[논문]전기 동력 추진식 수상오토바이 인증기준 개발 연구

강대곤; 김신효

doi:10.7837/kosomes.2017.23.1.067

전기 동력 추진식 수상오토바이 인증기준 개발 연구
A Study on the Certification Criteria fot Personal Watercraft Using Electric Power Propulsion 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.23 no.1, 2017년, pp.67 - 72

강대곤 (선박안전기술공단) , 김신효 (선박안전기술공단)

초록
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본 연구는 융복합기술을 사용하여 국내 자동차 산업의 배터리 및 전기시스템과 수상레저기구 중 접근이 용이한 수상오토바이를 결합하여 전기 동력 추진식 수상오토바이 개발과 전기 동력 추진식 수상오토바이 실용화를 위한 등록 및 제작을 위해 전기 동력 추진식 수상오토바이의 안전검사 기준(안)과 형식승인 기준(안)을 개발하였다. 전기 동력 추진식 수상 오토바이 인증기준은 기존 내연기관 동력 수상오토바이의 인증기준과 선박 전기 시스템과 관련된 인증기준을 기본으로 구조 및 시스템 설치 안과 전기시스템 안의 두 분류로 구분을 하였고, 최종적으로 안전검사 기준(안)과 형식승인 기준(안)으로 개발하였다. 안전검사 기준(안)의 내용은 총 7개의 범주로 구분되어 수상오토바이의 안전한 운행을 위한 설비의 확인을 목적으로 작성되었고, 형식승인 기준(안)은 총 7개의 범주로 구분되어 수상오토바이의 안전한 제작을 위한 목적으로 작성되었다. 본 연구를 통해 국내 친환경 수상오토바이 제작의 환경 조성과 전기동력 추진 선박의 인증기준에 대한 정책 수립 기초 자료로 활용이 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study developed an electric power propulsion personal watercraft by combining a battery and an electric system from the domestic automobile industry with water motorcycle from marine leisure industry in a convergence of technology. It also developed a safety inspection plan and type approval standard for personal watercraft that use electric power propulsion. For the registration and production of the electric power PWC (Personal Watercraft), a safety inspection standard (draft) and type approval standard (draft) have been established. PWC that use this electric power propulsion certification standard have been divided into two categories according to the use of gasoline engines as related to the ship's electrical system. The contents of these safety inspections standards is divided into 7 categories, and their purpose is to confirm the facilities used for the safe operation of PWC. Type approval is divided into 7 categories and is intended to ensure the safe production of PWC. This is basic data can be used to establish criteria for safety inspection and type approval of electric power propulsion vessels and to guide the production of the environmentally friendly PWC in Korea.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

구조 및 시스템 설치 기준과 전기 시스템 기준을 종합하여 안전검사 기준과 형식승인 기준으로 구분하였다. 안전검사는 수상 오토바이의 안전한 운용과 관련된 설비의 확인을 목적으로 작성이 되었고 형식승인은 수상 오토바이의 안전한 제작을 위해 강도, 재료시험, 축전지의 방수등급 및 추진용 전동기 안전성 및 내구성 관련 인증을 목적으로 개발되었다.
이에 따라 본 연구는 융복합기술을 활용하여 국내 자동차 산업의 배터리 및 전기시스템과 수상레저기구 중 접근이 용이한 수상오토바이를 결합하여 전기 동력 추진식 수상오토바이 개발을 진행하였다. 하지만 국내에는 아직 해당 제품에 대한 안전검사 및 형식승인 기준이 없어 실용화가 불가능한 상황으로 Fig.

