<B1B3C5EBC3BCB0E8C8BFC0B2C8ADBBE7BEF72DBCF6BCD2BFACB7E1C0DAB5BFC2F720BEC8C1A4BCBAC6F2B0A12DB1E2C8B9BAB8B0EDBCAD2E687770>

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1 교통체계효율화사업기획보고서수소 연료전지자동차안전성평가기술개발기획보고서 R&D / 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발기획보고서 주관연구기관 / 서울대학교건설교통부한국건설교통기술평가원건설교통부한국건설교통기술평가원

2 제출문 건설교통부장관 ( 한국건설교통기술평가원장 ) 귀하 본보고서를 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발을위한기획연구 의기획보고서로제출합니다 주관연구기관 : 서울대학교총장 : 이장무 총괄연구책임자 / 교수민경덕기획총괄책임 주관연구기관참여연구원 / 교수 김민수 공동연구 / 전임강사 차석원 공동연구 / BK교수 김한상 공동연구 / 박사과정 임재만 연구보조 / 박사과정 방정환 연구보조 / 박사과정 강상규 연구보조 / 석사과정 조준현 연구보조 / 석사과정 김성욱 연구보조 / 석사과정 이대흥 연구보조 주관연구기관자문위원 / 교수 남광희 전기안전부문 / 교수 고장혁 제도정책부문 / 교수 임성한 차량안전부문 / 책임연구원 이대영 수소안전부문 / 책임연구원 이광범 차량안전 / 성능부문 / 책임연구원 이재완 차량안전 / 충돌부문 / 선임연구원 오형석 수소 / 연료전지안전부문 / 선임연구원 김대광 전기모터안전부문

3 목 차 1. 배경및필요성 1 가. 배경 1 나. 필요성 2 2. 최종목표및내용 6 가. 최종목표 6 나. 기술개발내용 6 3. 국내 외안전성평가기술및기술개발동향 14 가. 수소연료전지자동차의개요 14 나. 선진국안전성평가기술개발동향 24 다. 선진국기술개발동향 29 라. 국내기술개발동향및수준 71 마. 특허정보조사 SWOT 분석 96 가. 시장 / 기술의특징 96 나. 기회 / 위협요인 96 다. 강점 / 약점요인 추진전략및방법 100 가. 전략적목표 100 나. 연구개발전략 102 다. 사업화전략 103

4 6. 연구분야도출과정 연구분야및주요연구개발내용 110 가. 목표에부합되는연구분야도출 110 나. 개발목표 110 다. 연구분야별개발기술목표 소요예산추정 139 가. 전체사업소요예산 139 나. 연구분야별소요예산 기대효과및전망 141 가. 기대효과 141 나. 파급효과 참고문헌 146 별첨1 프로그램별총괄 TRM & 연구분야별 TRM 148 별첨2 총괄 RFP & 연구분야별 RFP 153 별첨3 연구개발비세부내역서 171 별첨4 회의록 176 별첨5 서명부 188

5 1. 배경및필요성 가. 배경 자동차는이동수단에서사회활동보조등현대생활의필수공간이지만, 도시와같은인구밀집지역에서는자동차배기가스에의한대기오염, 주행중발생하는소음과같은환경적인문제를발생시키며또한지구온난화의주범인 CO 2 를배출하고있음 자동차산업은우리나라의중요기간산업을이루고있으며, 우리나라는세계 5위의자동차생산국자리를차지하고있으며, 전세계적으로기존화석연료고갈및공해배출문제등으로관련자동차기술은하이브리드및대체연료등의신기술개발경쟁이치열해지고있은상황임 현재의가솔린, 경유등의화석연료를연료로사용하는자동차는배기가스를통하여대기오염원인 NOx( 질소산화물 ), PM (Particulate matter, 입자상물질 ), CO( 일산화탄소 ), HC( 미연탄화수소 ) 등을다량으로배출하여심각한공해문제를발생시키고있음 - 특히지구온난화의원인이되는 CO 2 ( 이산화탄소 ) 를배출하게됨 - 배기가스의저감을이룰수있는각종기술수요가증대되고있음 환경규제강화와에너지고갈문제는기존의내연기관, 동력전달장치, 소재등의효율강화뿐만아니라대체에너지를사용하는차량의등장을요구하고있음 - 환경친화적인자동차인하이브리드자동차와연료전지자동차의개발은국내자동차산업의생존조건이자미래의성장동력이되고있음 하이브리드자동차의경우이미승용자동차부문에서는상업적인생산과판매가이루어지고있음 - 우리나라의경우에는하이브리드핵심부품의국산화비율이낮은등자동차선진국에비해관련기술수준이상당히떨어지고있는실정임 - 승용차부분의각종하이브리드관련기술에있어서는일본등앞선기술을소유하고있는국가에서관련특허등을선점하고있어기술진입이어려움 연료전지자동차의경우는일본, 미국선진국에서도개발및양산초기단계정도의수준에머물고있으며, 국내의경우현대자동차가스택, 중요부품설계기술등요소기술개발에대한독자기술력을확보하고있음 - 현대자동차가개발한연료전지자동차는국내외의실증사업에성공적으로 - 1 -

6 참여하고있는등국내의연료전지자동차기술은선진국과거의대응한수준임 수소 연료전지자동차는현재내연기관자동차와는달리고압또는액화수소를연료를사용함으로인하여화석연료를사용하는내연기관자동차와는전혀다른특성들을나타내고있음 - 고압또는액화수소의사용으로인하여기존자동차와는다른방향의안전성확보문제가대두 - 대체에너지, 무공해의장점으로각광받고있는수소 연료전지자동차의차량주행, 수소, 고전압및전자파에대한안전성을확보하기위하여기존의방식과는다른별도의시험평가절차와기술개발이필요함 나. 필요성 경제 산업적측면 - 자동차는생활에편리함을주는필수품이기도하지만, 도시와같은인구밀집지역에서는배기가스에의한공기오염, 주행중발생하는소음과같은심각한사회문제를발생시키고있음 - 환경관련국제합의로서오존층파괴를막기위해프레온가스사용을규제한 1986년몬트리올의정서이래, 1992년브라질리우데자네이루에서최초로탄생된지구온난화방지를위하여화석연료사용을감축하자는국제간의공동협약인기후변화협약이 1997년일본의교토에서최종적으로채택됨으로써세계각국은환경관련경각심이고조됨 - 각종규제협약과일부선진국의개별입법에의한무역규제가증가함에따라높은수준의환경기술과환경친화적산업구조를가진국가들이지구환경보전을명분으로국제적으로그린라운드 (Green Round) 를결성하고있으며, 미국의캘리포니아주를비롯한여러주에서는무공해자동차 (ZEV; Zero Emission Vehicle) 와저공해자동차의무판매를포함한자동차배기가스규제를입법화하고있어각국의자동차회사는이에대응하기위한친환경기술을개발해야하는어려움에직면하고있음 - 한국자동차산업도생존하기위해서는현재북미의배기가스규제, 캘리포니아주의 ZEV 의무수출및유럽연합의이산화탄소규제등에대응할수있는친환경자동차의개발이필수적이고연료전지자동차의개발은친환경자동 - 2 -

7 차개발의핵심적요소라할수있음 - 우리나라자동차산업은제조업의 10% 를차지하며자동차관련부품산업은 2000년약 19.8조원규모로국내부품산업전체의 4.8% 차지하며, 2010년 7.5% 로예상됨 - 연료전지자동차의개발은이러한기존자동차부품산업계에변동을수반할것으로예상되며, 연료전지자동차와관련된연료전지운전장치시스템의핵심부품및기술을조기개발함으로써기술경쟁력강화및핵심기술에대한해외의존도를탈피함으로써핵심기술의선점에따른새로운산업수요창출가능 기술적측면 - 연료전지운전장치시스템은연료전지의운전에필요한연료및온도조건을충족시켜줄수있도록하는각종의기계적부품들로구성되어있음 - 이들은기존의자동차에사용되는부품과많은부분에서같은역할을하나부품의구동방식이나특성은기존의내연기관자동차와는많이다르며, 자동차와같은한정된공간에서사용되기위해서는초소형이면서고성능을요구됨 - 연료전지운전장치는연료전지시스템의전체적인효율, 무게및내구성등에직접적으로영향을끼침 - 현재연료전지스택이구성하고있는물질의내구성및최적의성능을내기위한운전조건의협소함으로인하여운전장치시스템의부품, 설계및운전기술이전체연료전지시스템, 나아가연료전지자동차의성능에많은영향을끼치고있음 - 이것은최근연료전지자동차를포함한친환경자동차의성능을비교평가하기위하여개최된 Michelin challenge Bibendum과같은행사에서도증명되었음 - 같은연료전지스택을사용하더라도운전장치시스템을개발한자동차회사에따라자동차의성능이많은격차를보임 - 이는연료전지자동차의성능향상및효율향상을위해서는고성능고효율연료전지운전장치개발의중요성을확인하여주는결과 - 연료전지스택은많은기술적발전에도불구하고자동차의적용을위해서는기술적으로해결해야하는많은문제들을가지고있음 - 3 -

8 - 연료전지운전을위해서는공급되는연료및공기의습도를조절해야하는문제, 특정온도및압력조건이충족되어야하는문제, 빙점이하의온도에서연료전지를시동하는문제등의해결을위해서는연료전지스택의설계기술개발과운전장치시스템개발이종합적으로이루어져야함 정책적인측면 - 미국, 유럽, 일본등선진국은고압수소가스등연료전지자동차의안전성기술확보를통한연료전지자동차시장을선점하기위해치열하게경쟁하고있음 - 현재 UN산하자동차분과위 (UN/ECE/WP29) 등에서기술규정, 안전기준, 평가기술등의제정추진에자국의입장반영을추진하고있음 < 그림 1> 세계자동차산업시장개략도 - 향후기존내연기관자동차의판매대수는점차감소하면서, 친환경자동차인, 하이브리드및신개념의연료전지자동차의시장보급에따른국가의자동차관리에대한혼란과문제점을최소화하고, 자동차국제기술규정 (GTR) 제정등에능동적대응이필요함 - 특히연료전지자동차는유해배출가스가없는무공해자동차이지만고압수소가스, 고전압등에의한안전도확보가필수적임 - 더욱이 환경친화적자동차의개발및보급촉진에관한법률 에의거수립한산업자부 친환경자동차의개발및보급을위한기본계획 ( ) 에서자동차안전기준, 안전성평가는건교부주관으로역할이분담되어있음 - 4 -

9 < 표 1> 관계부처간협조체계 구 분 담당부처 주관협조 자동차안전기준및안전성평가기술개발, 안전기준국제조화 자동차기술개발, 연비기준및수소에너지인프라구축 자동차소음 진동기준, 배기가스기준등환경기준및저공해차보급지원 건교부 산자부, 환경부 환경부 산자부, 환경부 과기부 행자부, 산자부 - 5 -

10 2. 최종목표및내용 가. 최종목표 수소연료전지자동차의사고위험성최소화를위한안전성평가기술개발 수소를연료로하는연료전지자동차에대한고전압장치, 수소가스안전성등에대한안전성평가기술및안전기준개발 - 정부의자동차관리기능을극대화 - 국제적인평가기준확보로통상마찰해소 - 국내자동차산업경쟁력향상 - 수소공급시스템의안전성평가기술개발 - 수소 연료전지자동차의안전기준 ( 안 ) 및평가기술개발 - 연료전지자동차의고전압시스템안전성평가기술개발 나. 기술개발내용수소 연료전지자동차의안전성평가기술개발연구는크게제도 정책연구, 수소안전성연구, 차량운행안전성연구, 전기안전성연구, 4개연구분야로구분되며, 제도 정책연구는 2개의연구내용, 수소안전성연구는 2개의연구내용, 자동차안전성연구는 2개의연구내용, 전기안전성연구는 2개의연구내용로구분되어총 4개연구분야, 8개연구내용로구성되어있음 < 표 2> 최종목표및연구분야별목표 수소 연료전지자동차안정성평가기술개발 제도 정책연구수소안전성연구차량운행안전성연구전기안전성연구 -수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 -수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 -차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 - 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 -수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 - 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 -연료전지및고전압시스템전기안전성연구 -연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 - 6 -

11 1) 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구가 ) 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 외국안전관련법규및실용계획, 주요제작사별개발현황 자동차충돌에의한대형사고분석 수소연료전지자동차분야안전기준국제조화및 WP.29 수소연료전지자동차의 GTR 개발위한기획나 ) 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 수소연료사용에따른취급요령및수소자동차안전확보방안전략수립 비정상적인상태에서의수소연료자동차의안전확보매뉴얼선행연구 폐차관련환경부하분석및재사용가능부품의분석및제작시유해물질선행연구 < 표 3> 제도 / 정책연구분야연구내용및세부연구내용 ( 성과물 ) 연차 연구내용 세부연구내용 ( 성과물 ) 외국의연료전지자동차안전관련법규동향분석 - 외국안전관련기준고찰및표준화동향분석 UNECE WP.29의 수소 연료전 - Informal SGE ( 환경분야 ), SGS 1년차 지전문가기술회의 ( 안전분야 ) 대응 UNECE WP.29 GRPE( 환경 - Formal GRPE, GRSP 대응및국내 및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 대응 TF팀 ( 전문가그룹 ) 조직및운영 2 년차 3 년차 외국의연료전지자동차실용화분석 - 일본 (JARI, JHFC), 미국 (CaFCP, DOE, DOT), 유럽 ( 아이슬랜드, 독일 ) 동향분석 주요제작사별연료전지자동 - 기출시및컨셉연료전지자동차기능차개발및연구동향및사양등동향조사자동차충돌에의한대형 - 대형충돌사고및화재사고분석사고분석 UNECE WP.29의수소 - Informal SGE ( 환경분야 ), SGS 연료전지전문가기술회의 ( 안전분야 ) 대응 UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) - Formal GRPE, GRSP 대응전문가그룹회의 주요제작사별연료전지자동 - 기출시및컨셉연료전지자동차기능차개발및연구동향및사양등동향조사수소및수소혼합연료자동 - 외국안전관련기준고찰및표준화차안전관련법규동향분석동향분석 UNECE WP.29의수소 연 - Informal SGE ( 환경분야 ), SGS 료전지전문가기술회의 ( 안전분야 ) 대응 UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) - Formal GRPE, GRSP 대응전문가그룹회의 - 7 -

12 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 4 년차 5 년차 수소및수소혼합연료자동 - 미국 (DOE), 캐나다등동향분석차실용화분석주요제작사별수소및수소 - 기출시및컨셉수소및수소혼합연료혼합연료자동차개발및연자동차기능및사양등동향조사구동향 UNECE WP.29의수소 연료전지전문가기술회의 UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 수소연료사용에따른취급요령등안전확보방안교육 홍보자료선행연구 비정상적인상태에서의수소연료자동차의안전확보매뉴얼선행연구 수소 연료전지자동차의폐차및재사용관련선행연구 UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - Informal SGE ( 환경분야 ), SGS ( 안전분야 ) 대응 - Formal GRPE, GRSP 대응 - 도로, 정비업체, 충전소등에서지켜야할안전한수소사용방법에대한교육 홍보자료등기초연구 - 사고시, 고장발생시등수소연료자동차의자동차탑승자, 구조요원등의안전확보대응매뉴얼등기초연구 - 폐차시재사용부품에활용방안, 제작시사용되는유해물질에대한기초연구 - Informal SGE ( 환경분야 ), SGS ( 안전분야 ) 대응 UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) - Formal GRPE, GRSP 대응전문가그룹회의 2) 수소 연료전지자동차의수소안전성연구 가 ) 차량용수소저장및공급시스템안전성확립을위한평가기술개발 충돌및단품누출시험시수소대체가능물질선정 주차중수소누출시및압축수소저장시스템 안전성평가 수소저장시스템의주행중및신저장시스템의안전성평가 수소센서및누설감지 & 감지시스템분석 감지및차단시스템의평가기술연구나 ) 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 자동차와수소충전시스템의수소누설 자동차와수소충전소의정적스파크평가 수소충전시안전확보을위한충전소규격개발 - 8 -

13 < 표 4> 수소안전성연구분야연구내용및세부연구내용 ( 성과물 ) 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 1 년차 고압수소시스템의안전설계기준 - 수소시스템및차량의충돌, 화재및수립에필요한충돌, 화재및진동진동시험평가방안수립시험안전성평가연구 수소센서및누설감지시스템의차량적합성평가연구 - 차량내수소센서설치위치및감지범위확립 - 수소센서성능및신뢰성평가방안개발 - 수소시스템및연료전지차량의충돌고압수소시스템의안전설계기준및진동시험안전성평가방안수립수립에필요한충돌, 화재및진동 - 수소탱크및안전장치의안전성평가시험안전성평가연구를위한설비구축 2 년차 차량용수소저장용기및공급배관안전성평가연구 - 고압수소저장시스템안전설계기준수립 수소연료충전시충전장치및연료저장시스템거동연구 자동차와충전소의정적스파크평가기술연구 - 고압충전시수소충전거동분석 - 최대허용저항분석 차량용수소저장용기및공급배관안전성평가연구 - 차량용수소탱크안전장치의안전성평가기술개발 3 년차 4 년차 수소연료자동차의안전충전절차개발연구 수소연료자동차의안전충전절차개발연구 - 충전시 Protocol 개발 communication tool 개발및평가 충전시자동차상태평가, 예측기술개발 - 수소연료전지차충전시안전절차및안전기준 ( 안 ) 작성 - 비상사태발생시안전모드수립및평가 5 년차 차량용수소저장용기및공급배관안전성평가연구 - 수소시스템충격손상안전성평가 - 수소저장및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 도출및작성 - 9 -

14 3) 수소 연료전지차량운행안전성연구가 ) 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 수소 연료전지자동차안전기준적용성분석 연료전지자동차연비측정방법평가 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 도출 수소 연료전지자동차신규항목도출나 ) 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 연료전지 FAIL 발생시안전성평가기술연구 제어계통이상시 FAIL -SAFETY 모드분석 FAIL-SAFETY 모드안전성확보방안 < 표 5> 차량운행안전성연구분야연구내용및세부연구내용 ( 성과물 ) 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 1 년차 2 년차 수소 연료전지자동차의안전기준적용성연구 연료전지시스템의잠재적위험요소연구 수소 연료전지 자동차 연비 측정방법연구 연료전지시스템의잠재적위험요소연구 - 안전기준개정로드맵및개정방안수립 - 수소 연료전지자동차연비측정방법관련관련문헌조사 - 모터, 수퍼캡 / 배터리, 고전압부품고장시위험요소분석 - 수소 연료전지자동차연비측정방법관련시험및분석 - 절연파손시, 전기적충격시위험요소분석 - 연료전지시스템요소부품고장, 수소누출, 차량충돌시위험요소분석 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가연구 - 수소 연료전지자동차국내외각안전시험항목별평가및분석 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시험방법분석 3 년차 - 자동차이상발생시퀀스분석및부품고장진단, 수소누출등의위험감연료전지자동차자기진단기지기술개발술개발및이상발생시 - 모터, 고전압부품, 배터리 / 수퍼캡, 연 FAIL-SAFETY 모드연구료전지시스템등의자기진단기술개발

