R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515TLRP-C108766-01 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 교통물류연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 배터리 교환형 전기버스시스템 표준시방 및 안전인증체계 구축 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2015-12-29 ~ 2017-08-28 | |||||
| 연구책임자 | 김원규 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
7명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
7명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 1,500,000,000 원 기업 : 500,010,000 원 계 : 2,000,010,000 원 |
총연구비 | 정부 : 1,500,000,000 원 기업 : 500,010,000 원 계 : 2,000,010,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 한국항공대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-002127-01 | |||||
| ISBN | 979-11-952847-5-7 | |||||
| 주요 내용 |
배경 및 목적 -배터리 교환형 전기버스 시스템은 “전기자동차 교통안전 융합체계 연구과제”를 통해 원천기술 개발이 완료된 과제로서 포항시 테스트베드가 시범적으로 구축되어 2014년 2월부터 운영 중에 있으며 2015년에는 제주도, 김포시, 포항시 확장 사업 등 전국 지자체로 확산되고 있는 성공적인 사업화 모델로 기존 연구과제 최종 평가시 시스템 확산을 위한 배터리 교환시설의 안전성 및 내구성 등의 신뢰성을 검증하고 국제 표준 제정을 위한 지속적인 대응을 위한 후속과제 필요성이 제시되어 있음 -또한 전기버스, 배터리 교환시설 등을 운영하고 있는 포항시 사례를 통해 발견된 시스템의 문제점(QCM 주요 부품？모듈의 안전성, 돌발상황시 대처할 수 있는 시스템의 부재, 기술적 신뢰성을 인한 안전 및 인증체계 미흡 등)을 해결하고 사업화 지역(김포, 포항, 제주도)에서 필요한 제도적/정책적/기술적 이슈들을 해결할 수 있는 기술개발이 요구되고 있음 -이에 따라, 본 과제를 성공적으로 수행하여 배터리 교환형 전기버스시스템 표준시방서 개발 및 안전인증체계를 구축하고 QCM의 성능안전을 위한 표준체계 및 내구성/안전성/성능신뢰성 확보, 돌발상황별 비상대응시스템 개발, 지자체 확산을 위한 관련 제도 개선, 사업화 지역에 적용 가능한 경제성 분석 모델 개발 등의 연구 성과물을 도출하고자 함 -배터리 교환형 시스템 구성요소별 정의 -배터리 교환형 전기버스(Smart e-Bus) : 상부 배터리 교체형 전기버스로서 배터리 1회 교체시 50∼60km를 운행할 수 있어 연속적인 배차 가능 -배터리 교환시설(QCM : Quick Battery Changing Machine)방전된 배터리를 교환시설 내 급속충전기를 장착하여 자체 충전한 후 버스에서 배터리 교환정보를 요청받을 경우, 배터리 교체 로봇 통해 무인으로 배터리 교환함 -비상충전시스템(MCS : Mobile Charging System) : 내부탑재 배터리 자체충전/버스 급속 충전 및 QCM 배터리 교환 기능을 지원하는 이동형 비상충전시스템(9톤 트럭 개조) ○개발 기술 정의(본 과제) -QCM 표준시방서 개발 및 교통안전진단체계 구축 : 배터리 교환시설(QCM) 구성요소별(토목？건축물 및 겐트리 구조, 자동 로봇 등) 인증된 부품을 적용한 표준시방서를 마련해 시스템의 성능？