초록 ▼

1세부과제 : 전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◦ 리튬이온전지는 4V에 가까운 높은 방전 전압과 우수한 중량 에너지밀도를 가지고 있어 전력 저장용 및 전기자동차용 등의 고성능 전지로 사용되고 있음. 리튬이온전지는 O °C ~ 40 °C 범위에서 정상적인 성능을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 배터리 성능은 0°C에서 실온조건(25°C)보다 20% 감소하며, -20°C에서는 40% 감소함.
◦ 이러한 저온에서의 배터리성능 저하 문제는

1세부과제 : 전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◦ 리튬이온전지는 4V에 가까운 높은 방전 전압과 우수한 중량 에너지밀도를 가지고 있어 전력 저장용 및 전기자동차용 등의 고성능 전지로 사용되고 있음. 리튬이온전지는 O °C ~ 40 °C 범위에서 정상적인 성능을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 배터리 성능은 0°C에서 실온조건(25°C)보다 20% 감소하며, -20°C에서는 40% 감소함.
◦ 이러한 저온에서의 배터리성능 저하 문제는 전기자동차용 복합 히팅시스템을 통해 가열된 냉각수의 순환을 통해 저온 환경에서 배터리의 온도를 정상 작동범위로 히팅하여, 겨울철 전기자동차의 충전 및 시동성능을 향상 시킬 수 있음.
◦ 전기자동차는 1회충전주행거리가 짧은 한계가 있으며, 실내의 냉·난방을 위한 공기조화시스템은 배터리전력에 의존해야하기 때문에 1회충전주행거리가 크게 감소함. 특히 난방시에는 1/3 수준으로 크게 감소함.
◦ 전기자동차는 내연기관을 이용하는 기존 차량과 달리 차량 내부를 난방할 수 있는 폐열이 적으며, 모터 등에서 발생되는 열 또한 많지 않음.
◦ 전기자동차의 난방을 위해 사용되는 고전압 PTC(Positive temperature coefficient) 히터의 전력사용량(5.6 kW 정도)이 많기 때문에 1시간 작동시 전기자동차의 배터리 용량(약 16 kWh)의 30% 정도를 소모하게 되고 교통체증 등이 발생시 배터리방전에 대한 운전자의 불안감은 극도로 증가하는 문제점이 있음.
◦ 전기자동차의 냉난방을 위해 차량용 히트펌프를 적용하려고 하지만, 저온에서 히트펌프의 성능이 떨어지는 문제가 있어 PTC 히터를 추가 적용하고 있음. 그러나 PTC의 높은 전력소모로 인해 1회충전주행거리가 역시 크게 감소함.
◦ 최근 전기모터의 폐열을 활용하여 히트펌프의 성능을 개선하려는 연구가 있으나, 차량이 구동되지 않는 배터리 충전시 및 장기 주차 후 시동시에는 모터 등의 폐열이 없기 때문에 전기자동차의 시동성능을 개선하지 못하고 있음.
◦ 이러한 전기자동차의 겨울철 문제점은 소량의 저탄소연료의 연소공기로부터 열교환된 고온공기및 가열된 냉각수를 직접 공급함으로써 해결 가능함. 연료를 통해 생산된 전력을 사용하는 PTC히터와 달리 연료로부터 직접 에너지를 얻는 방식이기 때문에 효율 또한 높음.
◦ PTC히터를 대체할 본 연구의 전기자동차용 히팅시스템은 난방용 공기와 배터리히팅용 냉각수를 같이 공급하는 방식의 복합형 히팅 방식임.
◦ 현재까지 전기자동차의 미진한 보급으로 인해, 겨울철에 전기자동차를 운행해 본 운전자들이 많지 않은 실정에서 관련 기술의 중요성을 크게 인식하지 못하고 있으나, 정부의 보급계획에 따라 전기자동차 보급대수가 증가할 경우 관련 기술의 중요성이 크게 부각될 것으로 판단됨.

