초록 ▼

1. 최종목표
? 회생에너지효율 32.9% 달성(목표치 30%)
? 주행거리증대 24.5% 달성(목표치 20%)
? 전력변환효율(최대치) 92.8% 달성 (목표치 92%)
2. 개발내용 및 결과
? 요구 제동력을 감지하기 위해 자전거 브레이크 레버에 홀센서를 장착하여 변위를 감지하였고, 이 신호를 이용해 목표제동력을 계산하고 회생제동력을 발생시키는 구조임.
? DC/DC 컨버터는 여러 가지 토폴로지 중에서 효율적이면서 간소화 될 수 있는비절연형 BOOST 컨버터를 이용하였음. 이 컨버터의 설계용량은

1. 최종목표
? 회생에너지효율 32.9% 달성(목표치 30%)
? 주행거리증대 24.5% 달성(목표치 20%)
? 전력변환효율(최대치) 92.8% 달성 (목표치 92%)
2. 개발내용 및 결과
? 요구 제동력을 감지하기 위해 자전거 브레이크 레버에 홀센서를 장착하여 변위를 감지하였고, 이 신호를 이용해 목표제동력을 계산하고 회생제동력을 발생시키는 구조임.
? DC/DC 컨버터는 여러 가지 토폴로지 중에서 효율적이면서 간소화 될 수 있는비절연형 BOOST 컨버터를 이용하였음. 이 컨버터의 설계용량은 최대 300W 이며, 부하 시험결과 최대 효율 92.8% 까지 나타남을 확인할 수 있었음.
? 전기자전거의 회생제동 시스템에서 신뢰성 향상 및 효율 향상을 위해 기존 회생제동 방식과 달리 구동/제동 모드를 독립적으로 구현하였고, 이에 관련한 특허 출원(출원번호: 10-2011-0052497)을 하였음.
? 마찰제동장치는 소형 서보모터를 이용하였으며, 비례제어 방식으로 동작하게됨. OPEN-LOOP로 제어하였으며, 입력전류(I)를 가변시켜 토크를 제어하게 됨
? 고속주행 시 급작스런 제동을 할 경우에 큰 회생에너지로 인해 배터리모듈과DC/DC컨버터가 소손될 우려를 대비, 이를 보호하기 위해 별도의 방전 저항과최대전력 제한 회로를 구성하였음.
? 배터리모듈의 기존 균등충전 방식인 bleed-저항 방식은 급속충전을 실시할 경우 많은 열이 발생하게 되어 효율이 떨어지고, cell balancing이 제대로 이루어지지 못하는 문제가 발생함. 따라서 에너지손실이 없고 급속충전 시에도 균등충전이 가능한 방식을 고안하였음.
? 가속기(Accelerator) 는 Hall Sensor 방식으로 1V(정지)~4V(최고속도) 출력이 되는 기성품 활용, BLDC Driver는 15A 까지 구동 가능한 Sensorless BLDC 제어타입의 기성품 활용, BLDC In-wheel Motor는 효율 및 전기자반작용 토크가 우수한 Crystalyte 사의 406(범용 20인치 휠사이즈) Motor를 사용하였음.
? 본 시스템에 최적화된 배터리모듈을 적용하기 위한 과정으로 원통형 리튬이온(37V 10Ah)급 모듈 및 리튬인산철(LiFePO4) 38.4V 4.6Ah 급 을 제작하여 실증적용 후 실험을 하였으며, 이 중 에너지밀도와 충전성능 등이 우수한 리튬이온방식을 채택하였음.
? 사용된 배터리는 여러 가지 성능을 검토하고 실험하여 최종적으로 리튬-이온배터리와 40A PCM(Protect Circuit Module)을 사용하였으며, 370Wh의 에너지밀도와 -370W 충전 성능, 740W의 출력밀도의 성능을 가짐.
? 회생제동 시스템이 오작동 하거나 이상이 있을 경우 자체적으로 Shut-down 기능을 구비하여 운전자를 보호하도록 하였음.
? 최종 결과물인 전기자전거의 주행 실험 시 시속 25km/h 부근에서 회생제동 효율이 가장 높았으며, 이것은 DC/DC 컨버터의 동작 효율점이 최대치 부근이고,모터가 발전기로 동작할 때 효율이 높은 영역이기 때문이라 분석됨.
? 실험 결과 회생제동 시스템을 전기자전거에 적용함으로써, 운동에너지의 32.9%이상을 평균적으로 회수(전기에너지로)할 수 있었고, 적당한 감속과 가속을 병행할 때 전기자전거의 1회 충전 시 주행거리를 24.5%가량 대폭 향상하였음.
3. 사업성과
? 기술적 성과
- 홀센서를 이용한 브레이크 레버 및 국내외에서 시도하지 않은 가변제동력의구현이 가능한 전기자전거의 회생제동 시스템을 개발하였음.
- 회생제동 인터페이스 3가지 및 전, 후륜 제동력 자동분배가 가능한 회생제동알고리즘을 개발하여 운전자의 안전 및 에너지효율 향상을 실현하였음.
- 회생제동의 효율 및 안정성을 향상시킨 구동/제동 모드 전환 스위칭 방식 및전기자전거에 적용 가능하도록 마찰제동장치를 설계하였음.
? 경제적 성과
- 에너지효율 향상 및 실험에 따른 주행거리 증대에 따라 탄소저감이 가능함.
- 전기자전거의 대중화 및 고유가 시대의 에너지 절감 및 지구온난화 감소
- 고부가가치 신기술 개발로 인한 타 산업에의 적용 가능
- 전기자전거 성능향상에 따른 시장 수요의 확대
- 높은 기술력을 바탕으로 한 국산 전기자전거의 입지 확보와 세계시장의 높은점유율 달성
? 사회적 성과(일자리 창출 등)
- 자전거 분야의 확대 및 이에 따른 전문인력(A/S, 키트 장착 등을 필요로 하는) 창출 및 공공기관에 납품한 뒤 전문시설 확충을 통한 대중화에 기여.
4. 기술개발결과 활용계획
? 기술의 고도화 및 지속적인 성능 개선
- 유사 제품 출시가 예상되는 업체와의 우위를 선점하기 위해서 R&D를 지속화하고, 지적재산권의 확보로 독보적인 기술력을 실시할 수 있도록 할 예정임.
? 제품 양산 및 마케팅
- 상용화 이전까지 지속적인 테스트 수행으로 안전성 및 신뢰성을 더욱 확보하고 제품 양산에 따른 공정의 최적화, 부품 수급라인 등을 세분화, 분석한 뒤양산할 계획임.
- 자체적으로는 기술개발을 실시하고 생산은 OEM(주문자 생산 방식)을 목표로하기 때문에 제품 개발 이 후 박람회, 현장부스를 통한 업체와의 컨텍, 무료시승회를 통한 관심유도, 온라인 마케팅 선점 등을 계획하고 있다.

