내구 내아크성 소재 기술 개발 - 고내구/내아크성 소재 기반 1000V/400A급 릴레이 성능 및 신뢰성 확보기술 개발 - 전기차용 1000V/400A급 고전압 릴레이 평가/검증 및 차량 적용기술 개발 ㅇ 역할 및 기능 - 세부과제 종합관리 및 사업 추진방향 조정 - 연구개발을 통해 획득된 유무형의 성과물 관리, 사업화 전략 수립 지원 - 사업성과(실적) 관리 및 보고 총괄 등
3. 지원기간/예산/추진체계
ㅇ 개발기간 : 33개월 내외(1차년도 : 9개월 내외, 2~3차년도 : 12개월) ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 80.5억원 내외(1차년도: 22.1억원 내외, 2~3차년도 : 29.2억원 내외) - 총괄주관 사업비 : 총 정부출연금 0.6억원 내외(1~3차년도: 0.2억원 내외) ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업 ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수

관리번호

2021-패키지-자동차-02-01

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계·소재

중분류

자동차/철도

차량

소분류

전기 및 전자

장치

산업기술분류2

대분류

-

중분류

-

소분류

-

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 고전압 릴레이용 고내구 내아크성 소재 및 1000V급 고전압 릴레이 기술 개발

세부과제명

(1세부)전기차 고전압 릴레이용 고내구 접점 및 아크 챔버 소재기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 전기차용 1000V급 고전압 릴레이 통전/차단 성능과 내구성 향상을 위한 고전도/내아크성 접점 및 아크 챔버 소재기술 개발

ㅇ (필요성) 전기차 고전압화에 따른 통전과 차단 순간에 발생하는 아크 에너지(Arc Energy) 증가로 접점과 아크 챔버(Arc Chamber)의 손상 우려 증대

- 현재 국내에서 개발된 고전압 릴레이에 적용되고 있는 접점은 기존의 무산소동을 압연 및 가공 후 사용함에 따라 경도가 낮아 차단동작 시 접점 손상과 용착 발생 우려가 있어 고강도의 합금화된 소재를 해외에서 도입해야 함

- 또한 아크 챔버는 분말 미립화 및 고순도화 한계로 성형 및 소결 밀도가 낮아 아크 에너지에 의한 파손 및 안전사고 발생 확률이 높아 이에 대한 대책 수립 필요

- 접점손상 방지를 위한 고전도/고내구 접점 및 파손방지를 위한 세라믹 기반 고강도 아크 챔버 소재기술 개발 필요

ㅇ (기대효과) 1000V급 고전압 릴레이용 접점 및 아크 챔버 수입 대체를 통한 안정적인 부품 수급

* ’20년 고전압 릴레이 국내시장 규모 : 590억원(’25년 : 2,360억원)

* 접점 및 아크 챔버 : 236억원(’25년 : 944억원, 고전압 릴레이 단가의 40% 점유 가정)

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 전기차 고전압 릴레이용 고내구 접점 및 고강성 아크 챔버 소재 기술 개발

(TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7 단계)

- 접점 손상 및 용착 방지를 위한 고내구/내아크성 접점 소재기술 개발

- 내구성 및 가스 차단성 강화를 고강성 아크 챔버 소재기술 개발

- 소재 분석 및 평가 기술 개발

ㅇ 개발목표

성능지표			단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	고내구 접점 소재	경도1)	HV	90 이상	80	90 (일본, 파나소닉)
		내연화 온도2)	℃(30분)	450 이상	200	300 (일본, 파나소닉)
		인장강도3)	MPa	320 이상	275	300 (일본, 파나소닉)
2	고강성 아크 챔버 소재	파괴 하중4)	kgf	300 이상	200	250 (일본, 파나소닉)
		내압 강도5)	kgf/cm2	70이상	-	-
		가스 밀폐성6)	mbar·l/sec	1×10-9 이하	1×10-8	1×10-8 (일본, 파나소닉)

주1) 경도 : ASTM E9282 기준(전기전도도 90%IACS 이상 만족, 전기전도도 측정 : ASTM E1004-09)