15 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가연구 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별평가및분석 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시험방법분석 4 년차 5 년차 연료전지자동차자기진단기 - FAIL-SAFETY 모드의작동조건술개발및이상발생시정의, 제어로직개발 FAIL-SAFETY 모드연구 - 이상발생시, FAIL-SAFETY 모드별 FAIL-SAFETY 모드안전성시험및안전성평가기술개발확보및평가기술개발연구 - 연료전지시스템, 모터, 제어기, 고전압요소부품고장진단시험및평가 수소연료전지자동차안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 연구 수소 연료전지자동차의신규시험항목연구 - 각항목별안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 도출및작성 - 신규시험항목발굴을위한로드맵수립 - FAIL 발생시최소운전전략평가 FAIL-SAFETY 모드안전성및안전성확보전략수립확보및평가기술개발연구 - FAIL-SAFETY에대한안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 도출및작성 4) 수소 연료전지자동차전기안전성연구가 ) 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 차체및부품의접지 / 전기적접촉의안전성평가방안개발 충전시, 주행시, 충돌시등화재및감전위험성평가 연료전지차량용보조전원장치의전기관리시스템평가 대전력구동시스템안전성확보방안연구및평가기술개발 고전압 / 고전류대응 안전배선시스템개발및안정성평가기술개발 나 ) 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 연료전지자동차및전자제어시스템전자파환경특성분석 대전력구동시스템에대한저주파평가기술개발

16 < 표 6> 전기안전성연구분야연구내용및세부연구내용 ( 성과물 ) 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 1 년차 2 년차 3 년차 연료전지스택전기적특성분석및평가방안연구 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 연료전지자동차및전자제어시스템전자파특성연구 연료전지스택의사고모델설정및재현실험 고전압시스템전기적특성분석및평가방안연구 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발및안정성평가기술개발연구 연료전지자동차및전자제 어시스템 전자파환경 특성 연구 - 연료전지스택부품에관한내한, 내열및전기적특성분석 - 부품의설계및특성을고려한위험우선순위선정, 사고패턴분석 - 연료전지, 전원분배시스템, 와이어및커넥터등전기적안정성평가방안을위한이론적배경도출 - 연료전지자동차및전자제어시스템전자파특성및평가항목분석 - 수소연료전지자동차에대한전자파환경특성분석 ( 필드및차량 ) - 절연파괴에의한사고위험성분석 - 진동내구조건및산화물증식에따른전기접촉특성분석및사고모의실험 - 접지및격리에대한전기안전성기준항목및기준치도출 - 접지 / 전기적접촉의안전성 ( 효율성 ) 평가를위한측정방법및장비사양도출 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템설계기술분석및개발 - 연료전지자동차및전자제어시스템전자파평가항목및수소 연료전지차의전자파환경특성분석 대전력구동시스템에대한 - 대전력구동시스템에대한저주파노저주파평가기술연구이즈영향연구및분석연료전지스택의전기안전 - 전기안전평가대상, 항목, 기준설정성평가방안연구고전압시스템전기안전성 - 충전시, 주행시, 충돌시등화재및감평가기술개발및검증연구전에대한전기안전성기준항목도출고전압 / 고전류용안전배선 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템시스템개발및안정성평가 1차시제품개발기술개발연구 전자기장 ( 방사및내성 ), 정전기, 전기적과도내성성능평가기술연구 - 차량내스파크및정전기해석및평가방안수립 대전력구동시스템의저주 - 저주파에안전한대전력구동시스템 1 파안정성평가방안연구차시제품연료전지및첨단전자시스 -전장품단품레벨의전자장영향분석템에대한전자파성능평가및연구개발기술연구

17 연차연구내용세부연구내용 ( 성과물 ) 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 - 연료전지시스템과차량의전기, 전자구조물사이의전기적격리기준및측정방법도출및고전압시스템의전기에대한감전보호기준도출 4 년차 5 년차 고전압 / 고전류용안전배선 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템시스템개발및안정성평가전기안정성성능시험결과기술개발연구 전자기장 ( 방사및내성 ), 정 - 시스템레벨의전자장영향분석및연전기, 전기적과도내성성능구개발평가기술개발연구대전력구동시스템에대한 - 저주파에안전한대전력구동시스템저주파평가기술연구저주파안정성성능평가결과연료전지스택의전기안전 - 수소누출, 화재발생, 연전압발생시등 성평가방안연구고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발및안정성평가기술개발연구 환경에서의안전기준 ( 안 ) 도출 - 전기안전성최종안전기준도출및평가를위한세부검증기술도출 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템전기안정성평가방법도출 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템 2차시제품 전자기장 ( 방사및내성 ), 정 - 과도전압및정전기안정성평가기술전기, 전기적과도내성성능개발평가기술개발연구 대전력구동시스템에대한저주파평가기술연구 - 저주파에안전한대전력구동시스템저주파평가기술도출 - 저주파에안전한대전력구동시스템 2 차시제품

18 3. 국내 외안전성평가기술및기술개발동향 가. 수소연료전지자동차의개요 1) 수소가스의물리적특징 수소가스는비독성가스이지만공기중에서산소대신공간을차지할때질식가스로서작용함 수소는무색, 무취, 무미이기때문에산소대신수소로이루어진공기를흡입하여무의식상태가아무런경고나물리적징후없이발생할수있음 발화위험은질식을일으키는농도보다더낮은상태에서일어남 대기압에서발화한계는약 4 ~ 75 % VOL. 이며, 가솔린은 1.4 ~ 7.4% 임. 수소 -공기의혼합물은점화하기가극히쉬우며점화에너지는 0.02 mj 인데, 이것은 SPARK가발생하는정전기방전의에너지와비슷하며, 다른탄화수소계연료는 0.25 mj 임 건조상태에서인간의몸에서발생되는정전기는수소를점화하기에충분하며, 이러한이유로정전기를발생하지않은차량내부의구성품은수소와관련된안전기준을가져야함 수소는원자크기가적기때문에다공성물질을통해빠르게확산됨 대기온도에서금속에느리게확산및용해되며, 높은온도에서는보다빠르기때문에동일한압력에서다른일반가스나공기를위해가스나적정하게주입된시스템으로부터누설이발생될수있고, 여러가닥의도선의내부통로를통하여수소의누설이가능함 수소는비중이 으로서모든가스중가장낮은중량을가지고있으며, 공기의 1/16 수준이고, 아주높은확산율을가지고있음 수소는메탄보다는 4배, 가솔린증기보다는 10배의확산속도를가지고있음. 액체수소또한무색, 무취, 비부식성이나, 액체수소가따뜻해짐에따라가스로증발하며수소가스의특성을가지게됨 동상또는열적연소와유사한극저온연소는수소가스와다르게만약액체수소와몇초동안접촉하는것의결과이고, 또한연소는노출된고압용기구성품이나비단열한파이프와일정기간동안에접촉이이루어지면발생하기때문에, 자동차제작자는액체수소온도에노출될수있는파이프나고압용기구성품에이조건을고려해야함

19 2) 수소연료전지자동차정의 수소연료전지자동차는연료로서수소를사용하며이를공기중의산소와화학반응을시켜, 이때발생하는전기를이용해구동용모터를작동시킴으로써운전되는자동차를말함 < 그림 2> 연료전지구조 1. 외부에서공급되는수소분자 (H 2 ) 는, 2개의전자 (e-) 를풀어놓고수소이온 (H+) 이됨 2. 수소부터떨어진전자는, 외부회로를통해반대쪽의산소극에전류로서흐르며, 여기에서전기가발생됨 3. 공기중에서산소전극, 산소분자 (O 2 ) 외부회로에서돌려보내는전자및된산소이온 (O2-) 산소이온은전해질로이동해온수소이온 (2H+) 과결합하고, 물 (H 2 O) 이됨 고체고분자형연료전지의경우공급되는수소는촉매 ( 주로백금 ) 에의해수소이온과전자로분리되며, 수소이온은수분과함께전해질막을통해양극으로이동하고, 전자는전선을통해양극으로이동하며, 양극에서는이들수소이온, 전자및공기중의산소가반응하여수증기를생성하며, 배출가스는물이됨 이때전해질막이가습되어야위의반응이원활하게일어나므로수소및공급공기를가습하는장치가필수적임 반응시발생하는열을효과적으로외부로방출하여야하며, 열방출이원활하지않은경우전해질막의온도가올라가건조현상이발생하고출력이감소됨 발생되는전압은 400 V 내외로서기존의차량보다높으며, 구동용전원, 통

20 신용전원, 보조장치용전원등용도에맞게변환하는것이필요할뿐만아니라, 차량의구동을위한전력소모에따른전체전력의제어가필요하고, 운전자의안전을별도로고려하여야함 동절기의운전을위해서는발생되는수분의처리및동파방지, 냉시동을위한방안이필요하며, 하절기의냉방및동절기의난방을위한방안이필요함 < 그림 3> 수소연료전지자동차개념도 연료전지자동차는수소와산소사이화학반응에의하여전기를일으키는연료전지를포함함 자동차가이동하기위하여이전기는자동차의전동기를회전시킴 내연기관자동차는주유소에서연료를공급받게되며, 수소연료전지자동차은수소충전소에수소연료를공급받게됨 3) 수소연료전지자동차의구성 수소와산소로부터전기를생산하는연료전지스택은연료를연소하여열로바꾸어주는내연기관의엔진에비유될수있어전기화학엔진이라고불림 내연기관에연료및공기공급, 냉각, 배기를위한장치로구성된엔진운전장치가존재하는바와같이, 연료전지시스템에도같은기능을하는스택운전장치가있음 열및물질수지개념을중요시하는화학공정에서는이를 Balance of Plant (BOP) 라고하기도함 프로톤교환막연료전지시스템의스택운전장치는크게공기공급및배기계, 연료공급계, 물관리및냉각계등으로구성되어있음

21 < 그림 4> 수소연료전지자동차의구성 공기공급및배기계 연료전지시스템에서는내연기관과같이피스톤의행정운동에의해공기를자연스럽게흡입하는기능이없기때문에공기를강제로불어넣어주는장치가필요하며, 일반적으로모터로작동하는공기블로어또는압축기가쓰임 자동차용연료전지시스템은대부분 1~3기압에서작동하도록설계되어있음 공기공급기는연료전지운전에있어가장많은일을필요로하는장치로서, 연료전지시스템최대출력의 5~20% 를사용함 압축성유체를다루는특성상공기공급기의운전효율은작동압력에민감하여, 일반적으로상압근처에서운전할수록유리한반면, 연료전지의성능면에서는가압운전이유리하므로이에대해서최적화하여운전할필요있음 특히, 가압하여운전할경우에는연료전지스택배기에서에너지를회수할수있는팽창기와일축으로연결된공기압축기가쓰이기도함 자동차에쓰이는공기공급기는그장착성을고려하여작게만드는것이필수적이다. 이를위해공기공급기회전수가분당수만회에이르도록설계됨 연료공급계 연료전지시스템의연료로수소를직접사용할경우연료공급계는비교적간단하게설계됨 수소저장방법에따라다르기는하지만, 대부분수 ~ 수십기압으로공급되는수소를스택입구에서운전압력으로조절함 수소저장압력이일반적으로공기공급압력보다높기때문에, 수소공급

22 계부품들의파손또는오작동으로인해스택에공기압보다높은수소가공급되는것에대한대책이필요함 연료전지스택에공기와연료를공급할때에는스택의성능확보및수명증대를위해연료전지반응에필요한양보다더많이공급하며, 이때스택에서사용하고남아배출되는수소를재사용하여연료의낭비를막아야함 일반적으로수소를재순환하여스택입구쪽으로되돌리거나, 태워서시스템또는차량에필요한열을공급하며, 특히스택을통과한미반응수소를재순환하는기술은연비향상을위해매우중요함 물관리및냉각계 프로톤교환막연료전지는전해질의프로톤전도성을확보하기위해반응가스의습도유지가필요하고, 그렇지않을경우프로톤교환막이건조하게되고이로인해막구조파괴되어전도성을상실하게됨으로써결국연료전지스택의수명을단축하게됨 반응가스의가습을위해가습기를사용하는데, 유량이 많은공기의가습이 수소보다상대적으로어렵고, 가습을위해필요한열량은수십 kw에이르며이를스택에서생산된전력으로공급하는것은불가능함 반응기체와물의습도차이에의한물의자연증발을이용하는것이전체연료전지시스템의효율을높일수있는방법이며, 이경우가습기설계에있어물과반응기체가만나는면적을넓혀주는방법이중요함 가습에필요한물은연료전지반응에의해공기극가스에포함된물을회수하여사용하는것이일반적이고, 연료변환기를사용할경우에물이더필요하므로물회수량이더많아야함 연료전지스택발전에대한열효율이약 60~70% 로기존내연기관에비해월등하여폐열량은상대적으로적지만, 배기가스가가지고나가거나시스템의몸체를통해발산되는열량이작기때문에스택의냉각수에의한냉각량은내연기관에비해적지않음 특히작동온도가내연기관보다낮기때문에, 냉각수와대기온도차가작아서라디에이터를통한열교환능력이작아지게되고, 연료전지차량의냉각시스템이기존내연기관차에비해커지는이유가바로이것임 차량의장착성을고려하며대기와의열교환능력을극대화할수있는라디에이터의설계가요구됨

23 수소저장기술 수소고밀도저장은수소활용의매우중요한요건이며, 수소저장방법의선택은연료용기의저장형태, 충전시간, 경제성, 인프라구축이외에간접적인요인으로에너지효율, 자동차연료경제성, 성능, 활용성등을고려해서이루어져야함 고압기체수소저장기술은현재활발히연구되고있는수소저장기술중실용화가능성이가장높은기술이고, 이는경량, 고강성, 고강도복합소재의압력용기에수소가스를고압으로압축하여저장하는기술임. 이기술이특히주목받는이유는기존의수소저장기술중중량효율면에서가장월등하고시스템의구성이단순하기때문에자동차등수송기기용의탑재시스템으로는가장효과적인방법이기때문임 개발된연료전지자동차는이기술을적용하여실용화하였으며, 이외에저온액체수소저장기술은미국에서이미 1950년대부터액체수소를수송기계의추진용연료로사용하기시작하였고, 미국과러시아간에우주개발의경쟁과함께수소의대량액화, 저장및연료공급용이송장치에관한연구도병행되고있고, 액체수소연료탱크를장착한시내버스와승용차의시작품이개발되어시험운전되고있음 탄산나노재료를이용한수소저장은미국의 California Institute of Technology (Caltech) 에서단일벽탄소나노튜브의수소흡착분야에대한실험결과, 나노튜브에 8 wt% 의많은양의수소가흡착되었으나 77k, 70bar에서저장된것이어서이를공학적으로응용하는것은어려움이있지 만, 이조건만극복할수있다면나노튜브는훌륭한수소저장체로사용 될수있음 - 고압기체수소저장기술 : 고압수소기체저장은압축천연가스저장의연장선상에있는기술임 : 이음매가없는알루미늄봄베밖을탄소섬유로감아수지로굳힌기법으로 35 Mpa 압력, 100 리터용기에 3.0kg의수소를저장할수있고, 현재는 70 Mpa에 6 kg의고압탱크가개발되어있음 : 자동차에탑재되어연료용기로사용되는고압용기로는사용재료와복합재료강화방법에따라크게 4가지형태로나눌수있음 Type 1은강또는알루미늄으로만들어진금속재용기로서복합재료에

24 의한강조적강화없이금속재료로제조된용기 Type 2는강또는알루미늄으로만들어진금속재라이너위에수지를함침시킨피라멘트를원주또는길이방향으로감아서적층한용기 Type 3은강또는알루미늄으로만들어진얇은금속재라이너위에수지를함침시킨탄소섬유나유리섬유를원주와길이방향으로감아서적층한용기 Type 4는용기의경량화를목적으로하중의부담이없는비금속재료라이너로만들어진 Type 3과비슷한용기이며, 이형태는하중을거의부담하지않고가스가새지않도록하는역할을하고, 연료전지자동차에사용되는수소저장용기는경량화를위해주로 Type 3이나 Type 4가사용되고있음 - 저온액체수소저장기술 : 수소의발열량은가솔린의약 2.7배이지만액체수소의비중은 0.071g/ cm3으로가솔린의약 1/10정도이다. 따라서가솔린연료와동일주행거리를유지하기위한액체수소연료의체적은가솔린연료의약 4배정도가됨 : 비등점이 -253 인액체수소의저장탱크를이중단열구조로하면탱크의체적은더욱증가하고중량은가솔린탱크의약 10배정도가되지만, 액체수소탱크의체적및중량은고압수소탱크나수소저장합금에배하여약 1/10정도에지나지않아서운반성은유리함 : 액체수소는액체수소펌프를사용하여요구되는압력으로가압할수있다는장점이있음 : 수소의비등온도는대기압하에서약 20K(-253 ) 에서액화되기때문에수소를액체로저장하거나한위치에서다른위치에서다른위치로이송하기위해서는항상극저온상태가유지되어야함 : 액체수소를저장하는저장용기는다른극저온용기와마찬가지로매우우수한단열을해야함 : 대표적인단열방법으로진공단열, 다층단열재, 증기냉각복사실드의세가지를사용하고있음 : 열전도및열대류를차단하기위한단열은약10-3 Torr 정도의진공도로이루어지므로많은경우기계식진공펌프로생성이가능함 : 열복사를차단하기위해서는다층단열재와복사실드가필요한데, 복사실

25 드는방사도를낮추는표면처리를필요로하며보통액체질소나기체헬륨등으로냉각되거나냉동기의상단으로직접냉각되어야함 : 다층단열재는수십겹으로구성되는재료로최근에그단열성능이크게증가하였음 - 수소저장합금을이용한수소저장 : 수소저장합금이란다량의수소를가역적으로흡수 방출 ( 사용 ) 할수있는능력을보유한합금을말하고, 금속수소화물이란수소저장합금과수소와의화합물로서수소저장합금이수소를흡수하면금속수소화물이됨 : 이는금속이산소와반응하여금속산화물이생성되는것과같은개념이나, 이둘의차이점은상온 상압부근에서금속산화물은대단히안정되어분해하기어려운데반해금속산화물은분해, 즉수소방출이매우용이하다는것임 : 따라서금속산화물은산소저장재료로이용하기어려우나금속수소화물은수소저장재료로이용이가능함 - 수소흡장물질 : 화학반응으로수소를흡수하고방출하는성질을가지고있는물질을수소흡장물질이라함 : 특히전형적인금속수소화물을수소흡장금속이라하고그밖의것을 케미컬하이드라이드 라함 : 현재까지 100여종이넘는수소흡장합금이알려져있으며, 대표적인것으로는란타 / 니켈로대표되는희토류계통, 티타늄 / 철계통, 마그네슘 / 니켈계통그리고칼슘 / 니켈계통이있음 : 수소저장합금에의한수소저장기술은실용화단계에있으며현재는보다많은양의수소를저장할수있는합금의개발에노력을기울이고있음 : 현재가장널리사용되는 LaNi계및 FeTi계합금으수소저장량은 1~2 wt% 에불과하지만 Mg계합금의수소저장량은 5~7 wt% 에달하고있지만, Mg계합금수소저장합금은수소의흡수방출속도가 LaNi계및 FeTi계합금보다훨씬느릴뿐만아니라전체적으로상온이아닌높은온도의영역에서산소의흡수방출이일어나므로실용화에는많은연구개발이필요함 - 탄소나노재료를이용한수소저장

