ASTI Market Insight 41: 자동차 공조시스템

자동차 공조시스템

데이터분석본부 부산울산경남지원 기술원

    박 민 지

1) 시장의 개요

자동차 공조시스템(HVAC)이란 차량의 난방(Heating), 환기 (Ventilation), 냉방(Air Conditioning)을 아우르는 시스템으로서 빠른  시간 내에 차량 내부 환경을 쾌적하게 만들기 위해 고온에서 저온 방향 으로 이동하는 열의 특성을 이용해 인위적으로 열 흐름을 생성해 주변  온도 이하로 공기를 냉각시킨다.

최근 환경적, 사회적 규제로 인해 내연기관 차량의 생산이 중단되고,  친환경 전기자동차의 수요가 증가하고 있다. HVAC는 전기자동차에도 

필수적인 부품이며, 배터리 전력으로 시스템이 운영되는 만큼 연비향 상, 절전 등 효율적인 열관리와 공조시스템이 요구된다.

KEY FINDING

1.  자동차 공조시스템(HVAC)은 차량의 난방, 환기, 냉방을 통합한 시스템이며, 차량 내부 환경을 쾌적하게 만드는 기술이다.

2.  온실가스 배출에 대한 규제가 세계적으로 강화되면서 친환경의 하이브리드자동차와 전기자동차 수요가 증가하면서 기존의  공조시스템에 대한 변화가 요구된다.

3.  내연기관 차량과 달리 배터리를 전력으로 이용하는 전기자동차는 공조시스템을 구동하는 내부 전장 부품의 열관리가 필요하다.

4.  자동차용 공조 산업의 세계 시장은 2018년 213억8,700만 달러에서 연평균 5.2 % 성장해 2024년 289억9천만 달러가 될 것으로  예측되는데 국내 기업이 차지하는 비중이 높은 편이다.

5.  전기자동차 시장이 확대되면서 전장 부품 통합 열관리 시스템과 스마트 공조시스템 모듈의 국산화 개발에 비중을 높이는 등 다양한  전략에 대한 고민과 투자가 필요할 것으로 보인다.

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지만, 전기자동차는 엔진에서 나오는 폐열이나 기계식 압축기를 사용할 

수 없어 PTC 히터¹⁾를 사용하거나 히트펌프 방식으로 열을 회수해 공조  및 열관리에 활용한다.

1)  PTC 히터 : 온도가 적정 이상으로 상승하면 자체적으로 전류량을 줄여 적정 온도를 유지시키므로 전력 소모가 적고 고온으로 인한 화재 위험이 적음.

표 1 자동차 공조시스템 냉난방 열관리 장치 비교

구분 내연기관차 하이브리드 자동차 전기자동차

냉방시스템 열원 냉매(증기 압축 사이클)

압축기 기계식 기계식 or 전동식 전동식

난방시스템 열원 엔진 폐열 고전압 PTC 히터

주요부품 수냉식 히터코어 수냉식 히터코어, 히터용 워터펌프 고전압 PTC 히터, 히트펌프시스템 출처 : KOSME 산업분석 Repor–자동차, 2019.05, KISTI 재인용

그림 1 자동차 공조시스템의 변화

출처 : 자동차 공조시스템 기술, 한온시스템 기업자료 / 전기자동차에서의 히트펌프 공조 및 열관리 기술동향, 대한설비공학회저널(2015)에서 재인용 수액기(Receiver)

응축기(Condenser)

증발기 HTR 오리피스 

양방향 밸브 축열기 컴프레서

열 센서

외부 HEX 3방향 밸브

열 센서

A/C오리피스

APT 가열된 공기

냉각된공기 PTC 

증발 내부 HEX 컨덴서

컴프레서

건조기/리시버

압축기(Compressor) 증발기(Evaporator)

팽창장치(Expansion device)

흡입관 송풍팬

송풍팬

고압측 저압 측

배출관

엑스팬션 밸브

EEV Valve Accumulator

Radiator

Compressor

HVAC module

Air PTC Heater Inner HEX

Fan module Outer HEX

HEX : Heat Exchanger EEV : Electronic Expansion Valve

내연기관 전기자동차

2) 관련 정책 및 제도

세계적으로 온실가스 배출 규제가 강화되면서 내연기관 자동차 생 산 계획을 중단하고, 하이브리드 혹은 전기차 등 친환경 차량의 생산 및  판매로 전환하고 있다. 특히 미국, 중국 등은 신에너지차(New Energy  Vehicle) 의무 판매 제도를 도입하고 있다. 국내에서도 친환경 자동차 의 비중을 늘리기 위한 정책을 활성화하는 등 전기자동차의 시장규모는  보다 확대될 것으로 전망된다. 전기자동차 주행거리에 영향을 미치는  열관리 시스템에서 냉난방 부품의 중요성이 부각되고 있는 가운데, 이 러한 글로벌 산업 동향 및 정책 기조는 차량 공조시스템의 독보적인 기 술력을 갖춘 기회 요인이 될 것이다.

