전기차 시대의 OEM 필터 제조 미래

자동차 필터 시장의 구동 방식별 세분화 (내연기관 대 전기차)

자동차 제조업체들이 전통적인 가솔린 엔진과 전기차를 동시에 대응하려 하면서 자동차 필터 시장이 두 갈래로 분화되고 있다. Market Business Insights는 2023년 보고서에서 전 세계적으로 판매되는 자동차의 약 80%가 여전히 내연기관 엔진을 사용하고 있다고 밝혔다. 그러나 전기차 전용으로 설계된 필터 시장은 현재 다른 어떤 세그먼트보다 더 빠르게 성장하고 있다. 자동차 제조사들은 이 두 시장을 위해 완전히 다른 접근 방식이 필요하다. 가솔린 차량은 정기적인 오일 교환, 연료 시스템 청소 및 공기 흡입구 유지보수가 필요하지만, 전기차는 실내 공기를 도로 오염물질로부터 깨끗하게 유지하고 차량 내 민감한 전자 장치에 영향을 줄 수 있는 전자기 간섭을 관리하는 등의 새로운 과제를 안고 있다.

OEM의 전통적 엔진 에어 및 오일 필터링 수요 감소

전기차의 인기가 증가함에 따라 이번 연도 말까지 엔진 에어필터 수요는 약 34%, 오일필터 수요는 약 29% 감소할 것으로 보입니다. 자동차 제조사들은 이미 기존 생산 시스템을 다르게 바라보고 있으며, 일부 회사는 필터 연구에 지출하던 예산의 거의 절반을 전기차 기술 개발로 전환하고 있습니다. 전통적인 엔진 필터에 대한 필요성이 줄어들면서 자동차 부품 산업 전체가 매우 급격하게 방향을 전환하고 있습니다. 과거 모든 차량에 표준 장비로 탑재되던 부품들이 이제 더 이상 필요하지 않게 되고 있으며, 산업은 청정 교통 솔루션을 향해 빠르게 전환하고 있습니다.

전기차 실내 공기질 솔루션에 대한 수요 증가

전기차의 조용한 특성 덕분에 실내 HVAC 시스템의 소음이 더 두드러지게 느껴지게 되었고, 이는 공기 필터 기술 분야에서 상당히 흥미로운 발전들을 이끌어냈습니다. 요즘 사람들은 자동차 내부의 공기 청정도에 훨씬 더 많은 관심을 갖고 있습니다. 최근 설문조사에 따르면, 2023년에 전기차를 구매한 사람들 중 약 4분의 3이 차량 구입 결정 시 가격과 성능 못지않게 실내 공기 질을 중요하게 고려하고 있습니다. 프리미엄 전기차 제조사들은 빠르게 이러한 트렌드를 반영하여 현재 고급 모델의 거의 60%가 HEPA 필터와 실시간 입자 측정기를 탑재하고 있습니다. 승객들의 건강을 지키는 것을 넘어서, 이러한 업그레이드된 시스템은 차량 전반적인 느낌을 한층 더 프리미엄으로 만들어 줍니다. 보다 조용하고 민감하게 반응하는 공조 시스템은 운전자가 다음 차량에서 찾는 고급스러운 경험을 만들어 냅니다.

고전압 EV 아키텍처(예: 800V 시스템)가 필터링 요구 사항에 미치는 영향

800V 시스템으로 전환하면 전자기 간섭 측면에서 상당한 과제가 동반됩니다. 이 문제는 너무 두드러져서 엔지니어들이 정교한 전자 부품을 보호하기 위한 필터 설계 방식을 완전히 재고해야 할 정도입니다. 더욱 까다로운 점은 무엇일까요? 이러한 신규 플랫폼은 기존 400V 시스템 대비 약 2.5배 더 많은 열을 처리해야 하면서도 차량 내 설치 공간은 약 30% 적게 차지하는 필터가 필요합니다. 따라서 우리는 전자기 호환성 차폐 기능과 효과적인 열 관리 기능을 결합함으로써 이중 역할을 수행하는 이러한 고급 필터로의 전환을 목격하고 있습니다. 공간 배치 제약이 심한 자동차 제조사들에게 있어 다기능 접근 방식은 최신 파워트레인 설계에서 높은 성능 요구 조건을 충족하면서도 신뢰성을 희생하지 않도록 도와줍니다.

첨단 OEM 필터 설계: 소형화, 통합 및 전력 밀도 과제

전기차 응용을 위한 필터 제조 기술의 발전

많은 완성차 제조사들이 전기차와 관련된 특정 문제들을 해결하기 위해 레이저 절단 나노섬유 막과 적층 제조 기술을 도입하고 있다. 3D 프린팅 기술로 제작된 필터 하우징에는 배터리 시스템의 열 관리를 개선하는 내장형 냉각 채널이 포함되어 있다. 기존의 전통적인 셀룰로오스 소재에 의존하는 대신, 기업들은 고주파 세라믹 기판으로 전환하고 있다. 이러한 신소재는 이전보다 약 40% 더 많은 입자를 포집할 수 있으며, 150도 섭씨의 고온에서도 분해되지 않고 견딜 수 있다. 이러한 성능 덕분에 현대의 고효율 전기차에 탑재된 첨단 파워트레인 시스템에서 이 필터들은 필수적인 요소가 되었다.

