초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 전기버스용 루프탑재 대용량 전동식 스크롤 컴프레서 적용 일체형 냉난방(냉방 32kW, 난방 30kW) 시스템 개발

□ 개발내용 및 결과
o 본 연구개발은 전기버스용 루프탑재 냉난방 모듈을 개발하여, 실차적용 및 실도로 모니터링을 통한 실차 적용 성능 확보를 위한 것이다. 1차년도 핵심부품들에 대한 설계에서부터, 최종 4차년도에 개발 시스템에 대한 실차 적용 및 실도로 성능 확보를 위한 성능 최적화까지 진행하였고, 지속적인 실차 모니터링을 통하여, 성능 육성 및 문제점

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 전기버스용 루프탑재 대용량 전동식 스크롤 컴프레서 적용 일체형 냉난방(냉방 32kW, 난방 30kW) 시스템 개발

□ 개발내용 및 결과
o 본 연구개발은 전기버스용 루프탑재 냉난방 모듈을 개발하여, 실차적용 및 실도로 모니터링을 통한 실차 적용 성능 확보를 위한 것이다. 1차년도 핵심부품들에 대한 설계에서부터, 최종 4차년도에 개발 시스템에 대한 실차 적용 및 실도로 성능 확보를 위한 성능 최적화까지 진행하였고, 지속적인 실차 모니터링을 통하여, 성능 육성 및 문제점 개선을 향후 진행할 예정임
o 개발 최종 시제품에 적용된 핵심 부품들과 냉난방 성능은 아래와 같은 결과를 얻었고, 정량적 목표를 만족하는 수준을 확보함
- 전기버스용 루프 탑재 전동식 냉난방 시스템
․ 냉방성능 : 32.05kW, 냉방 시스템 효율 : 2.62
․ 난방성능 : 30.3kW(히트펌프 시스템 19.06kW), 난방 시스템 효율 : 1.85
․ 시스템 중량 : 279 kg 이하
- 루프 탑재 냉난방 시스템 구동용 전동식 압축기 모터 용량 9.8kW 및 전동압축기 효율 88.72%
- 루프 탑재 냉난방 시스템 허용 입력 전압 범위 : 450~850Vdc
- 실외 열교환기용 팬 효율 86.65% 및 실내 열교환기용 블로워 효율 86.26%이상
- 전기버스 페열을 활용한 통합열관리용 칠러 용량 6.53kW
- 개발 시스템 핵심 부품에 대한 내환경성(진동, 열충격, 고온/저온 방치) 및 전자파 적합성 수요처 평가 기준 확보 완료
o 전기버스 냉난방 모듈 최종 시제품을 제작완료하고, 실차 적용 및 실도로 모니터링을 진행하였다.(한남여객, 대진여객) 수요처인 현대차에서는 실도로 모니터링을 데이터를 활용하여서, 전비 개선에 대한 효과를 검증(개발 시제품 적용시 외기온도 0℃에서 10.2% 전비개선) 하였고, 지속적인 모니터링을 통한 제어로직 개선 및 신뢰성 확보를 위한 연구를 진행할 예정임.

□ 기술개발 배경
o 연비 및 배출가스 규제 강화에 따라 상용 전기차 개발과 보급이 활발히 진행 중이며, 승용대비 보급 대수는 적으나 에너지 다소비 수송분야로 에너지소비효율 향상이 시급히 요구되고 있음.
- 전기버스의 경우, 배기가스 배출이 없기 때문에, 기존에 적용되었던 디젤 버스 및 천연가스버스 대비해서, 친환경적이고, 연비측면에서도 우수하여서, 에너지 소비효율 향상에 도움이 될 수 있고, 탄소배출에 대한 영향도 줄어들수 있음.
- 보조시스템 (특히 냉난방 공조시스템) 작동에 따라 주행거리가 20~30%까지 낮아지는 것으로 보고되고 있으며, 전기버스는 감소폭이 더 클 것으로 예상됨.
· 전기버스의 경우, 승객의 승하차를 위하여서, Door의 빈번한 개폐로 인하여서, 냉난방 부하가 승용 전기차에 비해서, 더 크기 때문에, 전기버스의 경우, 냉난방 시스템 적용으로 인한 전비(Fuel economy) 감소가 승용대비 더 클것으로 예상되는 바, 효율적인 냉난방 시스템의 개발로, 주행거리 연장(전비 향상)을 위한 기술개발이 필요한 상황임.
o 전기버스의 주요 장치(모터, 배터리 등)는 국산화 개발은 활발히 진행되어 왔으나, 냉난방 공조시스템 및 냉매용 컴프레서 등의 보조시스템에 대한 국산화 개발은 미흡한 실정임.
- 기 상용화된 전기버스의 에어컨 시스템 및 난방용 전기식히터 등의 보조시스템은 대부분 해외제품을 도입하여서, 사용중에 있음.
· 승용 전기자동차에 적용된 보조시스템의 경우, 필요 성능 및 내구 목표 수명이 승용 기준에 맞춰 있기 때문에, 전기버스와 같이, 다인승 및 빈번한 Stop & Go를 진행하는 상용시스템에 적용하기에는 부하 대응 및 내구성에서 부족한 상황이기 때문에, 보다 가혹조건에서 운전이 가능한 상용차 전용 부품으로 개발이 필요한 상황임.