3) 시장동향

시장 규모

자동차 배출가스 기준이 엄격해지면서 전기자동차와 하이브리 드자동차의 수요가 증가하는 추세이다. 전기자동차 수요는 2021년  2,897천 대에서 연평균 28.4 % 증가해 2030년 27,536천 대에 이 를 것으로 전망되고 있다. 이러한 변화는 자동차 열관리 시스템 시장 의 성장에도 영향을 끼칠 것으로 기대된다.

세계 자동차 열관리 시스템 시장은 2021년 408억6천만 달러에 서 2026년 490억98백만 달러로 연평균 3.7 % 성장할 것으로 예상 되며, 지역별로는 아시아 태평양지역에서 시장의 절반을 차지하고 

있다. 해당 시장의 성장은 실내 공조시스템과 연료의 효율적인 열관 리 시스템에 대한 수요 증가로 볼 수 있다.

전기자동차 및 하이브리드 차량 수요량 예측(2021-2030) 그림 2

(1,000 units) 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0

2021 2030 27,536

6,369

849 1,179 17

2,879

전기차 하이브리드 전기차 수소연료 전지차 출처: Automotive Thermal System market(2021), marketsandmarkets에서  KISTI 재가공

그림 3 세계 자동차 열 시스템 시장의 국가별 점유율 및 CAGR

출처 : Automotive Thermal System market(2021), marketsandmarkets에서 KISTI 재가공

2021 2026

490억 9800만 달러

CAGR 3.7%

408억 6천만 달러

자동차 공조시스템 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 041 자동차 공조시스템 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 041

세계 자동차용 공조산업의 시장규모는 2018년 213억8,700만 달 러에서 연평균 5.2 % 성장해 2024년 289억9,000만 달러로 예측 된다. 또한, KISTI 시장분석 프로그램인 K-MAPS에서 차량용 에어

컨 관련 국내시장을 분석한 결과, 2018년 2조9,396억 원에서 연평 균 5.7 % 성장해 2024년 3조6,877억 원이 될 전망이다.

경쟁 현황

자동차용 공조 시스템 분야 글로벌 시장은 일본 덴소, 한국 한온시스 템, 독일 말레(MAHLE GmbH), 프랑스 발레오(VALEO), 미국 보그워 너(BorgWarner) 등의 5 개 기업이 전체 59 % 이상의 시장점유율을  차지하고 있다. 특히 일본의 덴소와 한국의 한온시스템은 세계적인 공

급망과 차별화된 제품을 가진 독보적인 선두기업으로 평가된다. 덴소는  자동차 열관리 분야 세계 1위 업체로서 컴팩트한 HVAC 장치를 비롯한  친환경 에어컨 시스템을 개발하고, 최근에는 전기차 PTC 히터를 활용 해 난방일 때 주행거리를 기존 대비 31 % 향상시킬 수 있는 열관리 모 듈을 개발하였다.

국내 자동차용 에어컨 시장규모 자동차 공조시스템의 세계 시장 규모 및 전망 그림 5

그림 4

출처 : global Automotive Air conditioning market(2016), 중소기업 전략기술로드 맵-일반기계(2021-2023), 재인용

연평균 성장률 5.2%

8,700만 달러213억

9,000만 달러289억

2018 2024

출처 : K-MAPS, 차량용 에어컨-국내시장(2020), 중소기업 기술국산화 전략품목 상 세분석_자동차, 재인용

40,000

30,000

20,000

10,000

0 2018

29,396

2019 28,546

2020 30,033

2021 31,520

2022 33,007

2023 34,888

2024 36,877 (단위: 억 원)

자동차 공조시스템 주요 기업의 점유율 현황(2020) 자동차 공조시스템 제조분야 경쟁 업체 현황(2020) 그림 7

그림 6

출처: Automotive Thermal System market(2021), marketsandmarkets에서 재가공 Market Share/Rank

Star

Pervasive Participant

Emerging Leaders

Product Footprint

2020년

보그워너(미국) 7-12%

기타 18-23%

덴소(일본) 30-35%

한온시스템(한국) 13-18%

발레오(프랑스) 9-14%

말레(독일) 8-13%

국내 자동차 공조의 시장점유율 1위 기업인 한온시스템은 모든 차 종에 적용 가능한 연비 향상을 개발 목표로 세워 자동차용 공조 및 열 관리 시스템에 대한 통합 솔루션을 제공하고 있다. 주력제품으로는  차량용 HVAC, 파워트레인 쿨링(PTC), 압축기 등이 있다. 그 외에도 

HVAC의 핵심부품인 액추에이터, PTC 히터를 생산하는 우리산업과  친환경 차량 엔진부품인 전동식 워터펌프를 생산하는 지엠비코리아  등 국내에 많은 기업들이 자동차 공조시스템 시장을 선점하고 있다.