가설 설정

2. Concept of PWC (personal watercraft) using electric power propulsion.

제안 방법

1. 전기 동력 추진식 수상오토바이에 대한 안전검사와 형식승인이 국내 친환경 수상오토바이 등록과 제작의 계기가 될 수 있으며, 아울러 친환경 전기 동력 추진 선박의 안전검사와 형식 승인의 정책 수립 시 기초 자료로 사용이 가능 하도록 인증기준을 개발하였다.
Table 2와 같은 국내/외 전기 추진 시스템 관련한 기준을 Table 3과 같이 10개의 범주(일반 사항, 모니터링 및 표시 시스템, 라벨링(Labelling) 및 경고 표식, EMC(Electromagnetic compatibility; 전자파 적합성), 접지 시스템의 보호, 배터리의 스위치 및 분리기, 배터리의 안전한 절연, 과전류보호, 배터리 모니터링 및 설치, 전기의 설치)로 구분하여 관련 내용을 정리하였다.
Table 3의 10개의 범주로 구분한 전기 동력 추진식 수상오토바이 전기시스템 기준이 실제 현장에서 적용됨에 있어 제작자가 기준이 과도하여 형식승인에 있어 제약을 갖지 않도록, 탑승자가 전기 추진 방식으로 인해 감전에 대한 심리적 불안감을 느끼지 않도록, 등록자가 안전검사 기준이 과도하여 구입을 꺼려하지 않도록 하여 수상 레저활동이 좀 더 대중화될 수 있도록 하기 위한 목적으로 수상레저기구 검사원, 대학교 교수, 수상오토바이 제작사, 수상오토바이 설계자에게 검토를 의뢰하여, 최종적으로 전기 동력 추진 수상 오토바이에 적용 가능한 기준들을 선별하여 다시 7개의 범주(일반 사항, 작동 모드 및 상태 표시 기능, 축전지의 배치 및 요건, 축전지 제어 및 감시 기능, 비상 차단 장치, 추진용 전동기 안전성 및 내구성 인증, 충전설비)로 정리하여 수상 오토바이-전기시스템 인증 기준을 개발하였다.
전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 건조자 명판, 외관검사, 복원성 및 계선설비, 구명설비, 야간 운항장비, 전기시스템, 시운전 분야의 7개 범주로 Table 4와 같이 구분하였다. 건조자 명판은 KS V 13590, RCD 2013/53/EU, 수상레저기구 안전업무 처리규정을 적용, 외관검사는 수상레저기구 안전검사 기준을 적용, 복원성 및 계선설비는 RCD 2013/53/EU, 수상레저기구 안전업무 처리규정과 일본소형선박검사 규칙을 적용, 구명설비는 수상레저안전법, 수상레저기구 안전업무 처리규정, 일본소형선박검사 규칙을 적용, 야간운항장비 설치는 수상레저안전법 제21조를 추가 적용, 전기시스템은 Table 2의 관련 기준을 적용하여 축전지의 화재로부터의 보호, 축전지의 방수등급 확인, 축전지의 용량/상태/안전한 운행을 위한 경보설비, 추진용 전동기 안전성 및 내구성에 관련된 인증 확인을, 시운전은 수상레저안전검사 기준을 적용하여 전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 개발하였다.
건조자 명판은 KS V 13590을 적용, 외관검사는 수상레저기구 안전업무 처리규정을 적용, 강도 및 효력시험은 수상레저기구 안전검사 기준, 수상레저기구 안전 업무 처리규정, KS V 13590을 적용, 재료시험은 수상레저기구 안전 업무 처리규정을 적용, 작동시험은 수상레저기구 안전 업무 처리규정, KS V 13590을 적용, 전기시스템은 Table 2의 관련 기준을 적용하여 전기추진시스템의 설치 장비에 대한 표준 인증 제품 여부 확인 및 적절한 설계 확인, 축전지 및 모터의 성능 확인, 축전지 난연성 및 외함의 방수등급 확인, 추진용 전동기 안전성 및 내구성 인증 시험을 수상레저안전검사 기준을 적용하여 전기 동력 수상 오토바이 형식승인 기준을 개발하였다. 특히 축전지, 모터 및 외함의 방수등급을 적용하는데 있어 Table 2의 국제 기준들의 내용을 확인하였고, 국제적으로 전기 추진 모터 선도기업인 Ocean volt와 Torqeedo 의 담당자와 업무회의 등을 실시하였다.