□ 핵심개발 기술의 의의
o 본 연구는 전기버스용 루프탑재 (Roof On Type) 전동식 컴프레서 일체형 냉난방 시스템을 개발하여 승객에 대한 열쾌적성을 향상시키면서, 냉난방 운전시 연비 저감을 최소화 할 수 있는 효율 높은 시스템을 개발하고, 개발된 냉난방 시스템을 활용하여서, 배터리 최적 효율 운전을 위한 열관리 시스템에 활용하여서, 전기버스의 통합 열관리 운전 제어기술을 개발하여서, 전기버스의 전비와 상품성 향상을 확보하고자 함.
- 루프탑재 전동식 컴프레서 일체형 냉난방 시스템의 경우, 시스템 모듈화를 통하여서, 전기버스 국내·외 시장에 적용될수 있도록 핵심부품(대용량 전동식 압축기, BLDC 모터 적용송풍기, 방향전환 밸브 및 배관류) 및 시스템 케이스를 개발함.
- 냉난방시스템의 경우, 동절기에는 난방운전 작동 시 외부 열교환기의 응축수 빙결로 인해 열교환기에 착상이 발생함. 이러한 착상은 열교환기의 공기유로를 차단하여 풍량을 감소시키고 서리층이 열저항으로 작용하여 열교환기 성능저하로 인한 난방성능이 감소하게 되기 때문에, 난방운전시 착상으로 인한 성능 저하를 방지하기 위한 방안을 포함한 외기 환경 영향 변수를 최소화한 안정적인 성능 확보를 위한 냉난방 시스템 운전기술 개발이 필요함.
- 전기버스의 경우, 배터리가 루프에 위치해 있기 때문에, 루프탑재 냉난방 시스템을 활용하여서, 배터리 열관리가 능동적으로 이루어질 수 있어서, 본 과제에서는 루프탑재 냉난방 시스템을 활용한 전기버스 통합 열관리 시스템 기술을 개발하여서, 전기버스 전비(Fuel economy) 향상 및 상품성 개선을 진행함.

□ 적용 분야
o 전기버스 제작 완성차 업체에 냉난방 시스템 모듈화 적용 가능
o 대용량 전동식 압축기 개발을 통한 전기 상용자동차로 확장 적용 가능

(출처 : 초록-3. 개발결과 요약 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
• 목차 ... 17
• 제 1 장 서론 ... 18
• 제 1 절 과제의 개요 ... 18
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 33
• 1. 1차년도 기술개발 수행내용 요약 ... 33
• 2. 2차년도 기술개발 수행내용 요약 ... 37
• 3. 3차년도 기술개발 수행내용 요약 ... 41
• 4. 4차년도 기술개발 수행내용(최종년도) ... 48
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 156
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 157
• 제 3 장 결과 ... 158
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 158
• 1. 연구개발 추진 결과 요약 ... 161
• 2. 논문 게재/발표 실적 ... 162
• 3. 기술이전 실적 ... 162
• 4. 인증/포상 실적 등 (국내 및 국외) ... 163
• 5. 사업화 계획 및 매출 실적 ... 163
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 164
• 제 3 절 R&D 도전과 배움 ... 166
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 167
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 169
• 제 6 절 안전관리 이행 현황 ... 175
• 제 4 장 사업화 계획 ... 179
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 179
• 제 2 절 사업화 계획 ... 181
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 185
• 부록 ... 186
• 1. 개발시 사용되는 시험성적서, 도면, 설계도 자료 ... 186
• 2. 성과 증빙 자료 ... 233
• 끝페이지 ... 239