주2) 내연화 온도 : 금속소재의 내열특성을 측정하는 방법으로, 30분간 일정 온도를 인가한 후의 경도가 초기 경도의 80%이하로 감소하는 온도

주3) 인장강도 : KS B0801 기준

주4) 파괴 강도 : 아크 챔버에 정하중 지지부를 고정하고, 중심부에 직경 10mm의 펀치로 정하중을 인가하였을 때, 아크 챔버가 파괴되는 하중

주5) 내압 강도 : 아크 챔버 내부에 압력을 가했을 때, 아크 챔버가 파괴되는 최소 강도

주6) 가스 밀폐성 : 아크 챔버 내부 진공도가 1×10-2[Torr] 이하에서의 He 감지율 기준

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 33개월 내외(1차년도 : 9개월 내외, 2~3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 16.9억원 내외(1차년도: 4.7억원 내외, 2~3차년도 : 6.1억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2021-패키지-자동차-02-02

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계·소재

중분류

자동차/철도

차량

소분류

전기 및

전자 장치

산업기술분류2

대분류

-

중분류

-

소분류

-

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 고전압 릴레이용 고내구 내아크성 소재 및 1000V급 고전압 릴레이 기술 개발

세부과제명

(2세부) 고내구 내아크성 소재 기반 1000V급 고전압 릴레이 기술개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 전기차용 구동전원의 안정적인 공급/차단을 위한 발열 저감, 전기/기계적 내구성 및 보호기능이 확보된 1000V/400A급 고전압 릴레이 부품기술 개발

ㅇ (필요성) 전기차의 고전압화로 통전/차단 순간에 발생하는 아크 에너지 증가에 의한 접점 손상과 단락 전류에 의한 전자 반발력(Electromagnetic Repulsion Force) 증대로 고전압 릴레이 접점의 단락 또는 융착 등 손상 우려가 높아짐

- 현재 500V급 고전압 릴레이가 사용되고 있으나, 전기차 시스템 전압 상향 및 초급속 충전 요구에 대응 가능한 1000V/400A급 릴레이 개발 필요성 대두

- 아크 소호, 전자반발 억제, 액추에이터(Actuator) 고도화 및 보호기능 강화 등을 위한 1000V/400A급 고전압 릴레이의 선제적 기술개발이 필요

ㅇ (기대효과) 전기차용 고전압 릴레이의 안정적인 부품 수급 및 수입 대체, 고전압 릴레이 독자 기술 및 신뢰성 확보 기대

* 고전압 릴레이 시장규모(전기차당 고전압 릴레이 4대 적용 기준, 릴레이 단가 : 25,000원 가정)

* 20년 : 5,630억원(국내 : 590억원), ’25년 : 2.83조원(국내 : 2,360억원)

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 고내구 내아크성 소재 기반 1000V/400A급 고전압 릴레이 기술개발

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7 단계)

- 차단 성능 확보를 위한 아크 소호(Arc Quenching) 기술 개발

- 전자반발에 의한 순간적인 접점 개방(Open) 방지 기술 개발

- 아크 챔버 기밀성(Sealing) 확보를 위한 이종소재 접합기술 개발

- 소비전력 및 소음 저감, 저전압 동작성능 확보를 위한 액추에이터(Actuator) 고도화 기술 개발

- 고장 예지를 위한 고전압 릴레이 내부 상태 모니터링 기술

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	연속 통전 능력1)	℃	140 이하	150	150 (일본, 파나소닉)
2	차단 전류2)	A (@정격전압)	1000V, 2000A 이상	450V, 3200A	750V, 2000A (일본, 파나소닉)
3	전자반발 발생전류3)	A	10,000A 이상	4,500A	8,000A (일본, 파나소닉)
4	접합 강도4)	kgf	400 이상	320	350 (일본, 파나소닉)
5	소비 전력5)	W	4 이하 (Holding 기준)	4.5	4.5 (일본, 파나소닉)
6	작동 소음6)	dB	75 이하	80	80 (일본, 파나소닉)
7	릴레이 사이즈 [W×H×D]7)	mm	84.5×89.6×42.5 이하	100×91×58	84.5×89.6×42.5 (일본, 파나소닉)
8	상태 모니터링 기능 포함여부8)	여/부	포함	-	-

주1) 연속 통전 능력 : 주위온도 60℃에서 정격전류를 인가하였을 때 포화되는 최대 온도

주2) 차단 전류 : 정격전압(1000VDC)에서 전류를 정·부의 방향으로 인가하였을 때 최대 차단 전류

주3) 전자반발 발생전류 : 고전압 릴레이가 접촉된 상태에서 접점에서 전자반발이 발생하지 않는 최소 전류(시정수 : 2ms 이하)

주4) 접합 강도 : 고정 접점과 아크 챔버 접합부 브레이징(Brazing) 강도

주5) 소비 전력 : 코일에 12VDC를 인가하였을 때, 코일에 흐르는 전류로 산출(Holding기준)