26 : 고압수소저장이나액체수소저장방법은상온에서폭발위험성이있으며저장비용이높고, 수소저장합금은상온에서폭발위험성이있으며저장비용이높으며, 수소저장합금은상온에서 20~40 기압이하의압력으로수소를안전하게저장할수있지만무게가무겁고가격이비싸며수소저장능력에서도가솔린이나디젤의경우 17 wt% 보다훨씬낮은 4 wt% 정도밖에저장할수없다는단점이있음 : 이러한문제점을해결하기위하여탄소재료를이용한수소저장방법이연구되기시작하였음 : 탄소재료는단일의원소로구성되어있음에도불구하고결합의형태가다양하며화학적안정성, 전기및열전도성, 고강도, 고탄성율, 생체친화성등의우수한재료임 : 더욱이탄소재료는경량이며자원량이풍부하기때문에수소를저장할수있는신재료로앞으로크게부각될재료이며, 탄소나노튜브를이용해수소를저장할경우나노튜브의직경에따라수십 wt% 이상의수소를저장하는것으로보고되어다른수소저장방법에비해안전하고가벼울뿐만아니라저장비용이낮은장점이있으며, 높은안전성과재활용이가능하녀친환경적이라는큰장점이있음 - 압축수소저장용기의안전성확보를위한성능평가시험은재료인증시험, 용기시험, 부품인증시험으로구성되어있음 : 15개의부품 ( 밸브, 압력조절장치, 안정기, 온도및압력센서, 필터, 커플링등 ) 내외부의누설과 Duty Cycle, 부식, Pressure Cycling에대한내구성을시험함. : 재료인증시험은탱크시편을통해수소적합성, 금속의물성치, 비금속의물성치 (seals, fibers, polymer liner), 내부식성, 내경화성, 고온크리프에대한저항성, 압력조절장치 (PRD) 의온도거동, 복합재의전단력, 복합재의 Glass Transition, 그리고 Plastic Liner의연성온도, 용융점등의시험을실시함 - 극한상태의고압용기시험항목 Burst : 탱크의폭발압력이설계치 (23,500 psi) 를초과하였을때폭발하는지, 폭발모드는축방향인지검증 Ambient-Temperature Pressure Cycling : 탱크가자동차의수명연한에서압력사이클에따른충분한피로수명검증

27 Open Flame : 탱크가연소온도에도달하고폭발한계점에미치기전에수소를방출하기위한탱크와압력조절장치의함수관계를확인 Penetration : 탱크에구멍이뚤렸을때폭발하지않는가를확인 Extreme-Temperature Pressure Cycling : 극한온도조건 (+85 ~ -40 ) 에서의압력주기에견디는지에대하여확인 Impact Damage : 탱크를낙하하였을때탱크의수명과성능에영향이없는지확인 Permeation : Plastic Liner를통한수소의침투가 2Ncc/I/h를초과하지않는지확인 Bonding Strength : 500 Nm 이상의토크를작용시켰을때탱크가설계된폭발압력이하에서폭발되지않음을확인함으로써금속지지부와 Plastic Liner사이의기밀을검증 Hydrogen Gas Cycling : 수소노출주기 (exposure cycling) 가탱크의 Liner/End-Boss에미치는영향을확인 Environmental Robustness : 탱크내외부에노출되어있는화학물질에주기적압력을작용시켰을때누설및침하가없는가를확인 - 액체수소연료고압용기 : 액체상태로수소저장은단위체적당에너지밀도의최고수준이나, 충분히장기간동안 -253 의온도로수소를유지하는것이필요함 : 운전자나승객석의위에설치되는고압용기는연료고압용기와내부사이에설치된 SPILL PAN을가져야하는데그것은내부로들어오거나유리창에떨어지거나문또는비상구로떨어지는액체를막고빗물이고이지않도록설계되어야함 : 게다가 SPILL PAN DRAIN은엔진부분, 머플러지역, 축전지박스또는다른위험한위치에향하지않아야함 : 중요한주의는액체수소가작은온도증가는큰액체체적을발생하기때문에과충진해서는안된다는것이고, 이러한이유때문에액체꽉채우는것은아주빠른압력증가를발생함으로인해고압용기를보호하도록주의해야함

28 나. 선진국안전성평가기술개발동향 1) 미국수소연료전지자동차안전기준연구동향 미국 DOT의 NHTSA(National Highway Traffics Safety Adminstration) 은 2004년에수소및대체연료자동차에대한안전기준연구를준비하여 2005년부터 4개년계획으로진행하고있음 - NHTSA의연구개발프로그램은수소, 연료전지및대체연료자동차에대한안전성을확보하는연구로서수소동력연료전지와내연기관을대상으로하고있음 - 이러한안전성확보연구개발은 DOE의 FreedomCAR Program과 USCAR (U.S Council for Automotive Research) 의수소연료자동차실용화사업과연계되어있음 NHTSA의목표는수소내연기관및연료전지자동차들이미국내에서운행되고있는통산적인자동차와동등한수준의안전성을확보하는것으로목표로하고있음 NHTSA의연구계획과연계된활동 - 외부활동 National/International Voluntary Standards Organization, Codes and Standards Expand Outreach to the Public Safety Community Information Collection : DOE, CAFCP, EPA, AQMD, - 자동차안전연구 Powertrain, Vehicle Fuel Container & Delivery System 성능시험안전장치의효율성, 누설감지, 화재예방, 도로노출등 충전장치및충전소성능시험충전시누설, 충전시정전기및그라운드등 - 실차성능시험 Crash : FMVSS 208, 214, 301, 302, 303, 304, 305 적합성

29 Leakage : 주차시등밀폐공간의수소누설측정 Electrical Isolation : 연료전지, 냉각장치및보조배터리 Incident Management : 교통사고후승객, 구조원, 견인등 Special Crash Investigation : 실제교통사고에대한조사 Recycling : 유해 / 위험물질사용 CAFE(Corporate Average Fuel Economy) 분석및평가 - International Regulation/Policy and Harmoization UN ECE WP29 Hydrogen/Fuel Cells Working Group Canada, EU, Japan 안전기준개발분석

30 < 표 7> NHTSA 수소연료전지자동차안전성확보개발계획 내용 1 년차 2 년차 3 년차 4 년차 1. Powertrain, Vehicle Fuel Container & Delivery System 성능시험 1.1 누설감지와충돌시험시수소대체물질 1.2 고압및액체수소탱크파괴시험 1.3 누설감지평가방법 1.4 연료전지, 배터리의제어장치에대한 Thermal 및 Electrical 평가 1.5 수소긴급배출및차단전략에대한안전장치평가 1.6 수소및전기방전에의한화재위험 1.7 도로돌출물에의한주행안전 2. 충전장치및충전소성능시험 2.1 충전시과충전, 누설방지 2.2 접지및정전스파크평가 3. Full Vehicle Performance Test 3.1 FMVSS 208, 214, 주차시환기장치누설평가 3.3 고전압시스템전기안전성 3.4 교통사고후승객, 구조, 견인등에대한연구 3.5 Special Crash Investigation 4. CAFE(Corporate Average Fuel Economy) 4.1 CAFE 분석및평가 5. International Regulation/Policy and Harmoization 5.1 ECE WP29- GR 활동 5.2 대체연료자동차경제성분석 2) 일본수소연료전지자동차안전기준연구동향 일본에서는 2002 년 12 월도요타와혼다의리스판매를위해서자동차관련

31 일부규정을완화하고 2005년까지필요한안전규정을정비하는것을목표로연료전지자동차의법규를정비했음 일본은또한현재까지다양한수소연료전지차및수소연료전지에대한안전기술연구를수행하여수소에너지사회를대비하고있는것으로판단됨 일본국토교통성, 2004년 11월, 연료전지차량용고전압및고압수소에대한 Technical Standard를제시하였으며, 이에대한목차는아래와같음 - Attachment 100 : Technical standard for fuel systems of motor vehicles fueled by compressed hydrogen gas 1. Scope 2. Definitions 3. Requirements: Container attachments, Overflow prevention valve, Pressure reducing valve, Safety device, Gas containers/piping, Gas filling port, Purge, Detection of hydrogen gas leakage, Pressure gauge and residual amount meter Attached sheet 1: Airtightness and ventilation test Attached sheet 2: Measurement of hydrogen concentration of purged gas at time of discharge Attached sheet 3: Test for hydrogen gas leakage detector, etc Reference: Installation of hydrogen gas leakage detector in fuel cell vehicles - Attachment 101: Technical standard for protection of occupants against high voltage in fuel cell vehicles 1. Scope 2. Definitions 3. Requirements for protection from electrical shock: Protection against direct contact, Protection against indirect contact, Insulation resistance, Protection against electrical shock due to fuel cell stack refrigerant Attached sheet 1: Protection against direct contact with energized components Attachted sheet 2: Warning sign for protection against electrical shock

32 Attached sheet 3: Insulation resistance measurement method Attached sheet 4: Confirmation method for functions of monitor of drops in insulation resistance Attached sheet 5: Function confirmation method of power supplay shut-off at time of electric leakage 일본, 국토교통성에서는 2005년 12월수소에너지 (energy) 사회에있어서의인프라스트럭쳐 (infrastructure) 및도시 주택에관한연구를수행하여연구결과를발표한바있음 - 여기에서국토교통성은미래수소사회에대해각국및일본의시나리오를점검하고차량용인프라스트럭처를포함한도시, 주택의전반적으로필요한부분에대해향후대비책을마련하기위한기초연구를수행한것으로판단됨 일본 NEDO에서는 2005년 3월발표에의하면, 연료전지자동차의안전시험법및안전기술연구에대한발표를수행하였으며, 이를토대로국제기술표준및국제안전규제를확립하기위하여노력하고있음 - 일본은또한 MLIT와 MLTI의지원을받아 JARI를중심으로이와같은노력을추진하고있으며, JARI의연구소에는수소연구에필요한 HySEF 를설치하여많은연구결과를확보하고있으며, 국제사회를선도하고있다고판단됨

33 < 그림 5> 일본수소연료전지자동차안전기준및표준 다. 선진국기술개발동향 1) 전반적인동향및기술개발수준 자동차용연료전지운전장치부품및시스템개발은자동차부품전문회사, 연료전지전문회사및자동차회사를중심으로이루어지고있음 자동차부품전문회사로는일본의 Toyota Industry사와미국의 Honeywell 사등이대표적임 - 일본의 Toyota Industry사는 FCV용에어컴프레서와수소재순환펌프

34 를개발하여현재소량시판중인 Toyota사의연료전지자동차에공급하고있음 - 미국의 Honeywell사는 FreedomCAR 프로젝트의일환으로미국에너지부 (DOE) 로부터자금을지원받아공기공급장치중의하나인터보차저 (turbocharger) 개발에박차를가하고있음 - 이와같이연료전지운전장치의부품개발은주로자동차부품전문회사를중심으로이루어지고있음 연료전지전문회사의경우에는연료전지시스템을중점적으로개발하고있는데미국의 UTCFC사와캐나다의 Ballard사가대표적임 - 미국의 UTCFC사는상압형연료전지시스템을개발하고있으며, 스택내의물회수를원활하게하여스택성능을향상시킬수있는열및물관리시스템, Blower를이용하는공기공급시스템과수소재순환시스템을개발하고있고, 또한빙점이하저온시동시스템개발을추진하고있음 - 이와반대로캐나다의 Ballard사는고압에서작동하는연료전지시스템을개발하고있는데고효율 compressor/expander의개발과가습기및물회수시스템의모듈화를통한차량장착성및양산성향상에힘쓰고있으며연료전지에공급하는공기및수소량을차량의운전상태에따라제어함으로써최적의효율을내게하는시스템운전제어기술을개발하고있음 자동차회사로는세계적으로주요한일본의 Toyota와 Honda, Nissan 그리고미국의 GM과 Ford, 독일의 DaimlerChrysler와같은자동차회사들이연료전지운전장치시스템개발을추진하고있으며, 이회사들은연료전지스택의개발에있어서는회사의기술력및전략에따라다양한개발모델을가지고있음 일본의 Toyota와 Honda, 미국의 GM은자체스택개발을추진하여상당한기술력을확보하고있는것으로알려지고있으며, Ford와 DaimlerChrysler 는 Ballard 社의연료전지스택을활용하여연료전지자동차를개발하고있는것으로알려져있음 연료전지운전장치시스템개발은모든자동차회사들이독자적인개발을추진하고있는것으로알려지고있음

35 - Honda는독자적인연료전지스택의개발을진행중에있으나현재대부분의연료전지자동차는 Ballard사의스택을사용하고있음 - 연료전지운전장치시스템은독자적인개발을추진하여 Ballard사의스택을사용하고있는다른자동차회사중가장성능이우수한연료전지자동차를개발하였음 연료전지운전장치부품의개발현황 공기공급계개발 - 공기공급기 (Air Blower 또는 Compressor) 현재산업용으로개발된공기공급기는운전영역 ( 유량및토출압력 ), 효율, 무게, 소음및응답성등에서연료전지차량용으로적용하기에부적합하여차량의운전요구조건에적절하도록개발되고있음 - 연료전지용에어필터입자 ( 먼지 ) 제거기능과더불어스택의촉매에악영향을미치는공기중의유해물질인 CO, SOx 및 HC 등을제거하는기능의필터를개발시험중에있음 - 가습기 : 막가습및스택내부가습방식을적용하여시스템최소화주력 수소공급계개발 - 수소재순환장치재순환용블로어및이젝터를이용한수소이용률증대목적 < 표 3> 수소재순환시스템적용현황 회사명 Ballard (DaimlerChrysler) UTCFC Honda Nissan 수소재순환시스템형태 Ejector Type Blower Type Ejector Type Ejector, Blower 혼합형 열관리계개발 - 냉각모듈운전온도와대기온도의적은온도차에의한방열문제를해결하기위한고효율라디에이터개발

36 - 저온시동성현재까지는 0 이상에서만운전이가능하지만영하 30 이하에서시동하기위한기술개발하고있으며신부동액개발중 각국정부는연료전지기술개발에대하여미래의산업분야를개발한다는개념으로산업계및학계와연계하여막대한연구개발비를지원하고있음. - 미국의경우에너지부 (DOE) 를중심으로 Freedom Fuel이나 FreedomCAR와같은정부지원사업을통하여연료전지관련분야에만 2002~2004년동안 4억 7천8백만불을집중투자하고있음 - 일본의경우 METI( 통산성공업기술원 ) 를중심으로 NEDO 계획의일환으로연료전지관련분야에만 PEFC Demo project를통하여 2001~2003년동안 660억엔을투자하고있으며, EU의경우에는 FP6 과제를통해 2002~2006년까지 175억유로를투자할계획임 - 중국의경우에도조기에집중적인투자를통한기술개발을위해 863 project를통해연료전지관련분야에연간 1400억원을투자하고있는실 정이며, 자동차산업계에서는이와는별도로막대한자체연구개발비를 투자하고있으며, 이러한개발비부담을줄이기위하여전략적제휴관계에있는자동차회사와자동차부품회사들간의공동개발형태로도연료전지관련기술개발을진행하고있음 관련기술의표준화를선점하기위한다양한형태의노력들이 California Fuel Cell Partnership과같은 Demo Program 등을통하여자동차이외의관련산업분야와연계하여진행되고있음 2) 자동차제작사 세계적인자동차업체도요다, 혼다및미국 Big 3는연료전지자동차를중심으로한차세대시장의헤게모니를놓고이미치열한각축을벌이고있음 - 일부는이미내연기관자동차에근접하는동력성능목표를확보하였고, 다른업체들도기술개발에박차를가하고있음

37 < 표 4> 업체별연료전지자동차동력성능비교 회사 Toyota Honda GM Ford DaimlerChrysler 모델 ( 발표년도 ) SUV (2002) FCX (2002) Hy-wire (2002) Advanced Focus FCV (2002) F-Cell (2002) 동력종류 연료전지-배터리하이브리드연료전지-축전지하이브리드 출력성능주행거리최고속도 90 kw 290 km 155 km/h 85 kw 355 km 150 km/h 연료전지 94 kw 129 km 160 km/h 연료전지 - 배터리하이브리드 연료전지 - 배터리하이브리드 85 kw 290 km N.A. 85 kw 145 km 140 km/h 혼다와도요다가연료전지자동차업계에서도독보적인역량과시 미국의 Big 3 는합자등을통하여공동전선을형성하고있으며, 일본업체 와의기술제휴도마다하지않는적극적인공세를펼치고있음 도요타자동차 년세계 1위의자동차생산업체인도요타도연료전지자동차는 1992 년부터이미개발을시작했음 - 다임러벤츠 ( 현다임러크라이슬러 ) 에이어 1996년 10월에최초의연료전지자동차를발표했음 - 이미발표한 RAV-4의전기자동차를바탕으로도요타가자체적으로개발한연료전지를탑재한 FCEV 였고. 이연료전지자동차의특이한점은수소저장을수소흡착합금을이용한방식이었음 - 97년에는역시 RAV-4를베이스로하면서도메탄올개질형연료전지자동차를발표하였는데, 연료전지의최고출력은 25 kw, 교류동기형모터는최고출력 50 kw 였으며, 니켈수소배터리를갖추고감속시에는에너지회생도할수있는것으로, 최고속도는 125 km/h, 항속거리는 500 km 로흡장합금탱크의경우보다 2배로늘었고, 이 RAV-4베이스의연료전지자동차는모터처럼구동되지만그동력원인전기는배터리와연료전지의 2가지를갖고있기때문에당시 연료전지전기자동차 라불리며 FCEV 라불렸음 - 도요타는 2001년에독자적인연료전지스택을사용한다른타입의연료전지자동차 3종류 (2월에수소흡장합금탱크를탑재한 FCHV-3, 6월에