2세부과제 : 분리막이용 환경친화적 제습공조 시스템 기술개발(II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 1차 에너지의 30% 정도가 주거/건물 에너지이며, 그 중 70% 이상이 냉난방/공조용 에너지가 차지할 정도로 많은 에너지가 냉난방 및 공조를 위해 사용 중임
- 고온 다습한 여름철 냉방부하의 지속적 증가로 인한 피크전력 부족 및 Black-out 가능성 등으로 인한 저에너지형 공조시스템 개발이 시급히 요구됨
- 공조시스템에서 냉방 외에도 제습, 제진 등에 의한 공기 질 향상을 통한 삶의 질 개선이 요구되고 있음
- 기존의 제습시스템의 경우 기체 냉각 및 제습제의 재생을 위해 과다한 에너지가 소모되므로 절대습도를 직접 낮출 수 있는 시스템 개발을 통해 에너지절약효과를 극대화할 수 있는 제습 공조시스템이 필요하며, 이에 부합하는 시스템이 분리막 제습시스템임
- 기존 제습방식은 제습 성능의 한계와 에너지의 과다사용 등 제한요소를 갖고 있지만 분리막 이용 제습기술은 동일 온도/습도조건에서 저에너지를 사용하여 수분을 제거하여 원하는 온도와 습도를 만들 수 있는 제습기술임
- 많은 분야에서 사용하고 있는 건조 및 제습은 방식에 따라 여러 가지 문제가 발생하고 있음. 따라서 제습냉각기술의 활용도 및 국/내외 시장개척을 위해서는, 제습로터,증발냉각기 둥 주요 부품에 대한 개발 및 신개념의 기술개발이 필요함

☞ 설치공간의 최소화, Energy Saving (효율증대 및 동력질감), 유지보수 최소화 할 수 있는 공기조화 시스템 개발 필요

3세부과제 : 기후변화 대응을 위한 흡착 냉방 시스템(II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 경제의 발전에 따라 쾌적한 주거 및 근무환경 추구와 지구 온난화로 인한 기온 상승으로 냉방수요가 급격히 증가하여 세계에서 생산된 전력의 15%, 전체 가정, 상업용 건물의 45% 에너지가 냉동, 냉방에 사용되고 있고 그 비율이 더 증가할 것임.
- 세계적으로 냉방의 99% 이상이 프레온계 냉매를 사용하는 전기압축식 냉동기로 이루어지므로 하절기 전력 부족, 온실가스 배출, 오죤층 파괴 등의 문제를 야기함.
- 반면에 산업폐열 중 가장 많이 발생하는 90°C 이하의 저온폐열과 하절기 태양열 온수 등은 마땅한 사용처가 없음.
- 에너지 수요 증가와 기후변화 대응을 위하여 저온 폐열과 신재생 열에너지의 효율적인 활용기술이 필요하고, 2016년부터 시행 예정인 신재생 열에너지 공급 의무화제도(RHO)에 대비하기 위하여 하절기에 활용도가 낮은 신재생열에너지를 이용한 냉방기술 개발이 필요함.
- 흡착식 냉방시스템은 저온 열원 (60~90°C)으로 구동되고 냉매로 물, 메탄올, 에탄올, 암모니아 등을 사용하여 냉방열 (5~ 15°C) 또는 냉장열 (-20~0°C)을 생산하므로 전기압축 프레온 냉방기를 대체하는 무전력 환경친화적 냉방시스템임.

- 저온열원
- 산업폐열 중 가장 많이 발생하지만 활용처가 마땅찮은 저온폐열 (90°C 이하)
- 태양열 온수: 하절기 활용처 확대를 위한 태양열 냉방 연구 활발
- 지역난방 온수: 우리나라 지역난방 보급 활발, 하절기 유호한 활용 방안 필요
- CHP, 지열, 연료전지 폐열, 발전기 엔진 냉각열 등
- 흡착제와 냉매로서 실리카겔-물 또는 제올라이트-물을 사용하는 흡착식 냉동기가 일본, 독일, 미국 등에서 일부 상용화 되어 있지만 부피가 크고, 고가여서 많이 활용되지 못하고 있음.
국외 관련회사: Mayegawa/Nishiyodo/Mitsubish/Union Ind. (일본),Power partners/HIJC (미국), SorTech/Solar Next/GBU/Invensor (독일), Weatherite Mfg (영국)
- 미국 DOE ARPA-E 프로젝트 중 High efficiency adsorption chiller (PNNL 주관)
- 생산기술연구원, 흡착식 냉동 연구 중
- 이 연구에서는 나노기술을 활용한 혁신적인 흡착제와 흡착탑의 열 및 물질전달 향상. 그리고 고효율 흡착 냉방 사이클을 연구하여 흡착식 냉방 시스템의 성능을 획기적으로 향상시키고자 함.