주6) 작동 소음 : 주변소음 40dB 이하에서 고전압 릴레이와 소음계의 거리를 1m로 하였을 때 고전압 릴레이 동작/석방 시 발생하는 소음을 X, Y, Z 축으로 측정

주7) 릴레이 사이즈 : 취부홀을 포함한 릴레이 사이즈 기준

주8) 상태 모니터링 신호에 따라 통전 또는 차단 상태를 정상적으로 유지하는지에 대한 기능 포함 여부

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 33개월 내외(1차년도 : 9개월 내외, 2~3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 42.9억원 내외(1차년도: 11.7억원 내외, 2~3차년도 : 15.6억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2021-패키지-자동차-02-03

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계·소재

중분류

자동차/철도

차량

소분류

전기 및 전자 장치

산업기술분류2

대분류

-

중분류

-

소분류

-

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 고전압 릴레이용 고내구 내아크성 소재 및 1000V급 고전압 릴레이 기술 개발

세부과제명

(3세부) 전기차용 1000V급 고전압 릴레이 평가/검증 및 차량 적용기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 고전도/내아크성 소재를 적용한 전기차용 1000V/400A급 고전압 릴레이 평가 및 검증기술 개발

ㅇ (필요성) 전기차 운용 환경 및 요구사양이 반영된 1000V/400A급 고전압 릴레이 단품에 대한 평가/검증방법이 정립되어 있지 않아 이에 대한 대응방안 수립 필요

- 고전압 릴레이 소재 및 단품 개발 결과물에 대한 실차 수준의 릴레이 동작성능 평가/검증과 내구평가를 통한 차량 적용기술 확보 필요

- 1000V/400A급 고전압 릴레이 차량 장착성 확보를 위한 전기차 운용환경과 충/방전 특성이 모사된 HILS(Hardware in the Loop Simulator) 연계 고전압 릴레이 성능 및 수명 등 신뢰성 검증이 필요

ㅇ (기대효과) 전기차용 고전압 릴레이 평가/검증 기술 및 HILS 기반 실차 환경에서의 고전압 릴레이 신뢰성 확보 기대

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 1000V/400A급 고전압 릴레이 평가/검증 및 차량 장착성 확보기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7 단계)

- 1000V/400A급 고전압 릴레이 평가/검증 및 신뢰성 확보기술 개발

- 실차 환경을 고려한 HILS 연계 BDU 기반 차량 장착성 확보기술 개발

- 전기차 환경을 반영한 고전압 릴레이 평가 프로세스 개발

ㅇ 개발목표

성능지표			단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	고전압 릴레이 평가 /검증	기계적 동작 내구수명	회	250,000 이상	200,000	200,000 (일본, 파나소닉)
		전기적 내구 수명1)	만회	7.5 이상	6	7 (일본, 파나소닉)
		내진동성2)	G	4.5 이상	4	4.5 (일본, 파나소닉)
		내충격성3)	G	30 이상	20	20 (일본, 파나소닉)
2	차량 장착성	회로 전압 강하4)	V	1 이하	-	-
		주행 성능5)	사이클	1,500	-	-
		내환경성6)	작동여부	정상	-	-
3	신뢰성 평가법 개발		건	1	-	-

주1) 전기적 내구수명 : 20V, 140A 조건에서 전기적 스위칭(ON : 0.3초, OFF : 2.7초) 수명

주2) 내진동성 : 주파수 10∼200Hz 범위에서 각 축당 1시간 가진 후 릴레이 정상작동 확인

주3) 내충격성 : Half Sine Wave(18ms)를 각 축당 정·부 극성으로 3회씩 인가 후 릴레이 정상작동 확인

주4) 회로 전압 강하 : 고전압 릴레이 접촉(ON) 상태에서 배터리/인버터 단자를 연결하여 정격전류를 인가한 후, 배터리(+/-), 인버터(+/-) 간의 전압 강하

주5) 주행 성능 : 전기차 주행성능을 검증하기 위한 모의시험으로, 정격 전류를 20∼300%로 변경하면서 1,220초 동안 인가하였을 때를 1사이클로 한 반복시험

주6) 내환경성 : 온습도 복합 사이클 시험으로, JASO D001-94 기준임

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 33개월 내외(1차년도 : 9개월 내외, 2~3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 20.1억원 내외(1차년도: 5.5억원 내외, 2~3차년도 : 7.3억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수