38 압축수소탱크를탑재한 FCHV-4, 10월에 CHF( 클린하이드로카본연료 ) 개질형 FCHV-5) 를발표했는데, 이자동차들은도요타의 SUV 모델인 크루거 V 를베이스로한것으로, 90 kw의연료전지와 80 kw의교류동기모터, 그리고니켈수소전지를탑재하고있으며, 주요부품은후드또는후단차체아래에배치하고가솔린자동차수준의실내공간을확보했고, 일본국내에서의실용화프로젝트와함께이미시작한 CaFCP( 캘리포니아연료전지파트너십 ) 에, FCHV-4를가지고참가하여캘리포니아에서의시험주행을시작하였음 년 7월에갑자기연료전지자동차를시판하겠다고발표한것은세계최초의연료전지자동차의판매하여도요타의환경기술의우수성을홍보하려는것이목적이라고생각됨 - 일본과미국의관공청등에리스판매형식으로판매한것은실용화하기보다는시험적인판매였으며본격적인실용화를위한실증시험에의미를부여하고있음. : 2002년 12월 2일, 일본중앙관청에 FCHV 4대가납품되었음 - 도요타의 2002년내판매한다는소식을들은혼다도같은해안에발매하기로결정하고혼다도 FCX 1대를동시에판매것으로판매시기의경쟁은도요타, 혼다가동시에되었음 : 도요타가판매한차량은고압수소탱크를장착한 FCHV -4를다시개량한연료전지자동차임 < 그림 6> Toyota FCHV 연료전지자동차

39 < 표 8> Toyoya FCHV 제원 Company Vehicle name Size(LxWxH) Weight Seating capacity Max. speed Cruising range Motor Max. motor output Max. motor torque Type of fuel cells Fuel cell battery output Fuel cell battery name Secondary battery Type of fuel Fuel storage Fuel pressure Toyota Motor Corporation TOYOTA FCHV 4,735 x 1,815 x 1,685 mm 1,880 kg 5 passengers 155 km/h 330 km (10.15 mode) AC synchronous motor 90 kw (109 PS) 260 N-m (26.5 kg-m) Solid polymer 90 kw TOYOTA FC Stack Nickel-hydrogen battery Pure hydrogen High-pressure hydrogen tank 35 MPa 년 37회동경모터쇼는 인휠모터 라는혁신적인패키지의 FCHV 컨셉트카인 Fine-N 을발표했음 : FCHV의특징은우선연료전지스택, PCU( 파워컨트롤유닛 ), 배터리, 수소탱크등의중량부품을차체바닥하단에최적배치한것이며, PCU 는컴팩트하며고효율의것으로연료전지스택도 150 mm로박형이며, 바닥아래수납이용이하게되어있고, 수소탱크는 70 MPa로대폭고압화하였으며, 연료전지시스템의효율화와맞물려항속거리는 500 km이고, 4륜인휠모터시스템채용으로 4륜구동력, 제동력을독립적으로연속제어하고있으며, 1륜당최고출력 25 kw, 최대토르크 110 Nm의소형경량고효율모터를각차륜내에배치하였음 : 이러한시스템은하중량이증가하는결점도있지만, 차량주행상태와노면상황등에대한조향성능, 4륜가 / 감속을바이와이어로최적으로통합제어하고있고, 바이와이어시스템은조작계통과차량을움직이는액츄에이터사이를전자제어하여최적으로컨트롤하는것으로, 차량의운동성능향상을모색하고있으며, 기계적인접속에의한제어가없어서운전자의체격이나취향에맞춘조향핸들위치, 페달위치의조정범위가확대되었고, 유닛을배치하는자유도가증가하여자동차의획기적

40 인디자인이나패키지를가능하게해주고있음 : Fine-N 에서는연료전지와는직접관계는없지만 생체인증시스템 을채용하고있으며, 이것은자동차가운전자의얼굴을인증하는것으로확실한보안과미리세팅된정보에의해좌석위치, 오디오, 공조등을각운전자에게맞춰주는것임 < 그림 7> Toyota Fine - N 자동차 - 도요타는히노자동차와공동으로연료전지버스개발도추진했는데 2002 년 10월에는그 2호차에해당하는 FCHV-BUS2의실증시험을시작했으며, 2003년 8월에는동경도에납품했으며, 이연료전지버스는 60인승의대형버스로 350 MPa의압축수소는탱크 5개를지붕에설치하고있고, 도요타의 90 kw의연료전지스택을 2대탑재하고니켈수소전지를 2차전지로서지니는하이브리드형으로최고속도 80 km/h, 항속거리는 250 km 임

41 Company Vehicle name Size(LxWxH) Weight - Seating capacity Max. speed Cruising range - Motor Max. motor output < 그림 8> Toyota FCHV-BUS < 표 9> Toyota FCHV-BUS 제원 Toyota Motor Corporation Hino Motors, Ltd. FCHV-BUS 10,515 x 2,490 x 3,360 mm 65 passengers 80 km/h AC synchronous motor 160 kw (80 kw 2) Max. motor torque 520 N-m (260 kg-m 2) Type of fuel cells Solid polymer Fuel cell battery output 90 kw 2 Battery name Secondary battery Type of fuel Fuel storage Fuel pressure Toyota FC Stack Nickel-hydrogen battery Pure hydrogen High-pressure hydrogen tank 35 MPa 혼다자동차 - 저공해자동차에대한대응이빨랐던혼다였지만, 연료전지자동차를처 음으로발표한것은 1999 년이기때문에빠르다고할수없지만, 2002 년

42 12월 2일에도요타와함께가장먼저리스판매를시행했으며, 납품한것은고압수소탱크를가진 FCX로일본중앙관청에 1대, 미국로스앤젤레스시에 1대, 합계 2대임 년 10월에혼다는 2종류의연료전지를탑재한자동차를처음으로발표했음. : FCX-V1은 Ballard Power Systems 60 kw의연료전지스택에, 수소흡장합금탱크를탑재하였고, FCV-V2는혼다자체개발한연료전지스택을가지고메탄올개질형태의연료전지자동차였으며, 전기자동차 EV 플러스의차체와혼다가개발한 49 kw 교류동기모터를사용했음 년 9월에는 FCX-3을발표하였는데캐퍼시터를설치한하이브리드시스템의연료전지자동차로, 혼다개발의연료전지스택과 25 MPa의고압수소탱크를탑재했고, 대폭적인소형경량화에노력하여어른 4명이탈수있게되었으며, 2001년 2월에는 CaFCP의실증테스트에참가했고, 캐퍼시터는이미발표되었던하이브리드자동차인사이트의개발단계에서도탑재되었으며전기자동차인 EV 플러스의기술과도합쳐모터구동, 에너지제어등의기술은확립되었다고볼수있음 년 9월에는 FCX-V4를발표하고동시에도요타를견제하기위하여 2003년부터시판할것이라고발표했으며, 연료전지스택은 Ballard Power Systems이고, 수소탱크의압력을 35 MPa, 항속거리는 180 km에서 315 km로늘었고, 각부분을개량하였음 년 7월에는미국에서의판매에필요한 EPA( 미국환경보호국 ) 과 CARB( 캘리포니아대기자원국 ) 의인정을세계에서처음으로취득했고, 2002년 11월에일본국토교통성의인정을취득하여이해의 12월 2일에세계첫리스판매를일본과미국에서실시하였음 - American Honda Motor Co. 는캘리포니아의 Jon Spalliano가와수소연료전지자동차를월 500$ 에임대하는 2년임대계약을서명함으로써혼다는연료전지자동차를개인에게제공하는세계최초의업체가되었고, 그후에도일본에서는환경성과경제산업성에 1대, 미국에서는 LA 시에 2대납품하였음 년 10월에는저온시 (-20 ) 의시동과더욱소형화된차세대연료전

43 지스택 Honda FC STACK 을발표하고, FCX에탑재하여제37회동경모터쇼에출품했음 : 스택 1대의중량은 48 kg으로과거 FCX -V3에탑재한스택의 73 kg보다도대폭경량화되었고출력은 35 kw에서 50 kw로업그레이드되었으며, 경량화가가능했던이유중하나는금속을프레스성형한세퍼레이터를채용했기때문임 : 금속세퍼레이터에관해서는스테인레스계소재를사용하여일본소재메이커와공동으로개발했음 : 소재자체는카본보다도무겁지만강도가높기때문에얇게할수있고결과적으로는경량화를이루었고, 또스택을고정하는볼트가없고, 셀에대해일정압을제어하는접시용수철을삭제한것도경량화에크게도움이되었으며, 접시용수철이없는대신에금속세퍼레이터자체의용수철성을이용하여적절한하중을유지하는구조임 : 하나의스택에는세퍼레이터를 200장사용하였으며, 코스트는세퍼레이터 1장당 100엔정도가목표임 : 내부식성에대해서도문제도없으며, 세퍼레이터를금속으로하고일체화하여냉각수가누설되는위험성이없어진다는장점도있음. : 전해질막에는아로마틱전해질막을채용하였으며, 엔지니어링플라스틱의일종으로소재메이커와공동개발했고, 불소계전해질막보다도강도, 내열성이높은것이특징으로앞으로기존의자사스택보다 15 높은 95 에서발전이가능함 : 전해질막자체에빙점하에서도얼지않는특징이있을뿐만아니라자동차자체에도주행후물을배제하는기구를추가했고, -20 에서의막저항도기존의자사제스택의 1/2이며금속프레스세퍼레이터의열전도성이높아서 -20 에서시동할수있게되었다고함. 난기시간도기존의 1/5로짧아져실용성도향상되었고, 신형스택을탑재한 FCX의에너지효율 (LA4 모드 ) 는기존형의 45% 를능가하는 50% 로서앞으로 60%~70% 까지향상될전망임 - 혼다는지금까지 2002년 12월에 Los Angeles시에 5대, 2004년 3월에 Los Angeles시에 2대, 같은해 8월에캘리포니아대기관리국 (SCAQMD) 에 2 대, 2004년 10월에 Chula Vista시에 1대의합계 10대를리스판매했으며,

44 동사의연료전지자동차로서는처음으로미국주정부가판매처가되었 고, 2005 년부터한냉지를포함한지역에서의리스판매를계획하고있으 며, 미국에서는이미 2004 년 12 월부터뉴욕주에리스판매하고있음 < 그림 9> Honda FCX < 표 10> Honda FCX 제원 Company Honda Motor Co. Ltd. Vehicle name FCX Size(LxWxH) 4,165 x 1,760 x 1,645 mm Weight - Seating capacity 4 passengers Max. speed 150 km/h Cruising range 355 km Motor AC synchronous motor Max. motor output* 60 kw (82 PS) Max. motor torque 272 N-m Type of fuel cells Solid polymer uel cell battery output 78 kw Supplier Ballard Power Systems Secondary battery Ultra capacitor Type of fuel Pure hydrogen Fuel storage High-pressure hydrogen tank Fuel pressure 35 MPa

45 닛산자동차 - 닛산자동차는 1997년제32회동경모터쇼에서처음으로연료전지자동차의 mock-up을전시했음 - 당시의닛산은 EV( 전기자동차 ) 의연장선상에서연료전지자동차를파악하고있었던듯하며, 스스로전기를만들면서달리는 EV" 라고설명했고, EV에관해서는리튬이온전지와강력한자계를지닌영구자석을사용한동기모터의조합인 프레일리 EV 를이미발표했지만다시이시스템을탑재한 르넷사 도등장시키는등전기자동차에대한기대가컸음 - 발표한연료전지자동차는메탄올개질형이었고, 직접수소를탑재하는방식으로수소흡장합금, 압축수소로해도중량이나수소를취급하는데난점이있었으며, 개질형은액체연료이기때문에보급이빠르고취급도용이해서그때까지전기자동차에서문제가되었던충전시간이걸린다는문제가해결되고, 보다앞선전기자동차로서보여졌고, 실제로연료전지자동차의실주행시험에있어서는 Ballard Power Systems에서연료전지스택을구입하고 르넷사 EV 를개조하여탑재했으며, 이것도메탄올개질형이었으나 2000년에압축수소를실은 X-TERRA FCV를발표하고이것으로 2001년 4월부터 CaFCP에참가하여실증사업에착수함 년 12월에는역시압축수소형연료전지차 X-TRAIL FCV에서국토교통성인정을취득하고 JHFC( 수소 연료전지실증연구프로젝트 ) 의실증사업에참가했고, 연료전지자동차는연료전지에미국의 UTCFC사와공동개발한스택을사용하고 2차전지에리튬이온배터리를갖춘하이브리드방식이며, 모터는출력이 58 kw의감속기일체형동축모터, 수소탱크의압력은표준적인 35 MPa, 최고속도 125 km/h, 항속거리는 200 km 이상이임 - 또한연료전지스택에대해서는 Ballard Power Systems사것으로는기술적인노하우를얻을수없기때문에향후에도계속해서 UTFC사와공동개발해나갈것이라고하고, 르노와연료전지에관한공동개발도추진하여 5년간 850억엔의연구비를투자할계획을공포함

46 < 그림 10> Nissan Fuel Cell Vehicle < 표 11> Nissan X-Trail 연료전지자동차제원 Company Nissan Motor Co.,Ltd. Vehicle name X-TRAIL 연료전지자동차 Size(LxWxH) 4,485 x 1,770 x 1,800 mm Weight - Seating capacity 5 passengers Max. speed 145 km/h Cruising range 350 km Motor Coaxial motor including a reduction gear Max. motor output * 85 kw Max. motor torque - Type of fuel cells Solid polymer Fuel cell battery output - Supplier UTCFC in the U.S.A Secondary battery Compact lithium ion battery Type of fuel Pure hydrogen Fuel storage High-pressure hydrogen tank Fuel pressure 35 MPa 미쯔비시자동차 - 미쯔비시자동차는연료전지에서는다소늦은감이있었지만히타치중공

47 업과공동으로개발을추진했고, 1999년에메탄올개질형 40 kw 연료전지와히타치전기 40 kw 영구자석식교류동기모터를탑재한컨셉트카를발표했음 - 그러나다임러크라이슬러와의자본제휴가이루어지면서히타치중공업과의연료전지개발의공동사업은중지되고, 다임러크라이슬러와공동으로개발을추진하게되며, 포드와메탄올개질방식의연료전지자동차를개발했으나이방식은메탄올의공급인프라가정리되지않았고, 기술이불안정한이유로방향을전환하여수소직접주입방식을채용함. - 미쯔미시는 그란디스 를베이스로하여연료전지스택에는최고출력 68 kw의 Ballard Power Systems Mk902를채용, 모터는정격출력 45 kw, 최대 65 kw로 2차전지로니켈수소전지를사용하고있고, 압축수소탱크 3개를탑재했으며, 미쯔비시는이연료전지자동차의인정을신청했으며 2003년 JHFC 프로젝트에참가하였으나, 2006년 2단계 JHFC 프로젝트에는참가하지않고있음 < 그림 11> Mitsubishi Motors Fuel Cell Vehicle < 표 12> Mitsubishi Motors Corporation 연료전지자동차제원

48 Company Vehicle name Size(LxWxH) Weight Seating capacity Max. speed Cruising range Motor Max. motor output Max. motor torque Type of fuel cells Fuel cell battery output Supplier Secondary battery Type of fuel Fuel storage Fuel pressure Mitsubishi Motors Corporation MITSUBISHI 연료전지자동차 4,755 x 1,795 x 1,690 mm 2000 kg 5 passengers 140 km/h 150 km AC inductive motor 65 kw 210 N-m Solid Polymer 68 kw Ballard Power Systems Nickel-hydrogen battery Pure hydrogen High-pressure hydrogen tank 35 MPa 마츠다자동차 - 마츠다가처음에는수소내연기관으로개발하였으나 1991년에최초의수소로터리엔진을발표했으며, 당시는아직연료전지가각광을받기전이었음 - 그러나 1991년에벌써 Ballard Power Systems사에서연료전지를대여받아기초연구를시작했고, 이듬해인 92년에는소형카트를개발했고, 97년에최초의연료전지자동차 데미오 FC-EV 를발표했는데, 이것은 20 kw의출력의고체고분자형연료전지 (PEFC) 로, 역시 20 kw의울트라캐퍼시터를장비했고, 수소탑재에대해서는수소흡장합금탱크를사용했음 - 마츠다는 2003년 JHFC 프로젝트에가솔린과수소를겸용으로사용하는 RX-8 Hydrogen 으로참가함

49 < 그림 12> Mazda RX-8 Hydrogen RE Company Vehicle name Size(LxWxH) Weight Seating capacity < 표 13> Mazda RX-8 Hydrogen RE 제원 Max. speed - Cruising range Type of engine Max. output Max. torque Type of fuel cells Fuel cell battery output - Supplier Secondary battery Type of fuel Fuel storage Fuel pressure 스즈키자동차 Mazda Motor Corporation Mazda RX-8 Hydrogen RE 4,435 x 1,770 x 1,340mm 1460kg 4 passengers Hydrogen 100 km Gasoline 549 km RENESIS Rotary Hydrogen Engine Hydrogen 80 kw (109 PS) Gasoline 154 kw (210 PS) Hydrogen 140 N-m (14.3 kg-m) Gasoline 222 N-m (22.6 kg-m) Hydrogen-Gasoline switching system UTCFC in the U.S.A Compact lithium-ion battery Pure hydrogen High-pressure hydrogen tank 35 MPa - 스즈키는 애브리 EV 에연료전지를탑재하여독자개발을추진했으나 GM 과의제휴관계가이루어져연료전지에대해서도 2001 년 10 월에기술 상호협력을하는데합의했으며, 이로써스즈키의연료전지개발은크게

50 발전하여 2003년 10월에경자동차왜곤 R-FCV와 MR 왜곤 FCV의 2대를제작하여국토교통성의인정을취득함 - MR 왜곤 FCV는기존의엔진룸에연료전지스택이나모터등의주요부품을배치하고기존의연료탱크위치인후부좌석아래에 2개의고압수소봄베 (35 MPa) 를두고, 충분한승차공간과화물공간을확보했고, 연료전지는 GM 제품이며, 최고출력 50 kw, 모터최고출력은 33 kw로최대토르크는 130 N m 최고속도는 110 km/h로항속거리는 130 km임 - 또한스즈키는이모터쇼에 모바일테라스 라고하는컨셉트카를참고출품했고, 연료전지의동력기구를바닥아래에수납한 GM의 하이와이어플랫폼 을베이스로스즈키가패키징한자동차로 넓은공간을컴팩트하게운반한다 는발상에서탄생한것임 < 그림 13> Suzuki Motor Corporation WagonR-FCV < 표 14> Suzuki Motor Corporation WagonR- 연료전지자동차제원