목차 Contents

• 사업비사용실적보고서...1
• I. 총괄현황...1
• II. 과제개발비 세부집행내역...1
• 개발결과의견서...6
• 최종보고요약서(초록)...7
• 목차...10
• 제 1 장 서론...12
• 제 1 절 기술개발의 목적 및 필요성...12
• 제 2 절 국내외 관련기술 및 현황...16
• 제 3 절 기술개발의 방법 및 목표...20
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...25
• 제 1 절 회생제동 시스템 설계 및 기술 분석...25
• 1. 회생제동 시스템 기술 분석, 선행기술조사...25
• 2. 제동장치의 구조 설계...27
• 3. 차량 속도 및 주행 상태 감지 모듈 설계...28
• 제 2 절 요소 부품 설계 및 기능 구현...31
• 1. 회생제동 제한로직 개발...31
• 2. 회생제동 메카니즘 설계 및 제어알고리즘 개발...32
• 3. 회생제동 모듈 설계...34
• 4. 마찰제동에 필요한 전기 액추에이터 설계...36
• 5. 전력변환장치(DC/DC 컨버터) 설계...38
• 6. 회로설계 시뮬레이션...41
• 7. 회생제동 기능 구현 및 검증...42
• 제 3 절 시제품제작 및 기술고도화...44
• 1. 회생, 마찰제동 천이구간 보완...44
• 2. 전, 후륜 최적화된 제동력 분배 알고리즘 개발...44
• 3. 주행 상황에 따른 최적 제동력 구현 알고리즘 개발...45
• 4. 회생제동 모듈 최적화...46
• 5. 시제품 제작...47
• 제 4 절 성능 및 신뢰성 평가...50
• 1. 동력성능 실험 및 효율 측정...50
• 2. 주행 실험 및 내구 실험...51
• 제 3 장 사업성과...54
• 제 1 절 기술적 성과...54
• 제 2 절 경제적, 사회적 성과...56
• 제 3 절 관련분야에서의 기여도...56
• 제 4 장 결론...58
• 제 1 절 기술개발의 목표달성도...58
• 제 2 절 기술개발 결과물의 활용계획...59
• 참 고 문 헌...62