| 2차년도 |
[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
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① 중점추진분야1: 개조비용 절감 및 신뢰성 확보를 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조 기술 개발○ 소형 택배트럭 운행환경 데이터 수집 및 대표 운행 사이클 생성 (한국과학기술원)● DTG를 통한 디젤 소형 택배트럭 주행기록 수집 및 데이터베이스 구축 ● 운행기록 빅데이터 분석을 위한 알고리즘 개발 및 분석환경 구축● DTG기반 소형 택배트럭 주행특성을 반영한 대표 운행 사이클 생성○ 하이브리드 디젤-전기 파워트레인의 최적 구조 배열 선정 및 성능 예측 (한국과학기술원)● 하이브리드 디젤-전기 파워트레인의 최적 구조 배열 선정● 대표 운행 사이클을 반영한 핵심요소 최적 사양 도출 ● 대표 운행 사이클 상의 하이브리드 디젤-전기 파워트레인 최대 성능 예측 기술 개발 ○ 구동 모터용 최적설계 방법론 구축 (광주과학기술원)● 구동 모터 개발을 위한 설계체계 및 절차 정립● 구동 모터 구성요소별(고정자, 회전자, 코일 형상 등) 설계변수의 성능 영향도 분석● 경량화 달성을 위한 형상 최적설계 기술 개발○ 개발 대상 구동 모터의 특성 분석 및 세부사양 도출 (하이젠모터㈜)● 구동 모터 종류별 특성 비교 분석● 설계 용이성 및 제작원가를 검토하여 모터 종류 및 세부사양 선정● 세부사양과 유사 성능의 기존 제품 벤치마킹○ 핵심요소 모듈화 및 하드웨어 인테그레이션 기술 개발 (한국과학기술원)● 핵심요소 모듈화 기술 개발○ 3D스캐닝 및 실측 등을 통한 대상 차량 공간 분석 (세화자동차㈜)● 광학식 3D 스캐너를 이용한 대상 차종의 가용 공간 파악● 3D 스캐닝 데이터 기반 CAD 모델 제작○ 대상 차량 개조를 위한 유한요소 모델 구축 (㈜구보엔지니어링)● 대상 차량 실측에 기반한 CAD 모델 검토 ● 3D 스캐닝 및 실측 데이터 기반 유한요소 모델 구축○ 하드웨어 인테그레이션 기술 개발 (㈜구보엔지니어링)● 하드웨어 인테그레이션을 위한 세부방안 강구② 중점추진분야2: 배기가스 감축 및 연비 향상을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 제어 기술 개발○ ISG (Idle Stop and Go) 제어 전략 및 제어기 개발 (한국과학기술원)● 배기가스 감축 및 연비 향상을 위한 엔진 정지 및 시동 조건 도출● ECU와의 CAN 통신 인터페이스 개발● 엔진 정지 및 시동 제어 기술 개발● Idle Stop and Go 제어기 개발○ Cold-start 및 Engine on/off 등 과도기 상태의 엔진 배기가스 배출 모델 개발 및 분석(한양대)● 디젤 차량의 연비 및 배기가스 배출을 고려한 차량 모델 개발● 디젤 차량의 주행특성에 따른 배기가스 배출 예측 모델 개발○ 모터 구동용 전력전자시스템 토폴로지 검토와 해석환경 구축 (한밭대학교)● 인버터 토폴로지 형태 검토● 정상/과도 상태 성능분석 해석환경 구축○ 배터리 셀의 전기화학적 특성실험 및 이의 분석 (충남대학교)● 배터리 셀 전기적 등가 회로 모델 확립 및 내부파라미터(RDiff, CDiff 등) 측정● Open-circuit voltage(OCV), 방전용량(discharge capacity) 측정, Dynamic stress test(DST) 충방전 실험○ 배터리 관리 시스템 하드웨어 개발 (㈜옵토멕) ● 배터리 셀 모니터링 시스템 및 밸런싱 회로 개발● 과충전, 과방전, 과전류 제한 등의 배터리 보호회로 개발● 단전, 누전 및 합선 등의 위험상황 감지용 회로 개발○ 제어기 간의 계층 구조 확립 (㈜옵토멕)● 개조용 추가 제어기들과 기존 차량에 탑재된 ECU 간의 제어 계층 구조 및 통신 프로토콜 확립○ 태블릿 기반 모니터링 어플리케이션 개발 (㈜옵토멕)● 차량, 엔진, 모터, 배터리의 상태 정보 표시③ 중점추진분야3: 시장보급을 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 시험 실용화 기술 개발○ 국내외 튜닝 및 인증 동향조사 (자동차안전연구원)● 국내외 튜닝/ HEV 시험방법 동향조사● 튜닝 인증을 위한 제원분석/구조변경 시험항목 선정● HEV 부품 신뢰성 평가 항목 선정● ISG 부품 신뢰성 평가 항목 선정○ 구매의향조사 및 구매·개조비용 지원 방안 검토 (한국교통연구원)● 구매의향조사 시행● 구매·개조비용 지원 등 기존사업 활용방안 마련
