초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
수소전기차용 700bar 수소저장용기의 신뢰성 및 가격 저감 기술 확보
1. 고성능, 저가 Towpreg 국산화 개발
2. 가스 투과율 저감 Multi-Layer 플라스틱 라이너 개발
3. 자동화 가능, Multi-Eye 장착 Towpreg Winding 장비 개발
• 5 Axes Control, 4 Eyes, CPAC 장착 Vertical Type
4. 최적 구조설계를 통한 용기의 무게, 치수, 및 파열압 편차 최소화
5. 고속, 고정밀 와인딩 성형 기

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
수소전기차용 700bar 수소저장용기의 신뢰성 및 가격 저감 기술 확보
1. 고성능, 저가 Towpreg 국산화 개발
2. 가스 투과율 저감 Multi-Layer 플라스틱 라이너 개발
3. 자동화 가능, Multi-Eye 장착 Towpreg Winding 장비 개발
• 5 Axes Control, 4 Eyes, CPAC 장착 Vertical Type
4. 최적 구조설계를 통한 용기의 무게, 치수, 및 파열압 편차 최소화
5. 고속, 고정밀 와인딩 성형 기술
• 생산성 기존 대비 6배
6. 고성능 저가 700 bar 수소저장용기 개발
• 구조안전성 확보 파열모드

□ 개발내용 및 결과
1. 수소저장용기 구조 설계 및 해석
• 54L, 무게효율 6.0 wt% 수소저장용기 패턴 설계
• 원소재 물성 DB 반영, 신규 패턴 Full Model 해석
• 경화 해석 시험편 및 시험법 도출, 경화조건 개선안 확보
• 내압성능평가를 통한 최종 설계안 도출
2. Towpreg 제조기술 개발
• 수소저장용기에 적합한 고인성 에폭시 Formulation 확보
• 토우프레그 제조기술 확보(Solvent type/Hot-melt Type)
• 제조인자에 따른 성능 비교 및 Band Width 오차 검증/개선안 도출
• F/W 공정 적용 및 토우프레그 복합재 성능평가
3. Plastic Liner 제조기술 개발
• 등장력 돔 이론 반영, 라이너 형상 설계
• 내열성, 내한성, 기밀성 확보 라이너 소재 선정
• Al-Port 최적 구조 설계 및 라이너 부착 성능 확보
• Blow molding 및 Rotation molding 공정 적용, 라이너 성형 조건 개발
• 라이너 제품 Spec 기준 마련, F/W 공정 전/후 치수 안전성 검증
4. 고속, 고정밀 필라멘트 와인딩 장비 개발
• Vertical Type Towpreg Winding Machine 설계 및 제작
• CPAC Device 설계 및 효율성 검증(전자동화 공정 구현)
• 장력 변화 모니터링 및 라이너 내부 공기압 제어 Simulation
• Towpreg Winding 최적 성형 조건 도출(Hoop 2.0m/s, Helical 1.5m/s)
5. 복합재 수소저장용기 시제품 제작
• Towpreg winding pattern 최적 설계/해석 결과 도출
• 수소저장용기 제조공정 최적화(Resin flow 개선, F/W 공정 개선을 통한 돔 형상 최적화)
• 수소저장용기 시작품 제작(무게효율 6.04wt%, 설계값 대비 오차 0.83%)
• 시제품 평가(파열시험 1,751~1883 bar, 파열압 평균 오차 1.97%, 반복압력시험 24,090회, Leak/Permeation 국내 시험기관 장비구축 지연으로 인한 시행 불가)
• Towpreg, Liner 공급가 기준 마련, 60,000 ea/y 기준 결정가격 산출(20.5 USD/L)

□ 기술개발 배경
• 2014년, Euro6 적용 시대가 도래됨에 따라 자동차 연료로 친환경 에너지인 수소가스, 천연가스 수요가 급증하게 되고, 이러한 연료들을 효율적으로 저장, 활용하기 위해서는 경량 복합재 연료탱크가 필연적으로 필요하게 됨.
• 현대차, 도요타 등 국내외 자동차 업계에서는 2015년부터 수소연료전지 자동차가 개발 수준을 넘어 양산 체계로 진입하게 되고, 미국의 Shale Gas 등 천연가스가 자동차 연료로 폭발적으로 상용하게 됨에 따라 그 수요가 급증할 것으로 예상되지만, 복합재 연료저장용기는 제조원가 절감, 생산성 향상 및 중량, 치수안정성을 고려한 품질의 재현성 확보 등의 문자가 양산화의 큰 장벽으로 대두되고 있는 실정임.
• 수소연료전지자동차의 가장 핵심부품은 수소저장용기로서 세계적인 시장점유 경쟁력을 갖추기 위해서는 저장용기의 가격, 생산성, 품질 재현성의 개발이 필요로 함.

□ 핵심개발 기술의 의의
• 수소전기자동차의 상용화 과정에서 진입장벽을 낮추어 대중화를 위해서는 가격경쟁력 확보가 필수적임. 이는 가장 가격의 비중이 가장 높은 수소저장용기의 가격절감이 필요함.
• 수소저장용기의 경제성 외 제품의 치수안정성, 품질재현성 확보도 반드시 필요함
• 가격 경쟁력 확보: 토우프레그 국산화, 플라스틱 라이너 국산화, 설계 준수율 최적화를 통한 제품 원가 절감, 고속 성형을 통한 생산성 향상 (투자대비 생산량 증가).
• 생산성 향상 : 토우프레그 고속 와인딩 설비 개발 (국산화), Multi Eye 적용, 고속 성형성 검증
• 품질 재현성 확보 : 수소저장용기 중량 및, 치수 편차 재현성 확보, 설계파열압력 대비 실제파열압력 편차 최소화.
• 무게효율 향상 : 라이너 내부 구조 경량화 및 최적 구조설계, Towpreg winding 경량화 패턴 설계 (Cylinder 先 파열 및 돔 형상 최적화), F/W 장비의 고속/정밀 와인딩 기술

□ 적용 분야
수소전기자동차(FCEV ; Fuel Cell Electric vehicle) 수소저장용기

(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 14
• 제 1 장 서론 ... 15
• 제 1 절 과제의 개요 ... 15
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 26
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 29
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 30
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 335
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 336
• 제 3 장 결과 ... 337
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 337
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 337
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 338
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 339
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 341
• 1. 기술개발 추진체계 ... 341
• 2. 기술개발 추진내역 ... 342
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 345
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 346
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 347
• 1. 연구실 안전조치 ... 347
• 제 4 장 사업화 계획 ... 348
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 348
• 제 2 절 사업화 계획 ... 349
• 1. 케이지에프 ... 349
• 2. 한엑스 ... 351
• 3. 피코산업 ... 351
• 4. 롯데케미칼 ... 353
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 357
• 끝페이지 ... 359