51 Company Suzuki Motor Corporation Vehicle name wagonr-연료전지자동차 Size(LxWxH) 3,395 x 1,475 x 1,680 mm Weight - Seating capacity 4 passengers Max. speed 110 km/h Cruising range 130 km Motor AC synchronous motor Max. motor output 33 kw Max. motor torque 130 N-m Type of fuel cells Solid Polymer Fuel cell battery output 50 kw Supplier GM Secondary battery - Type of fuel Pure hydrogen Fuel storage High-pressure hydrogen tank Fuel pressure 35 MPa 다이하츠자동차 - 다이하츠는 EV에관해서는 1965년이래수많은자동차를시장에내보였지만연료전지에있어서는 99년 10월경자동차 무브 EV 에연료전지를탑재한 무브 EV-FC 를발표한것이처음이었으며, 이는메탄올개질형연료전지를후부바닥면상에탑재한컨셉트카로보조전원으로니켈수소배터리를갖고있었고도요타계열사로들어가면서 2001년동경모터쇼에서는도요타의연료전지와고압수소탱크를탑재한 무브 FCV-K-2 를발표함 년 1월, 2대의 FCV-K-2의인가를국토교통성으로부터받았으며 2 월부터실용화테스트를개시했으며, 이는경자동차의연료전지자동차 로서는첫인가였고, 수소는 25 MPa 기압의고압탱크에탑재하고항속 거리는 120 km, 최고속도는 105 km/h 라고발표했으며, 보조전원으로니켈수소전지를탑재하고, 도요타의하이브리드카의기술을응용하고감속시의에너지회생을하고있으며, 2003년제37회동경모터쇼에전시되었고, 다이하츠로서는경차의미래의역할인도시내커뮤터로서기대하

52 고있음 다임러크라이슬러 - 자동차의동력원으로서연료전지가유망하다는것을일찍부터인식하고개발을추진함과동시에시작자동차를발표하여연료전지자동차를리드해온것이다임러크라이슬러이며, 1997년에는 Ballard Power Systems사를축으로포드를둘러싸고 Ballard Power Systems 다임러 포드의연합조직이른바 Ballard Power Systems 얼라이언을만들었고, 다임러와 Ballard Power Systems의합병기업엑셀시스사를설립하는등적극적인움직임을보이고있음 - 다임러사의최초연료전지자동차는 NECAR 1 로 1994년 5월에발표되었고, NECAR는뉴일렉트릭카의약자로그 1호차라는의미이다. 베이스차는메르세데스벤츠밴 트랜스포터 로연료는압축수소, 최고속도 90 km/h, 항속거리 130 km이었으며, 화물구역은 800 kg이나되는연료전지에점령되어좌석은운전석과조수석뿐이었으나자동차의구동이연료전지로가능하다는것을실증한것으로서주목을받았음 - 2년후인 1996년 5월에 NECAR 2가발표되었으며, 베이스는벤츠 V클래스 로연료는압축수소였으나 NECAR 1보다구동계전자장치가소형화되고, 출력 50 kw의연료전지유닛은리어시트아래에수납되었으며, 2개의수소탱크는루프에탑재하여실내유틸리티는 NECAR 1과는비교할수없을만큼커졌고, 6개의시트를갖추었으며, 수소저장량의증가로최고속도 110 km/h, 항속거리 250 km로성능면에서도크게향상되어일반주행에지장이없다는것도실증함 년 3월, 세계최초의메탄올개질형연료전지자동차 NECAR 3가등장하고, 소형벤츠 A 클래스 에연료전지시스템과개질기를탑재하면서 NECAR 1에서는 50 kw의발전에 12개가필요하던연료전지스택도 2개가되었으며, 승원 2명의공간을확보했고, 최고속도는 120 km/h, 항속거리는 400 km로실용화영역에도달했으며, 이연료전지자동차를바탕으로다임러는같은해 12월에 연료전지차를 2004년 4만대, 2007년에 10 만대생산 한다고충격적인선언을하여세계의자동차제작사, 에너지업계의의식을크게변화시키는계기가되었음

53 - 1999년 3월에발표한 NECAR 4는같은 A 클래스를베이스로하면서도액체수소를채용했고, 큰특징은샌드위치구조의플로어내에모든전원유닛을수납하여보통 A 클래스와같은 5인승을가능하며 70 kw의연료전지를갖추고최고속도 145 km/h, 항속거리는 450 km임 년 11월에 NECAR 4a를발표하였으며, 이것은 CaFCP( 캘리포니아연료전지파트너십 ) 의주행테스트용으로개발된실험차량으로, NECAR 4와의큰차이점은연료를액체수소가아닌압축수소로했다는점이고, 이로서시스템중량은 3분의 2가되고점유공간도 2분의 1이되었으며, 연료전지도최적화를하고 75 kw로조금이긴하지만출력도향상되었다. 최고속도는 145 km/h, 항속거리는 200 km임 년 11월, 메탄올개질형인 NECAR 3의후속모델이되는 NECAR 5를발표하며, 메탄올개질기를포함한구동시스템전체를플로어내에수납하여 NECAR 3의 2인이 5인으로되었고, 구동시스템도크기가 2분의 1, 중량 300 kg으로가벼워졌으며출력은 50 % 향상했으며, 비용대비효과가뛰어난소재를사용하여일반승용차로서의실용화를목표로한연료전지자동차임 - NECAR로서의시리즈는이 NECAR 5까지로, 다임러클라이슬러는그후속으로 2002년 10월에 F-Cell을발표했으며, 이것은양산형연료전지자동차로서의세계첫차량으로 DC에찬성한기업, 단체의일상사용을통해실용테스트를하는 F-Cell 글로벌프로그램 이라는국제적인프로젝트를스타트시키게되고, 따라서일본, 독일, 미국, 싱가폴의 4개국에 2003년부터 2004년에걸쳐합계 60대의 F-Cell을공급한다는것이고, 일본에서는 2003년 10월에동경가스와브리지스톤과파트너십계약도맺고실용실증테스트도시작했고, JHFC 프로젝트에도참가했음 - F-Cell은 NECAR 4a와같은압축수소를연료로하고출력 68.5 kw의연료전지에 65 kw의모터를조합했으며, 최고속도 140 km/h로제한하였고, 압축수소의충진압은 35 MPa 이지만항속거리는 150 km로다소짧으며, 최대출력 20 kw의 2차전지를가지고있지만에너지회생은하지않음

54 < 그림 14> DaimlerChrysler Japan FuelCell Vehicle < 표 15> DaimlerChrysler Japan Co. Ltd. F-Cell 제원 Company DaimlerChrysler Japan Co.,Ltd. Vehicle name F-Cell Size(LxWxH) 3,785 x 1,720 x 1,610 mm Weight - Seating capacity 4 passengers Max. speed 140 km/h (under electronic control) Cruising range 150 km Motor Induction motor Max. motor output 65 kw Max. motor torque 210 N-m Type of fuel cells Solid polymer Fuel cell battery output 68.5 kw Supplier Ballard Power Systems Secondary battery Nickel-hydrogen battery Type of fuel Pure hydrogen Fuel storage High-pressure hydrogen tank Fuel pressure 35 MPa 년에시내교통용버스 NEVUS 를발표하였으며, 이는후속 시타 로 로이어지고 2002년 10월에는양산형시타로를발표함과동시에 2003 년부터유럽주요도시 10개국에서 30대가운행을개시하게되었음. - 또한 2000년 11월에는 SUV로 Jeep 코멘더도발표했고, 이것은메탄올

55 개질형이지만 2차전지를탑재한하이브리드형임 년에는 스프린터 를독일소화물배송회사에납품하고 2년간의실증테스트를하고있고그방법은 2003년 10월에는세계최대의화물배송회사 UPS로이어지며, 스프린터의연료는압축수소로, 최고속도 120 km/h, 항속거리 150 km General Moters(GM) - GM의연료전지에대한대처는자동차의동력원으로서연료전지가화제가돈제1기, 1960년대까지거슬러올라감 - GM이처음으로연료전지의테스트를한것은 1964년이고 1968년에자동차역사상처음으로주행가능한연료전지자동차를시작함 - 시험차는 32개의직렬접속한연료전지블록을갖춘소형밴이었으며, 연료는스틸봄베에의한압축수소로, 연속출력 32kW, 항속거리도 200km 가까웠으나전도유망한결과를얻었음에도불구하고가솔린가격의저렴함과환경의식의희박함이라는 60년대의여러이유로프로젝트는지속되지못했으며, 이러한경과가있었기에그후의연료전지개발의스타트에서는 GM은다소늦은감이있음을보였지만, GM과독일자회사오펠과의연휴로연료전지개발을본격화함 년봄, GM/ 오펠은연료전지센터를설립하고, 양기업의개발작업을집약적으로하게되었고, 98년 9월의파리모터쇼에서오펠더필라를베이스로한첫주행가능한실험연구차를발표했으며, 이시험차는메탄올개질형으로, 자사개발한출력 50kW의연료전지유닛과 3상유도모터, 여기서보조배터리를지닌하이브리드자동차로서배터리에의한어시스트와함께에너지회생도하고있었으며, 최고속도는 120km/h로, 정지상태에서 100km/h까지의가속은약 20초임 년 4월에는 GM/ 오펠은도요타와 5년기간공동개발계획을발표하고연료전지개발로양사가접근하고, 10월에는연료전지유닛을 -20 에서기동시켜곧바로전출력으로전력을발생시키는데성공했음 년 3월의제네바쇼, GM/ 오펠은하이드로젠 1을발표했는데, 이것은역시더필라를베이스로한것인데메탄올개질이아니라액체수소를탑재한것이며, 75리터의액체수소는특수한방열보호를한탱크로

56 에보호되고, 연료전지유닛은정격출력 80kW, 최대출력 120kW로, 모터의출력은 55kW. 1575kg의차중의하이드로젠 1은 0~ 100km/h가 16초로줄고, 최고속도는 140km/h로항속거리는 400km임 년 10월에 GM은 CaFCP에참가하여하이드로젠 1으로캘리포니아에서주행테스트를시작하고, GM은수소사회의인프라구축을위한기술개발등을하는 Ballard Power Systems의설립멤버가만든회사인제네럴하이드로젠사와제휴함 년 9월에하이드로젠 1을개량한하이드로젠 3을발표하였으며, 이자동차의목적은동력시스템의성능, 및일상용도에서의편리성이향상되었으며, 하이드로젠 1이필요했던부품몇가지가필요없어져제외하고그결과중량이대폭경감하면서목표였던 1590kg에더욱가까워졌고, 하이드로젠 3에서필요없던부품중에서가장큰부분인보조배터리를제거하면서약 100 kg의중량경감을달성할수있었을뿐아니라양산모델인더필러보다 25 mm 높은만큼짐칸바닥높이를확보할수있었음 - 완전한연료전지구동으로할지아니면하이브리드방식으로할지둘중어느한쪽을선택할지는시장의요구에따라판단해야한다고 GM 오펠은생각했음 - 하이드로젠 3으로전자시스템에도추가개량하여소형화가진행되었음 : DC/AC 컨버터, 전기모터, P포지션부착트랜스밋션및전압변환기와드라이브사프트의중앙에위치한디퍼런셜로구성되는일체형모듈의중량은불과 92kg으로, 이모듈은표준더필라의부착마운트가사용가능하며양산화에한걸음더가까워졌고, 본네트내를봐도하이드로젠 1보다연료전지스택이매우작아진것을알수있으며, 정상출력도 80kW에서 94kW로, 최고출력도 120kW에서 129kW로향상되었고, 3 상비동기모터의출력은 60kW로최대토르크는 215Nm, 최대회전수는 12,000rpm으로, 8.67:1의기어비를지닌플라네타리기어를사용하여전륜을구동시키며최고속도는 150km/h임

57 < 그림 15> GM Asia Pacific (Japan) Hydrogen3 < 표 16> GM Asia Pacific (Japan) Hydrogen3 제원 Company GM Asia Pacific (Japan) Vehicle name HydroGen3 Size(LxWxH) 4,315 x 1,750 x 1,685 mm Weight 1,750 kg Seating capacity 5 passengers Max. speed 160 km/h Cruising range 400 km Motor - Max. motor output 60 kw Max. motor torque 215 N-m Type of fuel cells Solid polymer Fuel cell battery output 129 kw Type of fuel Pure hydrogen Fuel storage Liquid hydrogen Fuel pressure 년 10월, GM은아이드로젠 3에이어세계첫가솔린개질형연료전 지를발표, 시보레 S-1-픽업트럭에탑재하고 2001년의제35회동경모터 쇼에전시했음 : 이개질기는연료전지와조합하여사용하면토탈 40% 의에너지효율 향상이가능하며이는통상의내연엔진보다 50% 나에너지효율이좋

58 다고하며, GM에서는가솔린개질형연료전지를수소인프라가정비될때까지의잠정적인것으로정하고있는데수소의인프라확립에는몇천억불의비용이든다는것을볼때 10년주기로생각한다고해도가치가있다고보고있음 년 9월에 GM사가발표한연료전지자동차의컨셉트카 Hy-Wire 는는획기적인개념을선보였음 : Hy-Wire 는수소탱크, 모터를바닥아래에모두적재한 스케이트보드형샷시 를채용하여자동차의활용성을비약적으로향상시킨것임 : 조향장치, 제동장치등자동차를작동하는기계적인접속을없애고, 전기적인결합만으로구성한이른바 X-by-wire 를전면적으로채용한것이고, Hy-Wire 라는명칭도연료의 Hydrogen 과 X-by-wire 에서의합성어라는점에서단순한연료전지자동차는아니지만, 실제바닥아래에연료탱크를수납하기위해항속거리가 110 km 정도밖에나오지않음 < 그림 16> GM 의 Hy-wire 컨셉트카 < 그림 17> GM 의 Hy-wire 세단형모델

59 < 그림 18> GM의 Hy-wire 구성도 - Hy-Wire의컨셉을계승하면서도보다실용성을향상시킨것이 2005년 1월의디트로이트모터쇼에 GM사가출전한 Sequel 이며, 700기압이라는고압수소연료탱크를채용하고있으며, Hy-Wire와같이플로어아래에수용하여수소를 8 kg 저장하고, 480 km라는긴항속거리를실현했고, 단, 중앙에다소두꺼운탱크를대치하여중앙은다소올라와있음 - 연료전지스택그자체도기존보다개량하였으며, Hy-Wire의연료전지스택은독일 Opel사의컴팩트미니밴 Zatira 를베이스로한연료전지차 Hydrogen3 용을사용하였는데, 이번에 Sequel에탑재된것은이것을개량한것으로출력이 73 kw로 25% 향상하였으며, 구조의간소화하여효율을향상시켰고, 구동시스템에 4륜구동을채용한것도 Sequel의특징임 : 전륜을출력 60kW의모터로구동하고, 후륜도허브에내장한출력 25kW의인휠모터로구동하며, Hy-Wire에서는 X-by-wire의기술을활용하여스티어링의위치를좌우로변경하거나액셀과브레이크도손으로조작하게되는등, 자동차를조작하기위한인터페이스를근본적으로변화시켰고, Sequel의스티어링, 브레이크패달, 액셀패달등의배치는현재자동차와같으나, 스티어링, 브레이크패달, 액셀모두 X-by-wire 기술로제어되고있는것은 Hy-Wire와같으며, 이외에 Hy-Wire와의명확한차이는 2차전지를탑재한것으로지금까지 GM 사는연료전지차에 2차전지는필요없다고여겨왔음 : 출력 65kW의프랑스 Saqul사제의 Li 이온 2차전지를탑재했고, 이외

60 의 Sequel의스택은전장 4,994 전폭 1,966 전고 1,697 mm, 휠베이스 3,040 mm, 차체는알루미늄합금제로차량총중량은 2,170 kg. GM사는 2005년중에연료전지자동차의한정적인실용화를지향하고, 2010 년까지는연료전지자동차의코스트와내구성을기존엔진자동차와충분히경쟁할수있도록하는것이목표임 < 그림 19> GM Sequel < 그림 20> GM Sequel 정면모습 Ford 자동차 - Ballard Power Systems사와도제휴하고있는 Ford는 캘리포니아연료전지파트너십 에처음부터참가하고있음 : Ford 몬데오로휠베이스를연장하여알미늄재료로경량화를모색한바디에 Ballard Power Systems제연료전지마크 700을탑재했고, 연료는압축수소로 41리터의탱크를 2개탑재했음 년 1월에포커스 FCV를발표하였으며, 메탄올개질형으로연료전지에는 Ballard Power Systems제의마크 900을실었으나, 그러나 11월에는다시압축수소로한포커스세단 FCV를발표하고, 또 2002년에각부분을개량하여하이브리드로한포커스세단 FCV를완성시켰음 : 포커스 FCV는 300 V 배터리팩과브레이크바이와이어전자유압식

61 직렬회생브레이크시스템을특징으로하고있고, 압축수소탱크는구형 24.8MPa에서 34.5MPa으로압력이높아졌음 : 연료전지스택은 Ballard Power Systems제마크902이고, 최고출력은 65kW, 최대토르크는 190Nm으로, 초고속도는 129km/h, 항속거리에관해서도구형보다약 30% 연장된최대 320km이며, 트럭션인버터모듈과전기모터트랜스액슬을조합한일체형파워트레인을갖추고있음 : 포커스 FCV는이미정부나민간기업에제공되어시험적인사용이이루어지고있고, 이로서향후양산예정인모델에관한피드백을고객으로부터수집하고있으며, 시장투입은 2003년부터 2004년에할예정임 < 그림 21> FORD FOCUS FCV BMW - BMW는매우독특한전략을내세우고있음 : 수소를보통엔진처럼내연기관으로서사용하는것이고, 여기에서거론되는연료전지자동차와는다른범주임 : 2000년에수소엔진사양인 BMW750hL" 를 15대생산하고이듬해에는 BMW 클린에너지월드투어 2001 이라는이름으로동경을포함한세계 5개도시를돌며그이념과기술을홍보함 : BMW는향후에도수소엔진을주축으로전개해갈방침이며, 열효율문제에서는현재 37% 정도지만 10년후에는연료전지와등등한 50% 수준이가능할것이라고하지만, NOx 문제는촉매로대처할수밖에없는한계가있어서 BMW도내연기관으로서의수소엔진을 궁극 의동력원으로서생각하고있는것은아님 : 양산용으로 2003년부터테스트를시작한수소엔진자동차 BMW 745h

62 는최고속도 215km/h, 수소만의항속거리 300km 이상이며, 수소엔진자동차는액체수소탱크를트렁크에탑재했고, 액체수소는이방식을사용하고있는 GM과도제휴하여액체수소이용기술개발을추진하고있고, 이것은수소와가솔린의양쪽이주행중에버튼하나로전환할수있는 Bi-Fuel 방식임 - BMW가연료전지개발하지않는것은아니며, 보조동력원으로 BMW도연료전지개발도하고있고, 납배터리를대체하는소형연료전지를탑재하고있으며, 이것은엔진의역할이구동용만으로되어연비가향상하는것외에엔진정지시에도에어컨작동이가능하다는장점이있음 : 이런점에서통상의내연엔진자동차의연비향상을위해 BMW는 2006년까지현행의납배터리에서가솔린개질형연료전지로변경할계획도가지고있고, 수소엔진이냐연료전지이냐, 우선 BMW는 2020 년에는자사판매자동차의약 25% 를수소엔진자동차로전환한다고발표함 < 그림 22> BMW 750hL 연료전지자동차용신개념구동시스템 (In Wheel시스템 ) - In wheel 구동시스템은고효율 / 고성능의전기모터를차량휠내에장착하여직접구동및제동을구현할수있는시스템으로전세계유수의자동차제작사를비롯한연구기관을중심으로활발하게진행되고있고, 현재는선행환경차량개발의수준으로미국과일본을중심으로진행되고있으며, 시장성측면에서차량구동성능, 패키징성, 안정성, 상품성등