4세부과제 : 하이브리드 열관기 기술 적용 마이크로 모빌리티 EV 배터리팩 시스템 개발(II)
II. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
• 첨단기술의 융합과 혁신을 통해 [그림 1]과 같은 다양한 형태의 이동수단이 개발되고 있으며, 특히 도심 집중화로 인한 주차공간의 제약, 교통 체증 등으로 인해 마이크로 모빌리티 전기자동차(Micro Mobility Electric Vehicle)에 대한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있음.
• 아래 그림에서 보는 것처럼, 마이크로 모빌리티 EV는 일반 승용형 전기자동차에 비해 에너지소비효율이 우수하여, 도심지역의 미세먼지저감 에너지절약에 효율적임을 알 수 있다. 따라서, 근거리이동 및 배달용 등으로 보급 확대가 되고 있음.
• 또한 교외지역 노령화로 인한 노약자 교통수단, 관광지 카쉐어링 등으로 보급이 확대되고 있음.
• 따라서 마이크로모빌리티 EV 보급 확대를 위해서는 장수명, 고효율 배터리팩 개발이 매우 필요하며, 아래 그림에서 보는 것처럼 이러한 기술은 산업 전반 모든 분에서 적용이 가능해서 파급효과가 매우 큼
• 하지만, 현재 마이크로모빌리티 EV 및 소형 ESS 배터리팩 제작 기술은, 아래 그림에서 보는 것처럼 배터리 셀을 단순 조립하여 배터리팩 제작 (밀봉 상태로 되어 있어서, 열관리에 매우 취약한 구조) ： 여름철 클링 및 겨울철 보온에 대한 고려가 전혀 안 되고 있음. 배터리 수명 및 성능에 큰 문제가 있음 ☞ 소비자의 가장 큰 불만 요인
• 아래 그림에서 보는 것처럼 리튬 배터리는 사용하는 온도에 따라 배터리 성능 및 수명이 크게 영향을 받기 때문에, 최근에 배터리 열관리 기술(배터리 최적 온도 및 균일 제어 등)에 대한 개발 필요성이 증가하고 있으며, 핵심 기술로 부상되고 있음.
• 아래 그림에서 보는 것처럼, 사용되는 온도에 따라 배터리 수명이 크게 영향을 받는 것을 알 수 있음 (저온 및 고온에서 수명이 급격하게 감소함).

5세부과제 : 다목적 에너지큐브 시스템 핵심 요소 기술 개발(I)
IV. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
재난 규모에 맞추어 대응이 가능한 임시 주거 시설,생활 용수 확보, 그리고 에너지 공급 시스템을 제공할 수 있으며, 이러한 유연성을 바탕으로 이재민 뿐 아니라 구조대원 및 자원봉사자의 임시 주거 집단에 활용될 수 있다. 또한 도서 지역이나 단독의 에너지 공급이 필요한 지역, 최근 증가하는 야외활동 수요에 맞춘 캠핑장,그리고 군사 작전 혹은 전시 상황에서도 사용이 가능하다. 각 요소의 모듈화와 모듈간 표준화를 통한 경쟁력 확보 노력이 필요하다.

Abstract ▼

5. Element technique development of Multi-purpose Energy Cube System
IV. Result and Recommendations
The shelter incoporated with the water purifying system was implemented using the electricity supply system. These primary systems can be utilized in island area, outdoor camp area, and the fiel

5. Element technique development of Multi-purpose Energy Cube System
IV. Result and Recommendations
The shelter incoporated with the water purifying system was implemented using the electricity supply system. These primary systems can be utilized in island area, outdoor camp area, and the field of battle. Rescue workers in disasters or volunteers in developing countries can also use this noble multi-purpose energy cube system.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I 전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(II) ... 7 목차 ... 9 I 일반현황 ... 11 II 과제의 목표 및 내용 ... 12 III 추진 전략 ... 14 IV 추진 실적 ... 18 V 향후 계획 ... 36 VI 연차평가의견 및 보완 대책 ... 36II 분리막이용 환경친화적 제습공조 시스템 기술개발(II) ... 37 목차 ... 39 I 일반현황 ... 41 II 과제의 목표 및 내용 ... 42 III 추진 전략 ... 45 IV 추진 실적 ... 47 V 향후 계획 ... 64 VI 연차평가의견 및 보완 대책 ... 65III 기후변화 대응을 위한 흡착 냉방 시스템(III) ... 67 목차 ... 69 I 일반현황 ... 71 II 과제의 목표 및 내용 ... 72 III 추진 전략 ... 74 IV 추진 실적 ... 77 V 향후 계획 ... 96 VI 연차평가의원 및 보완 대책 ... 97IV 하이브리드 열관기 기술 적용 마이크로 모빌리티 EV 배터리팩 시스템 개발(II) ... 99 목차 ... 101 I 일반현황 ... 103 II 과제의 목표 및 내용 ... 104 III 추진 전략 ... 109 IV 추진 실적 ... 115 V 향후 계획 ... 124 VI 연차평가의견 및 보완 대책 ... 125V 다목적 에너지큐브 시스템 요소 기술 개발(I) ... 127 요 약 문 ... 129 SUMMARY ... 130 CONTENTS ... 131 목차 ... 134 그림목차 ... 137 표목차 ... 139 제 1 장 기술개발 개요 및 목표 ... 141 제 2 장 연구개발 추진전략 ... 151 제 3 장 기술 개발 결과 ... 159 제 4 장 결 론 ... 193끝페이지 ... 193