| 연구개발개요 |
가. 연구개발의 배경 ○ 택배산업의 성장● 전자상거래 활성화로 인해 국내 택배산업 시장이 급격히 성장하고 있으며, 이에 택배용 소형 화물차량의 수요 또한 증가하고 있음● 기존 경유 차량의 경우 빈번한 정차 및 가·감속으로 인해, 복합연비(9km/l 내외) 대비 낮은 실 운행연비(일평균 3.0km/l)는 물류비용 상승의 중요 원인임 - 한국교통연구원의 화물운송시장 실태조사에 따르면, 일평균 운행거리가 2007년 1사분기 90.8km 대비 2016년 4분기에 43.8km로 감소하고, 일평균 운행속도는 10.8km/h에서 5.4km/h로 감소하는 등 과거에 비해 짧은 거리를 운행하며 자주 정차하는 특성을 보임 - ’14년 전체 국가물류비의 71.2%를 수송비가 차지하였으며, 이 중 도로운송비가 96.5%를 차지 ○ 택배 경유 차량의 미세먼지 및 온실가스 배출 ● 한국교통연구원의 화물운송시장 실태조사 자료에 따르면, 최근 5년간 등록된 화물차의 약 95%가 디젤 차량 - 화물차량 등록 대수: 2012년 94.6%, 2013년 92,6%, 2014년 97.1%, 2015년 95.7%● 또한, 기존 경유 차량의 경우 다량의 미세먼지 및 온실가스를 배출하고 있음. - 경유 차량에 의해 발생되는 미세먼지 배출량은 전국 도로이동에 따른 총 배출량의 약 62%인 12,969톤을 차지 - 인체에 더 위해한 초미세먼지가 대부분을 차지하고 있는 2차 미세먼지(각종산화물이 대기 중의 햇빛과 반응하여 생성)의 주요 배출원 또한 경유 차량인 점을 감안할 때 경유차량의 미세먼지 배출의 대책이 필요함 ○ 기존 추진 사업의 한계● 물류비 인상 억제와 배기가스 저감을 위해, 전기 자동차 개조 사업, LPG 완성차 사업 등 정부 사업들이 추진 되어왔으나, 높은 모듈 가격(약 3000만 원 이상)과 높은 중량 증가(200kg 이상)로 인해 시장 확보 실패 - 특히 기존 경유화물트럭에 대하여 저감 장치 부착 지원 등의 사업을 실시하였으나, 장착 시 연비하락 및 고장 시 보다 많은 미세먼지 및 배기가스 배출 등의 문제가 발생나. 연구개발의 목표 ○ 본 연구에서는 택배 운송환경에 최적화된 친환경/고효율/저비용 하이브리드 디젤-전기 트럭의 핵심 기술 개발 및 시험차량 적용을 위한 실증 기술 개발을 목표로 함 ○ 이를 위하여 디젤 트럭을 하이브리드 차량으로 개조용 물류환경 분석기술, 하이브리드 디젤-전기 파워트레인 개조 설계 기술을 개발함 ○ 또한 하이브리드 디젤-전기 트럭의 효과적인 제어를 위한 파워트레인 제어기술, 전력시스템 및 제어기 구현 기술을 개발함 ○ 이를 바탕으로 하이브리드 디젤-전기 트럭의 시장보급을 위해 차량의 성능을 평가하고 테스트베드를 구축하여 개발기술의 실증을 진행하며 실용화를 위해 법제도를 검토하고 비즈니스모델을 마련함다. 주요 연구 내용 ○ 개조비용 절감 및 신뢰성 확보를 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조 기술 개발● 소형 택배트럭 운행환경 분석기술 개발 (한국과학기술원)● 하이브리드 파워트레인의 최적 구조 배열 선정 및 최대 성능 예측 (한국과학기술원)● 하이브리드 디젤-전기 파워트레인용 구동 모터 설계 방안 연구 (광주과학기술원)● 하이브리드 디젤-전기 파워트레인용 구동 모터 시제 제작 및 성능 평가 (하이젠모터(주))● 유한요소해석 모델링을 통한 하이브리드 트럭 개조 기술 신뢰성 확보 (한국과학기술원)● 하이브리드 디젤-전기 파워트레인 모듈 시제 제작 및 실차 적용 (㈜구보엔지니어링)● 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조를 위한 부가장치 설계 (세화자동차(주)) ○ 배기가스 감축 및 연비 향상을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 제어 기술 개발● 하이브리드 파워트레인 제어 알고리즘 개발 (한국과학기술원)● 디젤 엔진의 과도기 상태를 고려한 차량 모델 및 배기가스 배출 예측 모델 개발과 감소 제어 전략 마련 (한양대학교)● 모터 구동용 전력전자시스템 설계 및 제어 알고리즘 개발 (한밭대학교)● 배터리팩 관리 시스템 설계 및 회로 설계(충남대학교)● 배터리팩 개발 (㈜옵토멕)● 개조 차량용 통합 제어 모듈 개발 (㈜옵토멕)● 에너지 흐름 모니터링 서비스 기술 개발 (㈜옵토멕) ○ 시장보급을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 시험 실용화 기술 개발● 개조차량 성능 평가 및 승인 (교통안전공단 자동차안전연구원)● 테스트베드 구축 및 실증 (한국과학기술원)● 하이브리드 디젤-전기트럭 실용화 기술 개발 (한국교통연구원)
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| 최종목표 |