63 을평가하고있음 - 미국의 GM(General Motors) 에서는 2002년 1월픽업트럭인 Chevrolet S-10 모델에하이브리드형식 ( 전륜 : 엔진, 후륜 : In wheel 구동시스템 ) 으로 T-Car( 초기성능평가용 ) 수준으로개발하였고, 개발업체의발표 (2003년 10월 GM보고서 ) 로는기동성능을 60% 이상향상시켜스포츠카의성능을나타내고있다고하는데, 한편 GM은일찍이차세대친환경차량의시스템및부품의효율성제고와표준화를목적으로공용플랫폼전략을수립진행되어왔는데, In wheel 시스템차량의장점중의하나인환경차량의패키징성능향상측면으로미루어이와같은전략은큰호응을받을것으로예상됨 - 아래그림은 GM의 AUTONOMY에대한각요소별특징및장점에대해나타낸것이며, 조합시전체차량성능및편의기능향상을예측할수있음 - 최근에는패키징면에서상당히개선된 SEQUEL 모델을선보였으며, 전륜에 In-Line Transaxle 모터, 후륜에 In-Wheel 시스템을장착하였음 Rear Crash Zone 충돌에너지흡수하여운전자보호 Dock g Connection 차체내제어시스템연결하는 Power 통신포트 Control System X-By-Wire, Telematics, A/C Suspension, 42V 시스템제어 Body Attachments 보드에차체를견고하게고정하는기계장치 Heat Dissipation 연료전지 / 전기부품에서발생하는열방출 Fuel Cell System 연료전지스택 / BOP/ 고압수소탱크 Wheel in Motor 차량구동력발생 Front Crash Zone 충돌에너지흡수하여운전자보호 < 그림 23> GM 의공용플랫폼 AUTONOMY

64 Hydrogen Storage tank By wire system Fuel cell stack In-wheel motor Li-ion Battery Frt electric motor By wire system In-wheel motor < 그림 24> GM 의 SEQUEL - 일본에서는도요타와혼다의연구개발이활발한데, 우선도요타에서는 2003년 1월 FINE-S, 10월 FINE-N을개발하여동경모터쇼에서발표하였음 - 아래그림에나타낸 FINE-N은 4WD In wheel 구동시스템을장착한하이브리드연료전지자동차임 < 그림 25> 도요타의 FINE-N - 혼다에서는컨셉카수준의 KIWAMI 를발표했는데, 대용량울트라커패 시터를사용한하이브리드연료전지자동차임 - 미쯔비시자동차에서는 In-Wheel 구동시스템을순수배터리구동 EV 차량으로적용했는데, 경승용 Colt EV 는후륜에 In-Wheel 구동시스템

65 을장착하였으며, 리튬이온전지를탑재하여일충전 150km 임 3) 각국정부의실증사업현황 에너지독립을위한절실한요구로미국은수소 / 연료전지프로젝트들을정부주도하에강력하게추진하고있음 - 일본정부는연료전지자동차의관용운행등으로이미시범운행을시작하였고, 2020년까지연료전지자동차 500만대, 수소충전소 4,000개건립을목표로매진하고있음 - 중국의과학기술정책은선택과집중을통한신기술선점과이를통한국가경쟁력제고이며, 1986년부터추진된 863계획이이에속하며, 연료전지자동차도그중요한부분을차지하고있음 - 연료전지자동차의가격이비싸고수소공급인프라가없고, 빙점하에서는운전을할수없는등의이유가보급을방해하는주요요인임 : 연료전지자동차의가격이높은것은수요가적고양산으로이행할수없는영향도있지만, 연료공급인프라가정비되지않으면수요는희망할수없고, 연료공급인프라구축이보급을위한우선과제임 - 연료전지자동차의연료에관해서는수소로이행하기까지의경과기간의기술로자동차에서개질 (On-Board Fuel Processor) 도제안되었으나, 미국에너지성 (DOE) 는지금까지의개발달성상황을평가한결과, 자동차에서개질연구를지속해도경제적, 기술적인최종목표달성은곤란하다고판단하여이기술개발에대한중단을결정했음 - 이결정에앞서 2004년 4월, DOE는연료전지자동차의 2015년의본격적실용화가가능한지를검증하기위해수소공급스테이션건설을포함한 5개의실증프로그램을개시했음 : 국내의현대-기아자동차, DaimleChrysler(DCX), Ford, GM, 도요다, 닛산, 혼다, BMW ( 수소내연엔진자동차로참가 ) 가자동차메이커로참가하여 100대를크게넘는연료전지자동차가사용됨 : 이외에캘리포니아주도 2004년 4월, A.Schwarzenegger지사의선거공약의하나였던수소공급스테이션정비에도착수했고, 캘리포니아전주민을커버하는스테이션망정비목표시기는 2010년임 - 수소공급스테이션이정비되면연료전지자동차보급환경이크게개선될

66 것이고, 연료전지의핵심기술의하나인전해질막개발에서도성능과비용을크게변화시킬가능성이있는개발이발표되고있음 - 빙점하에서는운전이어렵다는문제도 MEA( 막 / 전극접합체 ) 의기술진보로해결되고있으며, DOE 프로그램은미국북동부냉한지에서의실증실험도착수했음 - 앞으로연료전지자동차의거대시장이될가능성이있는중국에서도 VW와 GM이연료전지자동차의공동개발을잇달아개시하고있음

67 < 표 17> 주요국가수소연료전지자동차실증및시범운행현황 국가사업명주요내용 미국 1 CaFCP 2 National Hydrogen Light Duty Program 자동차사, 에너지사, 부품업체등이참여하여캘리포니아를중심으로실증추진 99~ 03 : 연료전지차 55 대및충전소 9 기 04~ 07 : 연료전지차 120 대및충전소 16 기 DOE 주관으로자동차사와에너지업계가 4 개의팀을이뤄 FCV 와수소인프라실증 04~ 09 : 연료전지차 128 대및충전소 28 기 총사업비 : US $364M 3 National Fuel Cell Bus Program DOT 주관으로비영리기관, 운송회사와함께 FC Bus 상업화를위한실증 03~ 15 간 3 단계로추진예정 사업비 : US $28M( 03), 03 년이후매년 $50M 일본 1 JHFC 프로젝트 도쿄및요코하마지역총 12 개소운영 - 나프타, LPG, 부생가스등다양한수소충전소 차량운행규모 : 60 대 사업기간 : 02~ 05, ( 06 년 2 단계사업착수 ) 중국 1 FC BUS 실용화시범사업 1 CUTE 운행규모 : 총 12 대 ( 북경, 상하이 ) 사업규모 : US$ 32M 사업기간 : 5 년 ( 04~ 09) EC 가주관하는연료전지버스실증사업 03~ 05 년간 9 개도시에서각 3 대씩운행 총사업비 : 60M EU 2 Hydrogen for Transport Program CUTE 프로그램의 2 단계사업으로 06~ 08 년간 200 대실증운행예정 버스 (Hyfleet), 승용차 (Zero regio), 소형운송차량 (HyCHAIN) 등으로세분화 총사업비 : 105M 3 ECTOS 4 CEP 아이슬란드레이카빅에수소충전소와 3 대의연료전지버스를실증 01~ 05 (5 기의수소충전소추가건설추진중 ) 독일정부지원의수소에너지상용화민관협력프로그램 04~ 08 년, 총사업비 33M 캘리포니아연료전지파트너십 (CaFCP) - 미국캘리포니아주의주도인새크라멘토에있는캘리포니아연료전지파

68 트너십 (CaFCP) 은수소연료전지자동차 (FCV) 상용화의전초기지임 : 제너럴모터스 (GM) 도요타자동차를비롯한미국일본각각의자동차 ' 빅3' 와현대자동차폭스바겐등총 8개주요글로벌자동차회사들이이곳에모여 FCV 상용화시기를앞당기기위해공동노력하고있음 - 자동차회사외에에너지기업셰브론과 BP, 로열더치셸의수소에너지자회사셸하이드로젠등도 CaFCP의회원이며, 발라드 UTC파워등연료전지업체와미에너지부, 교통부등정부도참가하고있음 - CaFCP는자동차회사들이만든 FCV를캘리포니아지역에서시험운행해이용자들의반응을체크하고기술적결함이나보완사항을취합함 : 현재운행중인 FCV는자동차 100대와버스 7대. CaFCP의회원사인 8 개자동차회사들은매년자사신모델에 FCV 기술을적용, 시험운행차량을개발함 : 현대자동차의투싼과기아자동차의스포티지도각각 4대씩 FCV로만들어져샌프란시스코의버스수리차량으로운행되고있음 : CaFCP의크리스화이트이사는 " 연말까지시험운행 FCV를 300대로늘릴계획 " 이라고발표 - FCV에연료인수소를채워넣는충전소도곳곳에건설되어상용화에대비하고있음 : 수소충전소는 23곳이운영되고있고연말까지 14개를추가로만들예정이며, 오는 2010년까지 100개가목표임 - CaFCP가출범하던 1999년엔이같은성공을예상치못했고, 당시엔실험실의과학프로젝트정도로생각했지만이후 3~4년간관련기술이비약적으로발전하여 FCV의상업화를본격적으로추진하게됐음 < 그림 26> Hydrogen Station

69 National Hydrogen Light Duty Program 년 1월, 부시대통령은연두교서에서미국의수입석유의존체질에서의탈출을지향한 The President's Hydrogen Fuel Initiative" 를발표했고, 이에 DOE는 Hydrogen Fleet and infrastructure Demonstration Program" 을책정, 그일환으로연료전지자동차의기술실증프로젝트를세웠음 : 프로젝트는 2015년에연료전지자동차상용화의목표를달성할수있을지를 5가지프로젝트의진전상황으로평가하고자하는것으로사업기간은 5년임 : DOE가제시한 2015년이라는, 연료전지자동차의본격적인보급시기목표에대서이번 DOE 프로젝트에참가한주요자동차메이커는적어도부정적인견해는보이지않았음 - DCX와 GM은 2010년의상업화혹은양산체제확립전망을제시하고, 현대자동차도 2010년까지한국내에서 10,000대의연료전지자동차판매를검토하고있다고함 : 연료전지자동차의보급시기에대한주요자동차메이커관계자의공식발표및그발연을정리한것인데, 같은기업이라도발언자, 발언장소에따라서로다른경우가있으며, 각사의통일견해라고는할수없음

70 < 표 18> 주요자동차회사수소연료전지자동차상용화계획 DCX 2004~2007 년에일상용도로의적합성을검증. 서서히생산을확대하여 2010 년에상업화. Ford DOE 의타임테이블과같아서 2012~2015 년경. GM 2010 년까지양산체제를확립. Honda 현대 도요다 연료전지차량과연료공급설비의실증사례를확대 2004년에기아자동차와공동으로미국에서 32대의연료전지차의실증실험을실시. 2010년까지한국에서 10,000대판매를검토. 2010년이전의상용화는없다. DOE의타임테이블인 2015년상용화를지지. 자료 : Fuel Cell Vehicle World Survery DOE 프로젝트는수소를연료로하는연료전지자동차, 연료공급인프라, 연료전지자동차와연료공급인프라의인터페이스를완전한시스템으로하기위한실증실험을하며, 포괄적인안전계획, 규준, 표준 (codes and standards) 제정의지원활동, 종합적인교육, 훈련활동도프로젝트활동에포함하고있음 : 2004년 4월, DOE는 Air Products and Chemicals, DCX, Ford, GM, Texaco Energy Systems의 5사를리더로한 5가지프로젝트팀발표 : 프로젝트리더가되는기업에게는팀멤버와협력하여현실의사용환경에서의문제점과그포괄적인해결책을명시하도록하고있음 - 캘리포니아주에는최대 24개의수소스테이션을건설, Air Products and Chemicals를리더로한프로젝트는캘리포니아주에 5년간에 24기의수소스테이션건설을계획중임 : 수소는천연가스개질및재생가능에너지원에서제조할계획이며, DOE 에예산요청액은 $35 million 임 : 계획에서는몇스테이션에서는고압가스와액체상태의수소공급이가능 : 테스트차량은도요다, 혼다, 닛산의 3사에서합계 65대의연료전지자동차, BMW에서 15대의수소엔진자동차가참가하며, 테스트차량은전문가, 일반인, 정책입안자, 플리트차량운영자등, 다양한사람들이운전

71 < 표 19> Air Products and Chemicals 을 Leader 로한 DOE 프로그램의참가멤버 Leader Partner Team Member Air Products and Chemicals, Inc. - Toyota Motor Sales - Nissan North America - American Honda Motors - ConcoPhilips - BMW - UTC Fuel Cells - Proton Energy Systems - University of California, Davis - Southern California Edison - California Energy Commission California Air Quality Management District - Sacramento Metropolitan Air Quality Management District - DaimlerChrysler(DCX) 를리더, British Petroleum(BP) 를파트너로한프로젝트는 DTE Energy의협력을얻어실증실험을실시중임 : DTE Energy는 Detroit에본점을둔종합에너지기업으로, 전력공급의 Detroit Edison, 천연가스공급의 MichCon을산하로갖고있음 : DTE Energy는바이오매스, 태양광발전, 야간전력에서수소를만들고, 이를사용하여일정구역의에너지를얻는 Hydrogen Technology Park 계획을추진했음 : 이계획에 DCX를리더로한 DOE 프로젝트가합류, 04년 10월 19일, 디트로이트근교의 Southfield시에서 DOE 프로젝트로서는최초의스테이션을개설하였음 : 이수소스테이션의수소제조에는 Stuart Energy Systems 의물전기분해장치가사용되어 BP의종합가스장치에의해 DCX의연료전지자동차에수소가스를공급됨 < 표 20> DaimlerChrysler 를 Leader 로한 DOE 프로그램의참가멤버 Leader Partner Team Member Daimler- Chrysler Corp. - BP America - DTE Energy, SAIC, SRI International - Ballard, NextEnergy - California Fuel Cell Partnership - National Hydrogen Association : - Ford 를리더로한프로젝트는 Orlando, Sacramento, Detroit 에서각 10 대

72 의 Ford Focus 베이스연료전지자동차를사용한실증실험을실시하고있음 : 수소공급스테이션은 BP가담당하고, 천연가스개질에의한수소제조가가까운미래에적용화가능한지를검토하고, DOE가추진하기로되어있는재생가능에너지원으로부터의수소제조가목표코스트로가능한지를평가할계획임 : Ford는이실증실험을위한연료전지자동차 30대를생산하기위해 Detroit의창고내에소유하던전기자동차생산을위한설비를개조, 연료전지자동차의조립을개시했음 < 표 21> Ford 를 Leader 로한 DOE 프로그램에의참가멤버 Leader Partner Team Member Ford Motor Company BP America - Ballard, NextEnergy - Environmental Protection Agency - H2Systems - Sacramento Municipal Utility District - California Energy Commission - California Air Resources Board Progress Energy - GM 을리더로하는프로젝트는 Shell 과공동으로미국여러곳에서실증 사업을실시함 : 상세계획은실증사업을받아들이는지방행정조직과의합의가성립된 후에발표됨 : 이 DOE 프로젝트와는별도로 GM 와 Shell 은 Washington, D.C. 에서 GM 의연료전지자동차 6 대를사용한실증시험을하고있음 : 04 년 11 월 10 일, Shell 의가솔린스테이션에수소스테이션이병설되어 가동을개시했으며, 이수소스테이션의수소저장과가스장치에는 Air Product 제 Series 200TM 이사용되었으며, 1 일당공급능력은 20 kg 임

73 < 표 22> GM 을 Leader 로한 DOE 프로그램참가멤버 Leader Partner Team Member General Motors Corp. Shell Oil Products - Air Products and Chemicals, Inc. - GE Global Research, NextEnergy - Viewpoint Systems Inc - Start@comm Inc - Department of the Army - Port of Los Angeles - Maryland Energy Administration New York State Energy Research and Development Authority - Texaco Energy System이리더가된프로젝트는캘리포니아주 Chino의현대 America Technical Center와 U.C. Davis의 2곳과냉한지인미국북동부를포함하여최대 6곳에수소스테이션을설치할계획이며, 이테스트에서는현대의 Tucson FCEV와기아의 Sportage FCEV 합계 32대운행예정임 < 표 23> Texaco Energy Systems 를 Leader 로하는 DOE 프로그램참가멤버 Leader Partner Team Member Texaco Energy Systems 현대 자동차 - UTC Fuel Cells: - University of California Davis - AC Transit - Southern California Edison: - South Coast Air Quality Management District - California Energy Commission - California Air Resources Board - New York State Electric and Gas/Rochester Gas and Electric 아놀드슈왈츠네거캘리포니아주지사의 2003년 10월의지사선거공약에는연료전지자동차의보급도들어있었음 - 캘리포니아하이드로젠하이웨이 2010 은모든캘리포니아주민이주요하이웨이에설치된수소스테이션에액세스할수있는것을

74 년까지실현한다는것이며, 이를위해서는 150~200의수소스테이션을주요하이웨이이약 20마일마다설치해야함 - 이수소스테이션건설에필요한비용은약 9,000만불로예측되며, 2004 년 4월슈왈츠넷거지사는이비젼을실행에옮기기위한 Executive Order" 에서명했으며, 이중에는주정부가사용하는프리트 (Fleet) 차량갱신시가능한수소를연료로한자동차를구입하는것도예정되어있음 년 4월의 Executive Order로남캘리포니아의대기오염을관할하는 California South Coast Air Quality Management District(SCAQMD) 는 Burbank, Riverside, Santa Ana의 3개시에 2005년에수소스테이션을설치하기로했다으며, 2004년 8월 Air Products가발주처로선정되었음 - Burbank 와 Riverside의수소스테이션의수소는 Proton Eergy Systems 의고체고분자막을사용한물의전기분해장치 HOGEN200을사용, 저장및가스는 Air Products의 Series 200TM을사용할계획이며, Santa Ana 의수소스테이션은근처의 Wilmington시의 Air Products공장에서만든수소를 Air Products의이동식수소공급장치 (mobile hydrogen fueler)hf-150으로수송할계획임 - Los Angeles국제공항은사용차량을석유대체연료자동차로변경하는프로그램을추진하고있으며이미 50% 이상이석유대체연료자동차가되었음 - 수소가스를사용하는연료전지자동차도플리트차량으로사용할계획으로 2004년 4월수소스테이션건설을 Praxair에발주했으며, 이수소스테이션건설비용은 Praxair가 $550,000, SCAQMD $351,000, DOE $499,048, BP $180,000를분담한다. 수소스테이션은 BP로수소의소매가가능하도록설계되어 (Retail-Designed Hydrogen Station), 2004년 10월, 아놀드주지사에의해개소식이이루어졌으며, Los Angeles 국제공항은이수소스테이션을사용하여 DCX의연료전지자동차를운용할계획임