소형화 및 모듈형 필터 솔루션의 트렌드: 공간 절약형 통합을 위해

최근 전기차 설계에서 큰 변화가 있었는데, 소형화된 아키텍처로 인해 2021년 초에 비해 필터 공간 수요가 약 35% 감소했습니다. 자동차 제조사들은 표준 연결 방식을 공통으로 사용하는 스택형 모듈을 도입하며 점점 더 스마트해지고 있습니다. 이를 통해 실내 공기 필터, 열 차단재, 그리고 귀찮은 EMI 억제 장치까지 모두 200세제곱밀리미터에 불과한 작은 상자 안에 통합할 수 있게 되었습니다. 이것이 생산 현장에서는 어떤 의미일까요? 조립 작업자들은 차량 1대당 약 18인건비를 절감할 수 있습니다. 또한 이러한 소형 모듈에는 내장형 IoT 센서가 탑재되어 기술자가 원격으로 성능을 모니터링할 수 있습니다. 그 결과 도로 주행 중 고장이 줄어들고 딜러십의 장기적인 유지보수 계획 수립이 더욱 용이해졌습니다.

고출력 밀도 EV 플랫폼에서 소형 및 통합 필터 설계에 대한 OEM 수요

현대의 자동차 제조사들은 0.3마이크론 크기의 입자까지 99.97퍼센트 포획할 수 있으면서도 기존 내연기관 부품 대비 약 절반 정도의 공간만 차지하는 에어필터를 요구하고 있습니다. 고급 전기차는 요즘 일반적으로 다단계 필터 시스템을 장착하고 있습니다. 이러한 고성능 시스템은 정전식 집진 기술과 활성탄 층을 포함하며, 때때로 항균 코팅까지 추가로 적용됩니다. 무게가 매 그램이라도 중요한 경우, 자동차 제조사들은 그래핀 강화 폴리머 소재의 특수 하우징을 사용합니다. 이 소재는 강도를 유지하면서도 단위당 약 1.2kg의 무게로 일반 알루미늄 부품보다 무게가 약 55퍼센트 가볍습니다. 차량 설계에서 불필요한 무게를 줄이려 할 때는 매우 타당한 선택입니다.

전자기 호환성(EMC) 필터: EV OEM 시스템에서 중요성이 커지고 있는 요소

전기차의 전자기 호환성(EMC): 핵심 성능 요소

고전압 배터리와 전력 전자 장치로 인해 전기차는 내연기관 차량보다 30% 더 많은 전자기 간섭(EMI)을 발생시킨다. 따라서 ADAS, 인포테인먼트 및 제어 시스템 보호를 위해 EMC 필터가 필수적이다. MarketsandMarkets(2024)에 따르면 전기차 부품 고장의 72%가 EMI와 관련되어 있어, 이제 완성차 업체들은 설계 초기 단계부터 EMC를 반영하고 있다.

배터리 시스템 및 파워트레인 내 EMC 필터 통합

최신 800V 아키텍처는 다음을 관리하기 위해 다단계 필터링이 필요하다:

• SiC 인버터에서 발생하는 고주파 노이즈(200MHz)
• 구동 모터의 공통 모드 간섭
• 50V/µs를 초과하는 DC-링크 전압 변동

주요 제조업체들은 EMC 필터를 배터리 모듈 내부에 직접 탑재함으로써 외부 솔루션 대비 평균 18dB 낮은 방사형 간섭을 실현하고 있다. 이러한 통합은 케이블 공진을 최소화하고 전체 시스템 신뢰성을 향상시킨다.

전기차용 EMC 필터의 규제 준수 및 표준

글로벌 전기차 시장은 엄격한 EMC 규정을 준수하고 있습니다:

업데이트된 ISO 11452-8 표준은 필터 커넥터에 대한 실사용 조건에서의 진동 테스트를 의무화하며, 이는 2022년 차량 리콜에서 확인된 고장 원인의 12%를 해결하기 위한 것이다.

EV EMC 배터리 필터 시장 성장 동인 및 예측 추세

EV EMC 필터 시장은 다음과 같은 요인들로 인해 2030년까지 연평균 29.4% 성장할 전망이다.

1. 2027년까지 신규 EV의 67%가 800V 이상 아키텍처 채택
2. 양방향 충전 시스템 확대
3. DC 급속 충전기의 광대역 간섭파 방출을 제한하는 새로운 FCC 규정

2020년 이후 필터의 복잡성은 3.8배 증가했으며, 통합 자성소자는 프리미엄 EV의 BMS 기판 면적의 15%를 차지하고 있다.