구조 및 시스템 설치 기준과 전기 시스템 기준을 종합하여 안전검사 기준과 형식승인 기준으로 구분하였다. 안전검사는 수상 오토바이의 안전한 운용과 관련된 설비의 확인을 목적으로 작성이 되었고 형식승인은 수상 오토바이의 안전한 제작을 위해 강도, 재료시험, 축전지의 방수등급 및 추진용 전동기 안전성 및 내구성 관련 인증을 목적으로 개발되었다.
국·내외 기존 내연기관 동력 추진 수상오토바이와 관련된 인증기준과 전기 추진시스템과 관련된 인증기준을 기본으로 구조 및 시스템 설치 기준과 전기시스템 기준으로 구분을 하여 각각 안을 도출 하였고 도출한 기준(안)을 전문가(선박 검사원, 전기자동차 기술자등)의 검토를 통해 야간 운항 장비 설비보완, 용어 정의, 복원성 기준을 추가하여 안전 검사 기준과 형식승인 기준 두 개의 기준(안)으로 구분하여 개발하였다.
내연기관을 추진 동력으로 사용하는 수상오토바이에 대한 안전검사 기준과 형식승인 기준을 기본으로 하여 그 중 내연기관과 관련된 검사 기준을 제외하고 일반확인사항, 선체, 조타설비, 계선설비, 전기설비, 구명설비, 시운전 7개의 기본 범주로 구성하였다. 추가로 Table 1과 같이 KS V 13590 (2015) 소형선박-개인용 워터크래프트, RCD 2015/53/EU, 일본 소형선박검사규칙을 기반으로하여 수상오토바이-구조 및 시스템 설치요건에 대한 인증 기준을 개발 하였다.
전기시스템 기준에서 가장 핵심적인 추진용 전동기에 대한 안전성 및 내구성 검토가 중요함에 따라 추진용 전동기 안전성 및 내구성 확인을 위해 ‘해양 환경 모사 장비’ 시스템을 선박안전기술공단 내에 구축을 하여 사전 인증 확인 절차를 형식승인 기준에 포함을 하였다. 이 시스템의 완성도를 높이기 위해 수상오토바이를 해상에서 운행하였고, Fig. 4와 같이 선박동특성 기록 장치를 이용하여 스로틀의 변화에 따른 3축 자이로 정보, 3축 가속도 정보, 자세 정보(Roll/Pitch)를 Fig. 5와 같이 추출하였고 이를 이용하여 수상오토바이의 엔진 추력, 파도에 의한 부하, 수상오토바이의 최종 추력 부하 프로파일 정보를 만들었다. 이때 작성된 프로파일 값은 추후 ‘해양 환경 모사 장비’를 통해 수상오토바이 전기 시스템의 안전성을 인증하기 위한 시뮬레이션의 기초 입력값으로 사용된다.
추가로 Table 1과 같이 KS V 13590 (2015) 소형선박-개인용 워터크래프트, RCD 2015/53/EU, 일본 소형선박검사규칙을 기반으로하여 수상오토바이-구조 및 시스템 설치요건에 대한 인증 기준을 개발 하였다. 전기 동력 추진식 수상오토바이도 구조와 기본 시스템은 기존 내연기관 동력 추진식 수상오토바이와 같은 프레임을 구성하고 있기에 축전지, 동력모터, 전기설치 관련 안전사항을 제외하고는 기존 내연기관 추진 수상오토바이와 같은 조건으로 개발되었다.
전기시스템 기준에서 가장 핵심적인 추진용 전동기에 대한 안전성 및 내구성 검토가 중요함에 따라 추진용 전동기 안전성 및 내구성 확인을 위해 ‘해양 환경 모사 장비’ 시스템을 선박안전기술공단 내에 구축을 하여 사전 인증 확인 절차를 형식승인 기준에 포함을 하였다.
내연기관을 추진 동력으로 사용하는 수상오토바이에 대한 안전검사 기준과 형식승인 기준을 기본으로 하여 그 중 내연기관과 관련된 검사 기준을 제외하고 일반확인사항, 선체, 조타설비, 계선설비, 전기설비, 구명설비, 시운전 7개의 기본 범주로 구성하였다. 추가로 Table 1과 같이 KS V 13590 (2015) 소형선박-개인용 워터크래프트, RCD 2015/53/EU, 일본 소형선박검사규칙을 기반으로하여 수상오토바이-구조 및 시스템 설치요건에 대한 인증 기준을 개발 하였다. 전기 동력 추진식 수상오토바이도 구조와 기본 시스템은 기존 내연기관 동력 추진식 수상오토바이와 같은 프레임을 구성하고 있기에 축전지, 동력모터, 전기설치 관련 안전사항을 제외하고는 기존 내연기관 추진 수상오토바이와 같은 조건으로 개발되었다.
이에 따라 본 연구는 융복합기술을 활용하여 국내 자동차 산업의 배터리 및 전기시스템과 수상레저기구 중 접근이 용이한 수상오토바이를 결합하여 전기 동력 추진식 수상오토바이 개발을 진행하였다. 하지만 국내에는 아직 해당 제품에 대한 안전검사 및 형식승인 기준이 없어 실용화가 불가능한 상황으로 Fig. 2와 같은 개념으로 전기 동력 추진식 수상 오토바이와 관련된 인증기준을 개발하고 정책제안을 하였다.