75 현대자동차의미국에너지성 (DOE) 의수소연료전지자동차시범사업 - 사업목적 : 실제사용조건에서수소인프라및연료전지자동차통합검증 - 사업기간 : ~ (5년) - 사업예산 : 3억 5,870만 $ - 지원내용 : 연료전지구입비용및수소충전소건설비최대 50% 지원 - 사업목표 구분 2009 년 2015 년 스택내구성 2,000 시간 5,000 시간 주행거리 250 Mile 300 Mile 수소가격 $3.0 / kg H 2 $2.0~3.0 / kg H 2 - 현대 & 기아자동차참여현황 에너지회사 : 세브론텍사코 연료전지회사 : UTC Power 운영규모 : 총 32대 ( 투싼 16대, 스포티지 16대 ), 충전소 6 현황 : 16대운행, 충전소 4개소운영 라. 국내기술개발동향및수준 1) 국내기술및산업동향국내에서 1998년 G7 사업및차세대자동차개발사업을바탕으로연료전지자동차가개발되기시작했으며, 국내의연료전지시스템개발현황은다음과같음 1996년부터한국에너지기술연구원이주관하여정치형전원용 5kW 고분자연료전지시스템을개발하였음 2000년에한국과학기술연구원에서 5kW급고분자연료전지스택을개발하고, Golf Cart에탑재하여시운전하였음 2000년 11월현대자동차는자체프로그램으로 UTCFC의연료전지를이용한 75kW급연료전지자동차를개발하여 California Fuel Cell Partnership 참여를통해각종주행시험과성능비교를통한기술표준화에참여하고있음 2001년현대자동차에서 25kW급연료전지스택을개발하여, 2002년싼타페메탄올개질형연료전지자동차에탑재하여시험운전

76 2004년 12월에현대자동차가싼타페에이어투산에적용한 2세대연료전지차를개발발표하였다. 1호연료전지자동차인싼타페에비해출력 속도 주행거리 차량안전성등모든비교분야에서대폭적인개선이이뤄진것으로발표되었다. 연료전지자동차의 2015년본격실용화의대규모실증실험을개시한미국 DOE, 캘리포니아주에도참여하였다. 이실증사업은 2010 년까지가목표이며, 또한수소공급스테이션사업도병행하고있음 2005년 3월현대자동차에산업자원부연료전지자동차구도용 80kW급 PEMFC 발전모듈개발과제의성과물로 80kW급발전모듈 Meca Proto type 개발하였음 현대자동차는 UTC Fuel Cell과제휴하여연료전지자동차를개발하고 2000 년에싼타페 FCEV를발표했으며, 2003년 6월에는빙점하에서도시동이가능한연료전지자동차를 2004년에개발하였음 현대자동차는 2004년 2월의 Geneva 자동차쇼에서싼타페 FCEV의후속연료전지자동차로 Tucson FCEV를발표했음 현대자동차의자회사인기아자동차도 2004년 9월파리자동차쇼에서 Sportage FCEV를발표했고, 이들새로운연료전지자동차는빙점하 10 의저온에서도운전가능하다고발표했음 < 그림 27> 현대및기아수소연료전지자동차개발이력

77 < 그림 28> 2000 년싼타페연료전지자동차 < 그림 29> 싼타페연료전지자동차 < 그림 30> 2004 년투싼연료전지자동차

78 수소연료전지차 1 단계 [ 06] 선행기술개발및실증시험 2 단계 [ 07 09] 양산설계 / 생산기술확보 가격경쟁력및내구성향상 3 단계 [ 10 ] 소량생산 연료전지하이브리드차독자개발 [ 03] 국내시범운행실시 (200 대규모 ) ( 08 ~ ) 수도권및경기도지역 미에너지성시범운행 (32 대 ) [ 04 ~ 09] 투싼 / 스포티지연료전지차 소량생산 [ 10] 년만대생산체제구축 캘리포니아연료전지파트너쉽참여 [ 00] 싼타페연료전지차 연료전지차 1호 ( 스포티지 ) [ 00] < 그림 31> 국내의연료전지자동차개발계획 산업자원부는연료전지자동차의조기상용화및경쟁력확보지원을위한 수송용연료전지모니터링사업 에 06~ 08년간국비 240억원 ( 총사업비 480억원, 민자 240억원 ) 을투입할계획으로 06년 10월착수하였음 연료전지자동차는석유에의존하는내연기관자동차를대체하는미래대안으로부각되고있으며, 이에따라미국, 일본, EU 등세계각국은연료전지자동차의개발과상용화를위해투자를강화하고있음 우리나라의경우현대자동차중심으로연료전지승용자동차및버스개발을, SK, GS칼텍스, 가스공사중심으로수소스테이션개발을추진중에있으나, 본격적인상용화를대비하기위해서는기술개발과실제주행환경에서의성능및내구성평가를동시에진행시키고, 수소스테이션등관련인프라구축할필요성이있음 수송용연료전지모니터링사업 은 08년까지국산연료전지를탑재한연료전지차량 (34대) 을전략적위치에투입 운행하는실제도로모니터링을통해연료전지자동차의조기상용화및경쟁력확보를지원하게되며, 이와병행하여기술표준체제마련, 전문부품업체육성, 수소충전소 법규정비등인프라구축기반을조성하게됨 수소자동차운행을위해필수적인수소충전소는 1차년도에는수도권을중심으로충전소를구축하고, 2차년도에는제주풍력단지와연계한물전기분해충전소를, 3차년도에는남부지역을중심으로 Truck-in방식의수소충전소를단계적으로구축해나갈계획임

79 < 표 24> 연차별사업계획 구분 계 승용 자동차 ( 대 ) 버스 국산화목표 ( 내구성 ) 50% (1,000 시간 ) 60% (1,500 시간 ) 70% (2,000 시간 ) 충전소 ( 기 ) 수송용연료전지모니터링사업은국내자동차업체, 수소스테이션을설치 운영할수있는에너지업체, 연구소 대학, 부품업체, 지자체등을중심으로추진하게되며, 관련부처및수소연료전지사업단등산 학 연 관전문가로구성된 연료전지자동차실용화위원회 를구성하여자료분석 보고및자문을담당하게된됨 년에는 80kW급연료전지승용차의기준가격을 10억원으로산정하고 4대를, 200kW급연료전지버스의기준가격을 30억원으로산정하고 1대를시범보급및모니터링할계획임 - 연료전지의핵심부품인스택등은국산제품을사용하게되며국산화비율은 50% 수준임 - 08년에는금번추진되는모니터링사업을통해 80kW급연료전지승용차의기준가격은 6.5억원수준, 200kW급연료전지버스는 15억원으로인하되고국산화비율은 70% 선으로제고될전망임 - 내구성확보와초기시장형성으로 15년경에는 80kW급연료전지승용차의가격이 5천만원수준으로떨어져보편적인상업보급이가능할것으로예측되며, 모니터링사업은신재생에너지기술개발사업의일환으로추진되고있음

80 수소스테이션 인천 서울 < 수도권및중부권 > 용인 ㅇ인천 ( 가스공사 ) ㅇ서울 (GS칼텍스) ㅇ용인 ( 현대차 ) ㅇ대전 (SK) ㅇ부안 ( 테마파크 ) 대전 < 남부권 ( 안 )> ㅇ울산, 포항인근ㅇ여수, 광양인근 부안 울산 여수 제주 서귀포 < 제주 ( 안 )> ㅇ제주ㅇ서귀포 < 그림 32> 수소스테이션단계별구축계획 ( 안 ) 1차년도 ( 06) : 수도권 중부권을중심으로 LNG 등화석연료개질방식수소충전소설치 운영 2차년도 ( 07) : 제주풍력단지와연계한물전기분해수소충전소설치 운영 제주도는풍력등신재생에너지원을이용하여일정한수소생산이가능하며지리적제한성과적정한길이의도로망은연료전지자동차실증에유리 3차년도 ( 08) : 부생가스활용한대규모수소생산이가능한남부지역을중심으로 Truck-in 방식스테이션구축 2) 국내의연료전지자동차관련연구동향 수소연료전지자동차개발기술지원대상

81 자동차구동용 80kW급 PEMFC 발전모듈 200kW급버스용연료전지시스템 고분자연료전지스택재료제조및생산기술 수송용연료전지스택 / 시스템의냉시동및동결대응기술 80kW급승용차용고분자연료전지운전장치 연료전지시스템모듈화기술 연료전지차량용초고압초경량수소탱크모듈화기술 연료전지차량용신수소저장시스템설계및평가기술 연료전지차수소공급및재순환시스템설계및평가기술 연료전지차수소공급및재순환시스템설계및평가기술 연료전지시스템제어부품기술 연료전지버스용고전압구동시스템 (200kW급) 연료전지차용고출력고효율구동시스템 (80kW급) 파워넷설계및전기동력핵심부품 연료전지차용신개념구동시스템 (In Wheel시스템 ) 승용연료전지차량설계및제어기술 연료전지버스설계및요소부품 연료전지차용 공조시스템 연료전지시스템및차량평가기술 연료전지승용자동차용고분자연료전지스택개발중장기추진방안

82 kW( 06) 스택기본성능향상 - 대용량화관련기술 - 기초해석기술 ( 단위전지, 구조해석 ) - MEA Interface 최적화 80kW( 09) 스택기능향상 - 출력밀도개선관련기술 - 저온시동성개선기술 - 성형공법분리판개발 - 일체화 / 모듈화기술개발 80kW( 12) 스택신뢰성향상및저가화 - 내구성확보관련기술 - 양산성확보관련기술 - 저온성능확보 / 최적화 -Recycle 기술 스택비용 ( 천원 /kw) 80kW( 15) 연료전지스택출력밀도 (kw/liter) 기술개발계획 1 단계 ( 06~ 08) 단위전지해석기술 ( 유로 / 반응유체해석 ) 구조해석기술 기밀구조및가스켓개발 모듈화설계기술개발 고성능 MEA 개발 2 단계 ( 09~ 11) 3 단계 ( 12~ 15) 성형공법분리판기술개발 신뢰성향상 Manifold 성형기술개발 연속공법에의한분리판개발 스택해석기술개발 고내구성, 고온작동 MEA 개발 저온 (-20 ) 운전기술개발 MEA 저가화기술개발 가스켓일체화 (MEA/ 분리판 ) 기술 Recycle 기술개발 저가습 / 무가습 MEA 개발 표준화및관리기술개발 연료전지버스스택개발중장기추진방안 kW( 06) 스택기본성능향상 - 대용량화관련기술 -기초해석기술 ( 단위전지, 구조해석 ) - MEA Interface 최적화 -운전기술최적화 160kW( 09) 스택기능향상 - 출력밀도개선관련기술 -저온시동성개선기술 - 내구성 / 신뢰성향상기술 - 저가형분리판개발 - 일체화 / 모듈화기술개발 200kW( 12) 스택신뢰성향상및저가화 - 내구성확보관련기술 - 양산성확보관련기술 -저온성능확보/ 최적화 -Recycle 기술 200kW( 15) 스택비용 ( 천원 /kw) 연료전지스택출력밀도 (kw/liter) 기술개발계획 1 단계 ( 06~ 08) 단위전지해석기술 ( 유로 / 반응유체해석 ) 구조해석기술 기밀및체결기구개발 모듈화설계기술개발 고성능 MEA 개발 2 단계 ( 09~ 11) 3 단계 ( 12~ 15) 저가형분리판성형공법개발 Manifold 성형기술개발 스택해석기술개발 저온 (-20 ) 운전기술개발 부품일체화 (MEA/ 분리판 ) 기술 저가습 / 무가습 MEA 개발 스택내구성 / 신뢰성향상 분리판양산기술개발 고수명고온 MEA 개발 냉시동기술개발 Recycle 기술개발 표준화및관리기술개발 연료전지운전장치시스템개발중장기추진방안

83 57.5 효율55 (%) 고밀도라디에이터개발 공기공급용 T/Blower 개발 수소재순환 Blower 개발 냉각시스템용부품개발 - 가변속냉각 Fan 개발 - 전동펌프개발 효율 :57%, 출력밀도 :530(W/L) 양산기술개발 모듈화기술확대적용 효율 :60%, 출력밀도 :650(W/L) 효율 :52%, 출력밀도 :420(W/L) 모듈화설계 -FCV 전용냉각모둘개발 저온운전기슬개발 : - 단품의냉시동성확보 시스템운전제어기술개발 단계 ( 06~ 08) 2 단계 ( 09~ 11) 3 단계 ( 12~ 15) 기술개발내용 고성능열및관리기술개발 : - 열교환기및라디에이터최적화 - 전동펌프및냉각팬개발 운전장치부품개발 : - 공기및수소재순환 Blower 센서및액츄에이터개발 : - 차량용소형센서개발 - 솔레노이드밸브개발 저온시동성확보및운전기술개발 : - 연료전지용부동냉매개발 - 스택내수분제거시스템 시스템운전기술 : - 능동형열관리운전기술 - 예측형공기공급제어 모듈화설계 연료전지시스템평가기술개발 Sub system 모듈화 양산화기술개발 연료전지자동차제어기술개발중장기추진방안 60 Tank To Wheel 효율(%) 시스템부품모델개발 - 스택, 가습기공기공급기열교환기 연료전지 / 배터리하이브리드제어기술개발 제어부품양산화개발 Idle Stop 제어기술개발 TTW 효율 :52%, 연료전지 / 수퍼캡하이브리드제어기술개발 TTW 효율 :57%, TTW 효율 :60%, 회생제동전용브레이크개발 - 회생제동극대화 - 차량안정성제어 해석기반제어기술개발저소비전력Bop 부품개발 기술개발내용 시스템주요부품모델개발 - 스택, 가습기, APS, 열교환기 시스템해석기반제어기술개발 - 공기공급및수소재순환제어 - 시스템열및물수지제어 제어용양산부품개발 - 제어기, 분산제어기, 전류센서 - GFD, 고전압분배장치 - 고전압커넥터 / 케이블 시스템최적운전제어기술개발 상세부품모델개발및검증 HILS 환경구축 -Real Time Simulation 개발 수퍼캡하이브리드기술개발 Idle Stop 제어기술개발 회생제동용브레이크개발 - 브레이크제어기술개발 - 차량안정성제어기술개발 회생제동용브레이크양산화 - 브레이크모듈개발 제어시스템양산화개발 양산부품차량상태내구평가 시범운행을통한제어안정성평가 시스템수명개선제어및효율개선제어개발

84 연료전지자동차용전기동력구동시스템개발중장기추진방안 제어기단위부피당출력 (kva/liter) 단계 ( 04) 06 모터코일점적률극대화 철손저감설계및박판코어적용 파워소자집적화기술 전압이용율최대화기술 차세대방열설계기술 1단계 ( 06) 09 모터코일점적률 : 40% 이상 전기강판 ( 코어 ) : 0.5T 수냉식적용 ( 모터 / 제어기 ) 시스템모델링및해석기술 2단계 ( 09) 12 모터단위부피당모터연속출력 (kw/liter) 3단계 ( 13) 15 E-D/T 일체화기술 차세대구동시스템기술 - 동축형동력전달, In Wheel 구동 집적화기술 - 파워소자 +CPU( 제어기 ) 파워소자스위칭기법개선 ( 제어기 ) E-D/T 상용화기술 - 생산기술및설비, 공정기술개발 부품표준화 기술개발계획 04 1 단계 : 성능개발 차량환경적용기술 모터설계 / 제어기술 CPU 응용기술 소프트웨어설계기술 시뮬레이션기술 2 단계 : 실용화기술개발 핵심요소설계기술 ( 방열, 구조 ) 부품집적화및실용화설계 Integration 기술 ( 경량화 ) 최적의 Power-Net 설계기술 3 단계 : 신뢰성확보 지능화, 센서리스제어 시험기술 부품표준화및양산기술 양산환경구축 차량응용및 Line-up ( 년 ) 연료전지시스템 / 자동차평가기술중장기추진방안 구분 1 단계 ~ 단계 2007~ 단계 2011~2015 단품 / 모듈 - 운전부품단품평가 국산화및 TDP 개발 - 운전모듈 TDP 개발 자동평가시스템개발 시스템 - 개발단계평가 TDP 개발 운전기술플랫폼정립 - 성능 / 내구 / 진동평가 - 전기동력조합평가차량 - 동력성능 / 환경 / 전장평가 - 시범운행 - 운동성능 / 내구성 / 상품성 성능 / 내구평가 TDP 개발진동평가 TDP 개발도입품평가및초기양산모델개발평가평가시스템구축및 TDP 개발평가및 TDP 개발국내외실증평가평가및 TDP 개발 차종별양산모델개발평가 차종별양산모델개발평가

85 승용연료전지자동차개발중장기추진방안 25% peak (%) peak (%) 영하 20 o C 냉시동성능 ( 초 ) N.A. 650 상온 (+20 o C) 시동성능 ( 초 ) (10% peak 90% peak) 가속성능 ( 초 ) (0km/h 100km/h) 출력밀도 (W / L) 비출력 (W / kg) < 연료전지자동차출력성능 > 기술개발 - 차량성능및내구성확보 - 양산기술에의한가격경쟁력확보 - 부품업체육성 - 총합적개발체제확립 부품 / 스택 / 시스템 / 차량 수소인프라 - 수소인프라구축 ( 생산, 운송, 충전 ) - 국가신에너지기반구축 에너지전략수립 수소연료전지차실증사업 ( 국내및해외시범운행 ) 법규및기술기준 - 수소관련법규정비 기술기준 / 표준현실화 - 관련법규제정및점검 도로교통관련법규 소방법, 차량안전법규 수소에너지와연료전지차에대한국민홍보및교육 미래국가기반산업에필요한전문인력양성 미래형자동차사업단과제동향 미래형자동차사업단은자동차부품연구원에서운영하는사업단으로서

86 년부터 2014년까지사업기간 10년, 총예산 6,694억원 ( 정부 3,347억원, 민간 3,347억원 ) 으로운영되고있으며, 하이브리드자동차 & 지능형자동차 & 연료전지자동차의상용화를위한기술개발, 기술기반구축등을주요사업하는사업단임 하이브리드자동차 - 하이브리드용신동력시스템및제어기술개발 - 가솔린하이브리드용신동력시스템및제어기술개발 - 전자브레이크를이용한하이브리드전기차용회생제동시스템개발 - 디젤하이브리드전기자동차용신동력시스템개발 - 하이브리드자동차공통기초기반기술개발 지능형자동차 - 지능형샤시통합제어시스템개발 - 지능형샤시통합제어시스템설계, 제작및시험평가 (A) - 지능형샤시통합제어시스템설계, 제작및시험평가 (B) - HILS 기반신뢰성평가기술개발 연료전지자동차 - 80kW급승용차용고분자연료전지운전장치개발 - 연료전지운전장치설계및평가기술개발 - 연료전지용공기공급시스템개발 - 연료전지용열및물관리시스템개발 - 연료전지용전자제어식냉난방시스템개발 - 연료전지용운전장치기초기반기술개발 하이브리드자동차 ( 엔진 ) - 하이브리드용엔진시스템개발 - 하이브리드용디젤엔진시스템개발 - 하이브리드용가솔린엔진시스템개발 - 하이브리드용엔진시스템기반기술개발 < 표 25> 연료전지자동차관련과제현황