양산에서 EMC 성능과 비용, 무게 간의 균형 조절

그래핀 기반 필터는 페라이트 코어보다 EMI 억제 성능이 40% 더 뛰어나지만, kW당 74달러의 비용으로 인해 대량 생산에서는 사용이 제한됩니다. 대신 OEM들은 다음을 포함하는 하이브리드 설계를 채택하고 있습니다.

• 사출 성형 금속 복합재 외함 (cm³당 0.18달러)
• ESR 0.5Ω을 갖는 다층 세라믹 커패시터
• 자동 임피던스 정합 시스템으로 튜닝 시간을 83% 단축

이러한 솔루션은 C세그먼트 EV에서 서브시스템 무게를 4.2kg 미만으로 유지하면서 Class 3 EMC 요건의 92%를 달성합니다.

차세대 OEM 필터의 소재 혁신 및 스마트 기능

강화된 열적 및 전기적 내구성을 위한 신소재 채택

OEM들은 그래핀 강화 폴리머 및 세라믹 코팅 기판과 같은 복합 소재를 선도적으로 도입하고 있으며, 이러한 소재는 기존 필터보다 열 저항성이 40% 더 높습니다. 이들 소재는 배터리 팩 근처의 150°C 이상 고온에서도 견디며 25 kV/mm 이상의 절연 강도를 유지하여 800V 시스템에서 아크 방지를 위해 필수적입니다.

실시간 모니터링 기능을 갖춘 연결형 필터에 대한 수요 증가

스마트 필터는 이제 전기차의 정상적인 작동을 유지하는 데 필수적입니다. 자동차 부품 제조업체의 약 3분의 2가 2025년까지 개발 계획에서 인터넷 연결 기능을 갖춘 스마트 필터를 최우선 과제로 삼고 있습니다. 이러한 필터는 먼지 축적량, 압력 변화 및 필터 마모 상태를 감지하는 내장 센서를 탑재하고 있으며, 수집된 정보를 차량 정비 시스템으로 즉시 전송합니다. 실제 테스트 결과에 따르면 이러한 스마트 시스템은 예기치 못한 수리를 약 3분의 1 정도 줄일 수 있습니다. 자동차 제조사들은 성능 데이터를 공장의 컴퓨터 시스템으로 0.5초 이내에 전송할 수 있는 5G 네트워크 대응 모듈을 도입하기 시작했으며, 이를 통해 문제가 발생하기 전에 정비 기술자가 언제 어떤 부품이 관리가 필요한지를 정확히 파악할 수 있게 되었습니다.

전기차 전환 과정에서 OEM 필터 제조가 직면한 어려움 극복

전기차 필터 생산에서의 비용, 기술적 복잡성 및 공급망 문제

최신 2024년 자동차 공급망 보고서에 따르면, 고성능 여과 시스템의 가격은 일반 제품 대비 약 47% 더 높은 수준이다. 작년에는 반도체 부족 문제가 전반적으로 생산 속도를 크게 늦추며, 생산 일정을 8주에서 12주 정도 지연시켰다. 또한 효율적인 필터에 필요한 희토류 광물을 확보하는 데 어려움을 주는 다양한 지정학적 문제들이 존재한다. 기술적 과제도 계속해서 발생하고 있다. 엔지니어들은 전통적인 내연기관 대비 실제로 3배에 달하는 전자기 간섭 수준을 견딜 수 있으며 800볼트 시스템에서도 작동 가능한 부품을 설계하느라 상당한 어려움을 겪고 있다. 게다가 규제가 끊임없이 변화하면서 제조업체들은 단지 5년 전과 비교해 약 22% 더 많은 다양한 필터 구성이 필요해졌다.

진화하는 EV 전용 여과 기준을 충족하기 위한 제조 확대

자동차 산업은 원래의 장비 제조업체들이 새로운 필터 설계를 처리하기 위해 현재 생산 라인의 약 60퍼센트를 업그레이드해야 하는 주요 과제에 직면해 있으며, 동시에 ASIL-D 안전 규정이라는 엄격한 요구사항을 충족시켜야 한다. 글로벌 전기차 제조 부문의 최근 시장 조사에 따르면, 다가올 몇 년 동안 스마트 필터 설치 건수가 세 자릿수 성장을 기록할 것으로 예상된다. 그 이유는 무엇인가? 배터리 냉각 시스템에 대한 미세입자 포집 기준이 규제당국에 의해 계속 강화되고 있기 때문이다. 일부 주요 제조업체들은 이미 모듈식 조립 시설을 도입하여 리툴링 비용을 약 3분의 1가량 절감하고 있다고 알려져 있다. 또한 품질 검사에 인공지능(AI)을 통합함으로써 결함 발견률을 99.몇 퍼센트 이상까지 끌어올리고 있다. 그리고 2020년대 중반경에는 약 15종의 서로 다른 전기차 플랫폼 설계가 시장에 등장할 것으로 예상되는 만큼, 기업들은 다양한 전압 요구사항과 공간 제약이 심한 조건에서도 실제 운행 조건에서의 성능을 저하시키지 않는 유연한 솔루션을 확보할 필요가 있다.