4) 분석자 인사이트

자동차 공조시스템에 대한 주요 요인들을 분석하면, 먼저 촉진요 인으로 세계적으로 온실가스 배출, 탄소저감, 미세먼지 예방 등에 대

한 환경 규제가 강화되면서 내연기관 차량에서 친환경 고효율 그린카 로의 시장 전환을 들 수 있다. 엔진 폐열을 활용하는 기존의 내연기관  차량용 공조시스템과 달리 PTC 히터, 히트펌프 등의 장치를 이용하 게 되면서, 관련 부품에 대한 국내외 기업들의 연구가 진행되고 있다. 

그림 8 일본 덴소의 중앙집중형 열관리 모듈

출처 : 전기자동차 공조 및 통합열관리 기술 동향, 한국산업기술평가관리원 인용 (2019)

중앙집중식 열관리 모듈 난방(제습포함)

Tamb = -10℃

냉방(제습포함)

Tamb = 30℃

그림 9 국내 기업별 주력 제품 현황

출처 : 기업별 홈페이지 제품소개 참고

한온시스템-HVAC 우리산업–HVAC 엑추에이터 지엠비코리아–전동식 워터펌프

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반면, 저해요인으로 COVID-19로 해외 수출입이 통제되면서 자동 차 부품 관련 수급이 어려워지고 있는 실정이 대표적이라고 할 수 있 다. 수요에 비해 공급이 부족해 부품의 비용이 증가할 수 있고, 이는  전체적인 공조시스템의 가격 상승으로 이어질 수 있음을 의미한다. 

이 같은 문제는 자동차산업뿐만 아니라 산업 전반에서 직면하고 있는  문제이기도 하다.

자동차 소비자의 고급화 수요 증대는 공조시스템 시장의 성장 기

회로 볼 수 있다. 세계 공조시스템 시장에서 국내 기업은 점유율이 높 은 편에 속한다. 이는 차별화된 기술력과 국내외 협력 네트워크를 기 반으로 발전가능성이 높은 것을 의미한다.

친환경 전기자동차 관련 시장에 대한 발전가능성이 무궁무진한 지 금 주행효율을 높일 수 있는 전장부품에 대한 효율적인 통합 열관리 로 스마트한 공조시스템 모듈의 국산화 개발 등 다양한 전략에 대한  고민과 투자가 필요할 것으로 보인다.   

그림 10 차량용 공조시스템에 대한 주요 요인 분석

촉진 요인 저해 요인

• 온실가스 배출, 탄소저감 등 세계 환경규제 강화

• 차량 내 공조시스템에 대한 고급화 수요 증대

• 높은 비용의 HVAC 관리시스템

• COVID-19로 인한 관련 부품 수급의 어려움

시장 기회 해결 과제

• 전기 차량 및 공조 시스템 부품 개발 수요 증대

• 세계 공조시스템 분야 국내 기업의 높은 점유율

• 스마트 공조시스템 모듈의 개발

• 전기차 전장 부품에 대한 효율적 통합 열관리

[1] 자동차용 공조 및 냉각시스템 개발 소개, 대한설비공학회 설비저널 제42권, 2013.10

[2] 전기자동차에서의 히트펌프 공조 및 열관리 기술 동향, 대한설비공학회 설비저널 제44권, 2015.11 [3] 전기자동차 통합열관리의 중요성, Auto Journal 전문가칼럼, 2019.06

[4] KOSME 산업분석 Report – 자동차, 융합금융처, 2019.05 [5] Samil Insights – 자동차 산업, 삼일회계법인, 2020.10

[6] 중소기업 전략기술로드맵-일반기계 2021-2023, 중소벤처기업부 [7] 중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석 <자동차>, 중소벤처기업부 [8] 전기자동차 공조 및 통합열관리 기술 동향, KEIT Issue Report, 2019.06 [9] 자동차용 공조시스템, 한온시스템 IR자료, 2018

[10] Automotive HVAC & Cabin Comfort Market, Marketsandmarkets, 2013 [11] Automotive Thermal System Market, Marketsandmarkets, 2021

참고문헌

자동차 공조시스템 | ASTI MARKET INSIGHT 2022- 041

본원 (우) 34141 대전광역시 유성구 대학로 245 한국과학기술정보연구원 T. 042) 869-1004,1237 F. 042) 869-1091

분원 (우) 02456 서울특별시 동대문구 회기로 66 한국과학기술정보연구원 T. 02)3299-6114 F. 02)3299-6244