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
● 현재 국내에서는 가솔린 및 가스 승용 차량에 대하여 CVS-75, NEDC 등 해외 지리 조건 하에서 택배 차량이 아닌 일반 디젤 차량의 성능평가를 목적으로 개발된 표준 사이클을 사용하고 있어, 소형 택배트럭의 물류 특성과 국내 지리 특성을 효과적으로 반영할 수 있는 대표 운행 사이클이 제안된 바 없었음. 따라서 완성차량의 연비 또는 배기가스 방출량의 예측을 통해 기술의 신뢰성을 평가할 수 있으며, 운행 비용 절감을 위한 운행경로 최적화 기술이 실현의 기반기술로 활용이 가능함● 생성된 대표 운행 사이클을 활용하여 하이브리드 디젤-전기 트럭에 사용할 핵심부품의 사양을 최적화할 경우, 도심지역 내 주로 운행되는 차량들의 운행환경을 분석하고 온실가스 배출을 저감하기 위한 성능목표 설정 및 평가를 위한 기본 틀을 설정하는 데에도 다양하게 참고 될 수 있을 것임● 하이브리드 파워트레인 핵심요소의 사양 결정은 디자인 영역(모터 출력, 배터리 용량 등)에서 비용함수(연료 소모량, 배기가스량, 핵심부품 중량 등)를 최소화하는 최적화 문제로 접근하여 대표 운행 사이클을 기반으로 설계변수 및 제한 조건을 구하게 됨에 따라 해당 파워트레인에 대한 핵심요소의 최적 사양을 결정할 수 있고 핵심부품의 성능 향상을 기대할 수 있음 하이브리드 트럭의 배터리, 모터 등의 부품사양을 결정하는 파워트레인 설계기술, 파워트레인 제어 기술, 전력시스템 개발 기술에 활용이 가능할 것으로 예상됨 디젤-전기 하이브리드 상용 완성차 개발 비용 및 개조 및 유지보수비용의 절감 기술 개발이 가능함● 다양한 형태의 하이브리드 차량 제어기 설계 기술 개발의 기반 기술이 될 수 있으며, 디젤-전기 혹은 가솔린-전기 시스템 개조 개발 비용을 저감시킬 수 있음● 최근 사용이 점차 증가하고 있는 공회전제한시스템(ISG)의 제어기술, 수동변속기의 지능형 변속제어기술 등 일반 차량에도 적용이 가능하여 일반 차량 기술에도 기술적 파급효과를 가져 올 것으로 예상하며, 기계적 효율이 높은 지능형 수동 변속 제어시스템의 보급을 촉진하며 친환경차량 개조가 용이한 모듈화 기술에 활용이 가능함
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| 사회 경제적 파급효과 |
경제적ㆍ산업적 측면 ● 기존 디젤 택배 트럭에 부착하는 배기가스 저감장치의 경우, 부착 시 연비하락 등의 문제가 있어 차량 운영자가 꺼려하는 경향이 있었으나, 본 연구에서 개발한 하이브리드 기술을 적용하는 경우 오히려 연비 향상을 기대 할 수 있어 차량 운영자에게 낮은 진입장벽으로 작용하여 보급에 어려움이 비교적 적을 것으로 기대함● `14년 택배화물차주의 평균 유류비는 36.7만원/월(총 지출액의 35.5%)으로 현재의 실 운행연비 3.49km/l를 4.54km/l로 향상할 경우, 연간 95만원/대의 유류비 절감이 가능하며 이를 전체 택배차량(`15년 기준 45,497대)으로 모두 적용 시, 최대 432억 원/년의 비용 절감효과가 있을 것으로 추정됨 택배화물차주의 유류비 감소는 전체 물류비의 감소를 가져오게 되어, 물류 서비스를 이용하는 소비자의 부담을 줄일 수 있음○ 사회적 측면 ● 하이브리드 디젤-전기 개조 트럭은 저속 주행 시 모터를 사용하고 고속 주행 시에 엔진을 사용함. 