안전성 보장 : 기 개발된 비상충전시스템(MCS)의 상용화를 위해 포항시 테스트베드 시설물을 활용하여 시스템 운영시 현장 적용이 가능한 표준시방서를 개발하고 안전인증체계를 구축 -배터리 교환형 전기버스의 안정적 운영을 위한 비상대응체계 구축 및 경제성 분석 :전기버스-배터리교환시설(QCM)-통합운영센터 간 발생할 수 있는 차량방전, 교환설비 고장 등의 돌발상황에 대비하여 제도적/시스템적/ 기술적 요소를 종합적으로 검토해 신규 비상대응시스템 방안 도출 :사업방식별(BTO 사업, 버스운송사업자 자체사업, 국비 지원 사업 등), 지자체별 대중교통특성 등을 고려하여 경제성 분석도구(사업화 분석 모형)를 개발하여 전기버스도입 전략 수립시 가이드라인을 제시할 수 있는 기준 마련 -부품 및 모듈단위 시험 인증 기술 개발 :배터리 교환형 전기버스 시스템을 구성하고 있는 부품 및 모듈을 선정하고 테스트베드 재진단을 통하여안전 기준 및 품질 기준을 마련 -QCM 종합안전관리체계 구축(제도, 규정 등) :배터리 교환설비에 대한 완성검사를 통해 초기 설치되는 시스템의 안전성을 확보하고 운영 단계에서 발생하는 시스템의 변형 또는 열화를 정기？수시 검사를 통해 발견하고 미연에 사고를 방지하는 체계 구축 -배터리 교환형 전기버스시스템 국제표준 추진 및 관련제도 개선방안 마련 :세계시장 주도권 확보를 위한 배터리 교환형 관련 국제표준(안)에서 파생될 수있는 개정 항목을 ETRI와 협력하여 IEC 와 지속으로 대응하여 추진 :전국 확산 과정에서 발생될 수 있는 시스템의 안전, 사업 지원 관련 정책 및 제도 현황을 점검하고 개선안 도출 □연구개발의 중요성 및 성숙도 ○성공적 연구과제 사업화를 위한 중요성 -전기버스 시스템의 운영관리상 문제를 해결하기 위한 비상대응체계 필요 -QCM의 성능, 안전을 보장하기 위한 표준시방 마련 필요 -정기검사 체계화를 통한 QCM의 안전성 확보 및 모듈단위의 인증표준 마련 시급 -해외시장 진출을 위한 국제 표준화 지속 대응 필요 -신규사업화 시장 발굴 및 지자체 확산을 위하 법, 제도 등의 개선방안 필요 ○정부차원의 중요성 -교통부문 탄소배출량 저감을 위한 전기차？전기버스 보급 확대가 필요하고 우선적으로 공공 주도의 전기버스 도입이 시급함 ○성숙도 : TRL 9(사업화 단계)로서 현장적용/사업화 단계임 □타 산업 연계 [최종목표] ○토목？구조물, 배터리 교환 로봇, 배터리(팩) 및 BMS 분야, 급속충전 시스템전기？통신 공사, 교통안전 분야 등을 포괄적으로 고려하여 전기버스시스템사업화 지역에 즉시 적용 가능한 표준시방서 구축 ○비상충전시스템(MCS)의 기준사양(기계/전기적 등), 고장진단 방법 및 절차 등을 포함하는 표준시방서 도출 및 보급 확대를 위한 MCS의 상용화 가능 유형 제시 ○안전기준과 검사/승인기관 선정기준 및 제반 운영 절차 등을 포함하는 비상충전 시스템(MCS) 안전인증체계 구축방안 제시 ○비상대응체계를 개발하여 사업화/상용화 시 현장 적용 가능한 비상대응 매뉴얼 및 신규 시스템 도입 방안 제시 ○테스트베드 운영결과 및 성능비교시험 결과를 활용하여 부품에 대한 품질기준 명확히 제시 ○운영자와 이용자 안전 중심의 한 종합안전관리체계 구축 ○ETRI 국제 표준 IEC 62840 Part 1 안전 부문 수정？보안 추진 ○사업화 및 예산 확보를 위한 법？제도 개선 추진 [연구내용 및 범위] □ QCM 표준시방서 개발 및 교통안전진단체계 구축 ○포항시 테스트베드 지역에 운영 중인 전기버스, QCM 및 자동차부품연구원에서관리 중인 MCS를 활용하여 실증 데이터 분석을 통한 개발 방향 제시 ○사업화 추진 지역의 QCM 공사 유형을 판별하고 도로형태, 버스 운영형태별 특징을 분석하고 QCM의 규모별 형태를 반영한 표준시방서 및 안전인증체계를 개발함 ○지자체/운송사업자/사업시행사가 추진하는 사업 모델 특성을 고려하여 개발초기부터 관련 기관을 참여하여 연구성과물 활용 가능성 제시 ○기 개발된 비상충전시시스템(MCS)의 시스템 