[연구개발 최종 목표]○택배 운송환경에 최적화된 친환경/고효율/저비용 하이브리드 디젤-전기 트럭의 핵심 기술 개발 및 시험차량 적용을 위한 실증 기술 개발○정량적 목표: 개조 원가 500만원 미만, 추가중량 100kg 미만, 연비 30% 향상, 온실가스 및 미세먼지 20% 감축[연구개발 내용]○실제 택배트럭의 운행기록 바탕 물류환경 분석 실시, 연비 측정용 운행 사이클을 개발, 사이클 기반 핵심 부품사양을 결정, 성능 최적화, 최대성능 예측을 수행, 핵심부품 모듈화, 인테그레이션 및 신뢰성 분석을 수행○하이브리드 디젤-전기 트럭의 효과적인 제어 위한 파워트레인 제어기술, 전력시스템 및 제어기 구현 및 제어 소프트웨어 및 UI 기술 개발○하이브리드 디젤-전기 트럭의 실용화 및 시장보급 위한 성능 평가, 테스트베드구축, 기술 실증, 모듈 평가 방법 개발, 실차 시험 및 개조차량 튜닝 승인방안 마련, 개조효과 분석 실시, 홍보, 법·제도별 지원방안을 검토
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| 연구내용 및 범위 |
○ 본 연구에서는 택배 운송환경에 최적화된 친환경/고효율/저비용 하이브리드 디젤-전기 트럭의 핵심 기술 개발 및 시험차량 적용을 위한 실증 기술 개발을 목표로 함○ 이를 위하여 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조·제어·시험 및 실용화 기술을 개발하고 개조비용 절감, 신뢰성 확보, 배기가스 절감 및 연비향상을 도모하고자 함[세부목표]○ 디젤 트럭을 하이브리드 차량으로 개조하기 위한 물류환경 분석기술, 하이브리드 디젤-전기 파워트레인 개조 설계 기술을 개발함● 국내 도심 택배물류의 운행 특성을 반영한 대표 운행 사이클 생성● 개조 원가: 500만원 이내 (보조금 및 판매자 이윤 등은 제외된 순수 양산 모듈 제작비용)● 개조 중량 증가: 100 kg 미만 ○ 하이브리드 디젤-전기 트럭의 효과적인 제어를 위한 파워트레인 제어기술, 전력시스템 및 제어기 구현 기술을 개발함.● 연비: 대표 운행 사이클 상에서 개조 전 대비 30% 향상1) ● 온실가스 배출량: 대표 운행 사이클 상에서 개조 전 대비 20% 감축1)● 미세먼지 배출량: 대표 운행 사이클 상에서 개조 전 대비 20% 감축1) - Euro 4(DPF 미장착) 트럭 미세먼지 배출량(PM) 20% 감축 - Euro 5(DPF 장착) 트럭 미세먼지 입자개수(PN) 20% 감축 (산업통상자원부의 표준 온실가스 배출량 및 연료소비율 시험방법에 의거)○ 하이브리드 디젤-전기 트럭의 시장보급을 위해 차량의 성능을 평가하고 테스트베드를 구축하여 개발기술의 실증을 진행하며 실용화를 위해 법제도를 검토하고 비즈니스모델을 마련함[최종 기술 개발 목표 및 TRL]○ 개조비용 절감 및 신뢰성 확보를 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조 기술 개발● 소형 택배트럭의 실제 운행데이터를 통해 수요층의 운행 환경을 대표하는 연비측정용 사이클 생성 (TRL7)● 대표 운행 사이클을 반영하여 하이브리드 디젤-전기 트럭용 핵심요소 설계 기술 개발 (TRL8)● 친환경/고효율/저비용 하이브리드 디젤-전기 트럭의 개조 모듈 (개조 원가 500만원 이내/개조 중량 증가 100kg 미만) 개발 (TRL8)○배기가스 감축 및 연비 향상을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 제어 기술 개발● 배기가스 절감 및 연비 향상을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭의 파워트레인 최적 제어 기술을 개발하여 이를 실차 개조 시스템에 적용하고 성능 확인 및 신뢰성 검증 (TRL8) ● 차량 시스템 모델링을 이용한 하이브리드 디젤-전기 트럭의 배기가스 성능 및 연비를 평가하고 이의 최적화를 통한 파워트레인 제어 기술 개발 (TRL8) ● 개조 사업에 적합한 가격과 높은 모터 구동/발전 효율을 가지는 전력전자시스템 개발 (TRL8)● 전기적 등가회로 모델 이용한 적응제어 기반 배터리팩 알고리즘 개발 (TRL8)● 택배 기사 및 사업자가 동참할 수준으로 개조 사업에 적합한 가격·성능의 배터리팩 개발 (TRL8)● 하이브리드 파워트레인 상위 제어기, 핵심요소 (모터, 배터리 등) 제어기 그리고 기존 차량의 ECU와의 인터페이스를 통합한 제어기 개발 (TRL8)● 기존 카오디오 동작 뿐 아니라 차량의 하이브리드 구동과 관련된 정보를 표시할 수 있는 디스플레이 서비스 및 장치 개발 (TRL8)○시장보급을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 시험 실용화 기술 개발● 하이브리드 개조차와 튜닝 부품의 안전성, 신뢰성 등을 확보하기 위하여, 디젤-하이브리드 튜닝에 대한 인증 및 평가 방안에 대해 검토함● 개발품 목표 달성을 위한 기술지원을 통해 개발 기술 수준 향상 기대(TRL 8)● 하이브리드 디젤-전기 소형 트럭의 실용화를 위한 제도적 지원방안 도출 (TRL 6)● 하이브리드 디젤-전기 소형트럭 개조사업 비즈니스모델 제시 (TRL 8)
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