저속 주행 위주의 택배운송의 특성을 고려할 때, 전기트럭과 유사한 효과를 지녀 경유를 사용하는 화물차가 발생시키는 대기오염물질을 65% 가량 감축시켜 연간 151천 톤의 질소산화물과 11천 톤의 미세먼지 및 초미세먼지를 감축시킬 것으로 기대됨● 온실가스 배출량은 연료법에 따라 순발열량과 온실가스 배출계수를 이용하여 CO2 배출량을 구할 수 있어 2014년 환경부에서 고시한 ？온실가스 에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침？ 별표 22의 경유의 순발열량과 이산화탄소 배출계수를 적용할 경우, 하이브리드-디젤 전기트럭 개발을 통한 차량 1대당 연평균 연료소비량은 3,155L/년 에서 2,427L/년 으로 절감될 것으로 예상되며, 약 2 ton·CO2/년 감소할 것으로 기대됨● 소형 배달 트럭의 운행은 시민과의 접촉이 잦은 도심지역에서 주로 이루어지며, 특성상 낮은 평균 속도 및 빈번한 가·감속으로 인해 다량의 미세먼지와 온실 가스, 질소 산화물을 방출하므로, 주 거주지역 공기질 개선에 효과적인 기여를 할 것으로 기대됨
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| 활용방안 |
○ 개조비용 절감 및 신뢰성 확보를 위한 하이브리드 디젤-전기 트럭 개조 기술 개발최종성과물기술수요처실용화 방안● 대표 운행 사이클● 하이브리드 차량 제조/개조사● 자동차 승인시험 및 검사기관● 대표 운행 사이클의 실증 제시● 핵심요소 사양 도출기술● 핵심요소 최적화 기술 ● 하이브리드 디젤-전기 파워트레인 개조 기술 ● 하이브리드 차량 제조/개조사● 택배 실수요 업체● 하이브리드 차량의 핵심요소 최적화 방안 제시● 하이브리드 차량 개조 기술 제시 ● 구조 신뢰성 분석기준● 부품 모듈화 지침서● 시스템 인테그레이션 지침서● 하이브리드 차량 제조/개조사● 개조 트럭의 유지보수 담당 정비업체● 핵심부품의 모듈화 기술 확보 및 기술이전 ● 시스템 인테그레이션을 위한 원천기술 확보 및 기술이전 ○ 배기가스 저감 및 연비 향상을 위한 하이브리드 디젠-전기 트럭 제어 기술 개발최종성과물기술수요처실용화 방안● 하이브리드 디젤？전기 트럭 파워트레인 제어 기술● 공회전 제한(Idle Stop & Go)을 위한 엔진 제어 기술● 하이브리드 디젤-전기 개조 트럭을 도입을 원하는 택배물류회사 및 개조 트럭의 유지보수 담당 정비업체● 하이브리드 파워트레인 제어 및 공회전 제한 장치의 개발·연구가 필요한 완성차 및 차량 부품 생산 관련 민간 기업 등● 개발된 파워트레인 제어 기술 및 공회전 제한 제어 원천기술 확보 및 기술이전● 배터리팩 실시간 모니터링 및 관리 모듈● 배터리팩 온도 관리 시스템● 에너지 흐름 모니터링 서비스 개발● 하이브리드 디젤-전기 개조 트럭을 도입을 원하는 택배물류회사 및 개조 트럭의 유지보수 담당 정비업체● 완성차 및 차량 부품 생산 관련 민간 기업 등● 개발된 배터리팩 관리 모듈과 온도 관리 시스템, 에너지 흐름 모니터링 시스템의 원천기술 확보 및 기술이전● 하이브리드 디젤-전기 트럭 제어기● 트럭 제어기와 엔진 ECU 간 인터페이스 모듈● 하이브리드 디젤-전기 개조 트럭을 도입을 원하는 택배물류회사 및 개조 트럭의 유지보수 담당 정비업체● 완성차 및 차량 부품 생산 관련 민간 기업 등● 개발된 제어기와 인터페이스 모듈의 원천기술 확보 및 기술이전 ○ 하이브리드 디젤-전기 트럭 시험 및 실용화 기술 개발최종성과물기술수요처실용화 방안● 부품별 인증기반 설계기준(안)● 각 부품시험방법서● 개조차 튜닝검사 승인● 친환경차량 정부지원책● 튜닝업체(협회 등 포함)● 튜닝승인기관● 친환경정책관련 기관● 소형디젤HEV 상용화를 위한 기술/정책적 활용방안 도출● 테스트베드 운영 결과보고서● 기술실시기업● 기술 효과 검증 및 이를 활용한 대내외 홍보에 활용● 법제도 개선방안● 비즈니스모델● 정책기관● 기술실시기업● 친환경 기술 보급을 위한 정책 내 내용 반영● 비즈니스모델에 기반한 시장 보급 전략 수립
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