기준 사양, 내부 장치의 고장진단 방법 및 절차, 시스템 위험 요소 분석 ○비상충전시스템(MCS)이 추가적으로 지원해야 할 사항으로 현장 적용을 위한 다양한 상용화 가능 유형 및 표준시방서 도출 ○MCS 실제품을 이용한 성능 및 기능 검사, 현장적용시험 등을 검사기준을 도출하고 전문기관과 승인기관에 대한 제안을 실시하여 MCS 안전인증체계 도출 □ 배터리 교환형 전기버스의 안정적 운영을 위한 비상대응체계 구축 및 경제성 분석 ○관련 법제도, 선행연구자료, 국내외 실태조사, 보완점 도출 및 시나리오를 개발하고 비상대응체계에 대한 매뉴얼 및 신규 시스템을 개발함 ○전기버스 관련 경제성 분석 사례를 통한 분석 요소 세부항목 도출 ○사업유형별(BTO 민간투자사업, 운송사업체 자체 사업, 국비사업) 경제성평가 모형 개발 ○전기버스 도입 전략 수립시 가이드라인 기준 제시 □ 부품 및 모듈단위 시험 인증 기술 개발 ○승강기시설안전관리법 등 유사 구조물의 시험방법 및 절차 분석하여 QCM에 적용 ○제작사별 핵심부품 및 관리 대상 부품을 검토하여 체계적인 시험방법 및 절차 개발 ○성능비교시험(BMT) 기법을 적용하여 객관적인 시험평가를 수행 ○동일한 목적의 시험 수행 방지를 위해 적절한 인증을 통한 단일 시험체계 구축 ○선행연구과제에서 도출된 각 분야 기술기준 및 절차서를 분석하여 시험 인증기술의 적용 범위와 활용 방안을 재정립함 ○포항시 테스트베드 시설물의 재진단을 통해 주요 열화인자를 파악하고 원인 분석 및 재발방지대책 방안을 제시하여 각 인증 분야별 품질 개선 ○KS Q IEC/ISO 17065에서 제시하는 제품, 프로세스 및 서비스 인증기관의 적격성일관된 운영 및 공평한 요구사항 만족을 위한 대행(인증)기관 가이드라인 제시 □ QCM 종합안전관리체계 구축(제도, 규정 등) ○완성차(배터리교환형 전기버스)는 자동차 검증기관의 자문 또는 용역을 통해 검증 실시하여 검사 가이드라인 제시 ○상용화 단계의 QCM 운영자 및 이용자의 안전을 최우선으로 한 인프라 및 종합안전관리체계 구축 ○유사 설비 시설의 검사제도 및 운영현황조사, 분석 및 검사 대상 항목 범위 설정 ○운영？유지 관리 매뉴얼의 작성 및 적용을 통한 운영 안전성 제고 ○선행과제의 성과 “배터리 자동교환 전기버스 시스템 구축 지침(안)”을 활용하여 상용화 단계에 적용 가능한 안전성 검증체계 구축 ○승강기 안전부품 및 위험기기？기구부품 등 유사 시설물 인증 대상 품목을 참조하여QCM 제품 인증 품목 선정 ○품질 문서 및 기술문서 검토, 공장 심사, 제품 시험 등에 대한 인증 절차 작성 ○인증 성격(강제/자율안전확인)에 따라 평가 기준 마련 □ 배터리 교환형 전기버스시스템 국제표준 추진 및 관련제도 개선방안 마련 ○표준문서/기술보고서 제？개정 추진체계를 ETRI와 협력하여 구성하고 과제수행기간 동안 국가기술표준원 협의 및 IEC(국제전기기술위원회) 회의 추진 ○한국형 전기버스 시스템 해외시장 진출과 국제표준 대응을 위해 기존에 운영했던 Smart e-Bus 포럼을 산？학？연？관 중심으로 재정비하여 지속적인 활동 재개 ○QCM 설치 및 사업확산을 위한 재정지원 관련 현행법 제도 및 개선방안 검토 ○관련 기관 워크숍 및 회의 개최 ○최종 법제도 개선안 도출(사업화 지원, 시스템 설치, 유지관련 등) ○전문가 세미나를 통해 개선안 의견 수렴 ○최종법제도 개선방안 제안하여 배터리 교환형 전기버스 시스템 확산시 지원 |
|||||
| 색인어 | 한글 | 표준시방서 | 안전인증기술 | 배터리 교환시설 | 비상충전시스템 | 배터리 교환형 전기버스 |
| 영문 | Standard Specification | Safety Certification System | QCM(Quick Battery Changing Machine) | MCS(Mobile Charging System) | Smart e-Bus | |
| 최종보고서 | 최종보고서(배포용).pdf | |||||