성능/효과

7과 같은 실험실을 구축하고 있다. 해양환경 모사 시스템을 이용하여 추진용 전동기를 수상오토바이에 설치전 전동기의 RPM(Revolution per minute), 토크(Torque), 연속과 부하, 외부온도 변화, 항습, 운항가능거리 예측, 부하반복 신뢰성을 육상 시험을 통해 해상에서의 운용 적정 여부를 사전 파악하여 제작 단계에서의 불필요한 공수를 줄이고 해상에서의 전기 추진 시스템의 성능을 예측함으로써 수상오토바이에 대한 안전성 확보가 가능하다.

후속연구

2. 방수 등급의 지정이 필요한 축전지와 전동기 및 전기 액세서리에 대해서는 전기 레저기구 산업과 연계된 산학연의 공청회를 통해 안전성과 경제성을 고려한 방수 등급을 설정하여 전기 동력 추진 레저 기구의 시장이 활성화 될 수 있도록 기여 할 것이다.
3. 현재 수상레저안전법에는 형식승인이 삭제되어 현재로서는 기준의 활용이 어렵지만, 현재 정부와 산업계가 국내 해양레저산업 경쟁력 재고와 발전을 위해 많은 노력을 하고 있는 만큼 향 후 수상오토바이의 제작 환경이 활성화 되고 더 나아가 전기 동력 추진식 보트등 레저기구의 제작환경이 조성될 시 본 연구를 통한 형식승인 기준이 정부 정책의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
1 %의 감소를 나타내고 있다. 반면 동력수상레저기구는 2014년 3,446척으로 2010년 1,392척 대비 248 % 증가하였고, 매년 평균 4,260명이 수상 레저 활동을 하고 있어 미래에는 수상 레저 제작과 이를 이용하는 인원의 증가가 예상되어 기존의 친환경 선박추진 시스템 관련 연구와 더불어 수상레저기구의 친환경 연구도 병행되어야 할 필요성이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 수상오토바이의 등록은 어느 기관에서 이루어지는가?	국내 수상오토바이의 등록은 국민안전처 해양경비안전본부에서 업무를 하고 있다. Fig.
	대한민국의 이산화탄소 연평균 대기 농도가 꾸준히 증가하는 원인은?	5백만 톤으로 1990년대 감시를 시작한 이래로 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다. 이는 화석연료의 연소와 토지이용의 변화로 인한 CO2 방출을 지구 온난화의 주요 원인으로 꼽을 수 있다. 이러한 결과로 올해 8월 영천의 최고 기온이 39.
	전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준은 어떻게 구분하였는가?	전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 건조자 명판, 외관검사, 복원성 및 계선설비, 구명설비, 야간 운항장비, 전기시스템, 시운전 분야의 7개 범주로 Table 4와 같이 구분하였다. 건조자 명판은 KS V 13590, RCD 2013/53/EU, 수상레저기구 안전업무 처리규정을 적용, 외관검사는 수상레저기구 안전검사 기준을 적용, 복원성 및 계선설비는 RCD 2013/53/EU, 수상레저기구 안전업무 처리규정과 일본소형선박검사 규칙을 적용, 구명설비는 수상레저안전법, 수상레저기구 안전업무 처리규정, 일본소형선박검사 규칙을 적용, 야간운항장비 설치는 수상레저안전법 제21조를 추가 적용, 전기시스템은 Table 2의 관련 기준을 적용하여 축전지의 화재로부터의 보호, 축전지의 방수등급 확인, 축전지의 용량/상태/안전한 운행을 위한 경보설비, 추진용 전동기 안전성 및 내구성에 관련된 인증 확인을, 시운전은 수상레저안전검사 기준을 적용하여 전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 개발하였다.

참고문헌 (8)

Climate Information Portal(2016), www.kma.go.kr.
ICOMIA Statistics Book(2013), pp. 30-31.
KST(2013), Korea Ship Safety Technology Authority, Study on Type approval improve of Water leisure apparatus, p. 32.
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Ministry of Public Safety and Security statistics annual report(2015), p. 323.
Ministry of Public Safety and Security(2016), Water leisure Safety Act.
Um, H. C.(2013), Improvement Plan for Water Leisure Apparatus Certification System, Autumn Annual Conference 2013, COSME, pp. 84-86.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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