87 항목 과제명 총 1단계개발기간개발기간세부과제개발내용 - 연료전지용운전장치설계 및해석기술개발 - 수소공급및재순환시스템 연료전지용운전장치 설계및부품개발 - 스텍 시스템설계 - 운전장치연계기술개발 및평가기술개발 - 연료전지운전장치제작및평가 - 연료전지제어기술개발 센터및액추에이터개발 연료전지자동차 승용차용 80kW급고분자연료전지운전장치개발 ~ (5년) ~ (3년) 연료전지용공기공급시스템개발연료전지용공기공급시스템개발 - 열및물관리계시스템설계, 해석, 평가기술개발 - 연료전지용냉각계부품및요소기술개발 - 차량용공기공급시스템설계기술개발 - 유해가스제거공기필터개발 - 소영고효율공기공급기개발 - 단품및시스템제작및 평가기술개발 - 전자제어식압축기를이용한 연료전지용전자제어식 냉난방시스템개발 - 냉난방시스템설계해석기술 냉난방시스템 개발 개발 - 자연냉매R-744 적용냉방시스템설계기술개발 연료전지용운전장치 - 연료전지운정장치구성소재기반기술개발 기초기반 - 수텍내가습장치, 수분제거 기술개발 기술개발

88 수소연료전지사업단과제동향수소연료전지사업단은한국과학기술연구원에서운영하는사업단으로산업자원부가시행하는대체에너지기술개발사업으로수소 연료전지, 태양광, 풍력 3대분야를사업단중심으로기술개발을추진하고있으며, 2004년 5월에출범하여수소제조, 저장, 인프라및발전용, 가정용, 수송용, 휴대용등수소경제로의이행을위한기반을구축하고있음 < 표 26> 1차선정과제 분야 수소 연료전지 공통 과제명 수소스테이션국산화기술개발 탄소나노튜브이용수소저장기술개발탄화수소촉매분해에의한수소제조기술개발 30Nm3/hr급수소스테이션건설및실증연구 자동차구동용 80kW 급 PEMFC 발전모듈개발 보조전원 (APU) 용고체산화물연료전지 (SOFC) 발전시스템개발휴대용 50W급 DMFC 시스템개발 250KW급용융탄산염연료전지 (MCFC) 발전시스템실증연구가정용고분자연료전지시스템실증연구 1Kw 가정용고분자연료전지시스템실증연구가정용고분자연료전지시스템실증연구고분자전해질연료전지성능평가및기술기준 ( 안 ) 작성 수소 연료전지표준화사업 주관기관 ( 연구책임자 ) SK ( 신동현 ) 전북대학교 ( 남기석 ) 성균관대학교 ( 한귀영 ) 한국가스공사 ( 이영철 ) 현대자동차 ( 임태원 ) 한국에너지기술연구원 ( 신동열 ) LG 화학 ( 이원호 ) POSCO ( 김태형 ) GS 퓨얼셀 ( 황정태 ) 퓨얼셀파워 ( 홍병선 ) 대구도시가스 ( 박문희 ) 한국과학기술연구원 ( 하흥용 ) 정밀화학공업진흥회 ( 정문기 ) 연구기간 '04.09 ~'09.08 '04.09 ~'09.08 '04.09 ~'09.08 '04.09 ~'08.08 '04.08 ~'09.07 '04.09 ~'07.08 '04.09 ~'07.08 '04.09 ~'07.08 '04.09 ~'06.08 '04.09 ~'06.08 '04.09 ~'06.08 '04.09 ~'06.08 '04.09 ~'07.08 참여기업 현대자동차 케피코, 평화오일씰, 퓨얼셀파워, 현대하이스코, LG화학 효성, SAC, 씨에프, 단단승립카본금속, LG마이크론, 진우엔지니어링, 넥스콘테크놀로지 효성, 한국가스공사포철산기 ( 주 ) 한국가스공사 효성 온시스, 에이피엑스 과제구분 기술개발 기술개발기술개발 실용화 기술개발 기술개발 기술개발 실용화 실용화 실용화 실용화 - 실용화 - 실용화 < 표 27> 2 차선정과제

89 분야 과제명 주관기관 ( 연구책임자 ) 연구기간 참여기업 과제구분 수소 수소스테이션용디스팬서의국산화기술개발액체연료를이용한수소스테이션건설및실증연구 덕양에너젠 ( 이택홍 ) GS 칼텍스 ( 신현길 ) ~ ~ 기술개발 - 실용화 노트북 PC 용 50W 급 PEMFC 시스템개발 삼성 SDI ( 이시현 ) ~ 두산전자산업 기술개발 연료전지 모듈형 Compact 연료전지주변장치 (Balance of Plant, BOP) 설계기술개발 LG 전자 ( 류성남 ) ~ 오선텍, ADT, 모터넷인터네셔날 기술개발 고분자연료전지용분리판국산화기술개발 한국타이어 ( 김정헌 ) ~ 퓨어셀파워, 명화공업 기술개발 공통 파워파크 (Power Park) 조성을위한기획연구사업 한국에너지기술연구원 ( 김창수 ) ~ 실용화 < 표 28> 2005 년도선정과제현황 분야 과제명 주관기관 ( 연구책임자 ) 연구기간 참여기업 과제구분 미래형로봇구동용연료전지전원시스템개발 한국과학기술연구원 ( 임태훈 ) ' ~' 실용화 연료전지 버스용 (200kW 급 ) 고분자연료전지시스템개발 현대자동차 ( 임태원 ) ' ~'10.07 극동제연, 케피코, 한라공조, 로템, 지엠비코리아, 현대모비스 기술개발 모바일기기용마이크로연료전지시스템개발 삼성전기 ( 장재혁 ' ~' 기술개발

90 < 표 29> 2006 년도선정과제현황 분야 모니터링사업 과제명 가정용연료전지모니터링사업 수소연료전지자동차모니터링사업 주관기관 ( 연구책임자 ) 한국가스공사 ( 박승민 ) 현대자동차 ( 임태원 ) 연구기간 ' ~'09.07 ' ~'09.07 참여기업 대구도시가스, 부산도시가스, 해양도시가스, 충남도시가스, 대한도시가스, 경남에너지, 경동도시가스, 예스코, 삼천리, 중부도시가스 엔지비 과제구분 실용화 실용화 소형열병합연료전지연계형연료처리시스템개발 GS 퓨얼셀 ( 황정태 ) ' ~'09.07 코캣, 에코프로, 어코드 기술개발 수소 연료전지차량용고압수소저장시스템개발및실증 현대자동차 ( 오형석 ) ' ~'09.07 로템, 모토닉, 이노컴, 케이시알, 삼우기업 기술개발 수소스테이션용다이어프램압축기개발 광신기계 ( 권병수 ) ' ~' 기술개발 소형카트형연료전지하이브리드시스템개발 프로파워 ( 황상문 ) ' ~'09.07 효성기계공업, 진우엔지니어링 기술개발 연료전지 5kW 급열병합고체산화물연료전지발전시스템개발 한국전력공사 ( 유영성 ) ' ~'10.07 중부발전, 대성산업, 효성 기술개발 10kW 급상업용고분자전해질연료전지시스템개발 퓨얼셀파워 ( 홍병선 ) ' ~'09.07 유니슨, 귀뚜라미보일러, 플라스포 기술개발 공통 수소 연료전지안전성연구 가스안전공사 ( 김영규 ) ' ~'09.07 기술개발

91 < 표 30> 신재생에너지기술개발사업과제동향 분야 과제명 주관기관 ( 연구책임자 ) 연구기간참여기업총사업비 ( 천원 ) 고속충방전용니켈 - 수소 2 차전지요소기술개발 전남대 ( 박충년 ) '93.02 ~' ,000 수소자동차용수소연료저장시스템개발에관한연구 과기원 ( 이재영 ) '92.02 ~' ,550 수소액화및저장시스템개발 과기연 ( 강병하 ) '96.01 ~'96.01 홍익대 411,920 H2S 광변환에의한수소제조기술개발 화학연 ( 문상진 ) '98.01 ~' ,910 수소저장합금을이용한자동차용고성능냉방기개발 과기원 ( 이재영 ) '98.01 ~' ,815 수소 수소자동차용고출력고효율의이중분사식수소기관개발에관한연구 성균관대 ( 이종태 ) '98.01 ~' ,000 수소 - 천연가스중대형동력시스템이용기술개발 ( 주 ) 엔지브이텍 ( 김종우 ) '02.06 ~' ,000 천연가스로부터대량수소제조및수소저장기술개발 한국가스공사연구개발원 ( 백영순 ) '01.02 ~' ,940,000 전이금속산화물나노튜브를이용한고효율수소저장기술개발 한국기초과학지원연구원 ( 이해성 ) '04.06 ~' ,000 고분자가표면에결합된다공성무기입자를이용한수소저장매개체개발 한양대 ( 오성근 ) '06.08 ~' ,000 고온수소분리용다공성세라믹멤브레인개발 요업기술원 ( 김영희 ) '05.08 ~' ,000 연료전지 연료전지시험, 안전및품질기준평가 연료전지전원공급을위한수소저장기술개발 KIST ( 임태훈 ) 전북대학교 ( 임연호 ) '06.12 ~'09.11 '06.12 ~' , ,

92 < 표 31> 타부처과제현황 - 에너지관리공단 과제명 주관기관 수행책임자 기간 ( 개월 ) 협약일 총사업비 ( 천원 ) 산화 - 질화나노구조제어에의한저비용고신뢰성수소연료전지용비백금계전극개발 숭실대학교박경원 /0 6/29 140,000 고분자연료전지시스템성능평가기반구축 한국에너지기술연구원 /0 6/29 600,000 연료전지시험, 안전및품질기준평가 한국과학기술연구원 임태훈 /1 2/21 360,000 수소연료전지자동차모니터링사업 현대자동차 ( 주 ) 환경기술연구소임태원 /0 7/24 45,332,00 0 연료전지 (PEMFC, DMFC) 핵심기술연구센터 한국에너지기술연구원 김창수 ,975,00 0 수소연료전지특성화대학원인력양성사업 전북대학교남기석 /1 2/28 3,185,000 수소연료전지특성화대학원사업 연세대학교산학협력단 현상훈 /1 2/28 3,676,400 PEMFC 에서 3 차원배향된 Ionic Cluster Membrane 의제조및특성연구 순천대학교박권필 /0 6/01 15,000 연료전지자동차개념설계및개발타당성연구 한국에너지기술연구원 이원용 /0 1/01 56,000 1 kw급고분자전해질형연료전지 (SPEFC) 스택개발 한국가스공사연구개발원 고영태 /0 1/01 275,815 고체전해질형연료전지요소기술및스택제조기술개발 쌍용중앙연구소서일영 /0 1/01 1,228,905 연료전지시스템예측제어및안정화기술연구 중앙대학교김윤호 /0 2/01 78,000 고체폴리머전해질형연료전지용저가, 고효율기체확산전극의개발포항공과대학교김기문 /0 1/01 17,000 고체전해질연료전지구성재료의물성연구 (Ⅱ) 서울대학교유한일 /0 4/01 96,539 암모니아보레인을이용한화학적수소저장기술개발선행연구 한국과학기술연구원 안병성 /0 6/29 164,000 고분자가표면에결합된다공성무기입자를이용한수소저장매개체개발 한양대학교산학협력단 오성근 /0 7/24 140,000 과제명 주관기관 수행책 임자 기간 ( 개월 ) 협약일 총사업비 ( 천원 )

93 수소경제이행기반구축을위한관련법. 제도정비방안 에너지경제연구원 부경진 2006/1 2/21 120,000 고순도수소제조용내구성치밀질세라믹멤브레인제조기술개발 요업기술원황광택 /0 7/29 188,000 천연가스로부터대량수소제조및수소저장기술개발 한국가스공사연구개발원 백영순 /0 2/24 7,500,000 고밀도수소저장을위한나노기공탄소나노섬유막연구 한국과학기술연구원 이화섭 /0 1/12 184,000 수소생성성능향상을위한물전기분해용 SPE 전극촉매의제조에관한연구 연세대학교조영일 /0 6/01 30,000 희토류금속을이용한고순도수소분리, 정제시스템개발 한국에너지기술연구원 김태환 /0 1/01 382,000 수소저장용혼성금속수소화물의개발및수소저장특성 단국대학교박찬교 /1 2/01 32,000 제올라이트를이용한수소의분리저장기술개발 경북대학교허남호 /0 1/01 149,584 전기방전법을이용한물의분해에의한수소제조기술개발 한국과학기술원이웅무 /0 1/01 400,841 태양광에의한물에서수소와산소제조 경북대학교박용태 /0 1/01 151,946 < 표 32> 타부처과제현황 - 자동차부품연구원 과제명 주관기관 수행책임자 기간 ( 개월 ) 협약일 총사업비 ( 천원 ) 자동차용연료전지스택설계및시스템최적화기술개발 유승을 /0 6/01 연료전지하이브리드추진차량용기초 / 기반기술개발 유승을 /0 6/01 500W 급연료전지스택설계및개발 유승을 /1 0/01 마. 특허정보조사 1) 특허정보분석 수소에너지관련기술의경우국가적프로젝트에의한개발의비중이큰특 징을지니고있는기술분야임

94 국가별로는연도별특허출원건수와 후, 비교분석 에서국가별특허출원동 IPC 분류별셰어만을간단히살펴본 향및특성에대해비교 분석을수 행하였음 해 외 미국 - < 그림 33> 은미국특허의연도별등록건수를나타낸그림임 - 미국특허의경우지금까지등록된특허의수는총 450개로서, 1970년대중반부터꾸준하게등록되어왔음 - 특히, 수소에너지관련국가프로젝트가진행된 1990년중반이후등록특허의수가매년 20건이상으로증가하였음 < 그림 33> 연도별특허등록건수 ( 미국 ) 년에는 6건만이등록되어있는데, 미국의경우특허출원후등록이되기까지는평균적으로 3년 6개월이소요되는것으로알려져있어, 2002년과 2003 년의데이터는아직심사가끝나지않은특허출원도상당히많기때문에불완전한수치라고해석할수있음 - 미국의국제특허분류 (IPC) 에따른기술분야별등록셰어를 < 그림34> 에나타내었음 - C01B( 비금속원소, 그화합물 ) 분야에해당하는특허가 27% 를차지하였고, H01M( 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 ) 분야와 C22C( 합금의처리또는비철금속의처리 ) 분야의특허가각각 16%, 12% 를차지하였음

95 < 그림 34> 국제특허분류에따른등록건수 ( 미국 ) 유럽 - < 그림 35> 는유럽특허의연도별출원건수를나타낸그림임 - 유럽특허는 2003년까지총 521개의특허가출원되었음 - 유럽의경우에는미국의경우보다 1990년대중반이후관련특허출원의증가가두드러지게나타나, 2000년과 201년에는각각 70건, 68건에이르렀음 년, 2003년데이터의경우비공개특허는제외되어있어불완전한결과로볼수있음 < 그림 35> 연도별특허출원건수 ( 유럽 ) - 유럽의국제특허분류 (IPC) 에따른기술분야별등록셰어를 < 그림 36> 에나타내었음 - 미국의경우와마찬가지로 C01B( 비금속원소, 그화합물 ) 분야에해당하는특허가 28% 를차지하였고, H01M( 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 ) 분야와 C22C( 합금의처리또는비철금속의처리 ) 분야의특허가각각 23%, 13% 를차지하였음

96 < 그림 36> 국제특허분류에따른등록건수 ( 유럽 ) 일본 - < 그림 37> 에일본의연도별특허출원건수를나타내었음 - 수소에너지와관련된일본의특허출원건수는무려 2,143건으로나타나미국과유럽을압도하였음 - 수적우세뿐만아니라일본의경우미국과유럽보다다소앞선 1980년대중반부터관련특허의출원이증가하기시작하였음을알수있음 - 또한, 일본의국제특허분류 (IPC) 에따른기술분야별등록셰어를 < 그림 38> 에나타내었는데, 미국, 유럽의경우와는달리 H01M( 화학적에너지전기적에너지직접변환하기위한방법또는수단 ) 분야가 34% 로가장큰비중을차지하였으며, C22C( 합금의처리또는비철금속의처리 ) 분야와 C01B( 비금속원소, 그화합물 ) 분야의특허가각각 19%, 13% 를차지하였음 - H01M이일본에서가장큰비중을차지하고있는이유는, 일본이 2차전지기술에있어서최고의수준을보유하고있다는사실과일치하는결과임 < 그림 37> 연도별특허출원건수 ( 일본 )

97 < 그림 38> 국제특허분류에따른등록건수 ( 일본 ) 국내 국내관련특허출원건수는총 99건으로서미국, 일본, 유럽에비해크게뒤지고있음 2000년이후다소나마관련특허출원건수가크게증가하였는데, 이는관련기술개발에대한관심과함께국가적프로젝트지원이큰원인이되었을것으로판단됨 < 그림 39> 연도별특허출원건수 ( 한국 ) 국내의국제특허분류에따른특허출원의경우미국, 유럽, 일본과는달리 F25B( 냉동기계, 플랜트 (Plants) 또는시스템 ) 가 H01M 다음으로큰비중을차지하고있음 < 그림 40> 국제특허분류에따른등록건수 ( 한국 )

98 2) 비교분석 미국, 유럽, 일본, 한국의특허출원분석을한결과, 출원건수에있어서는일본이압도적으로많은것으로나타났음 일본이출원특허의큰비중을차지하고있는 2차전지에대한기술우위와함께수소에너지에대한범국가적지원상황, 두가지측면에서이해가가능함 미국의경우에도일본에비해서는전체건수에있어서다소작게나타나있으나, 통상적으로등록건수의 3배정도가출원되고있음을감안할경우수소제조관련특허의경우일본과비슷한수준을보이고있으며, 2차전지전극으로사용되는수소저장합금관련특허를제외한수소저장관련특허의경우오히려일본을앞서는것으로파악할수있으며, 이는미국이미래에너지에대한대안으로서수소에너지를집중육성하고있는국가정책과도상통하는것임 < 그림 41> 국가별, 용도별특허출원및등록건수

99 미국, 유럽에비해일본과한국의경우수소저장합금관련특허가수소의제조및저장관련특허에비해월등히많은출원건수를보이고있음 - 수소제조및저장에비해 2차전지에대한관심과투자가많은국가적특성에기인하는것으로파악됨 - 전반적으로수소에너지에대한국내연구활동은미국, 유럽, 일본과같은선진국에비해크게뒤떨어져있는것으로파악되며, 선진국의경우미국과일본의주도, 2차전지관련의경우일본의주도로정리될수있음 - 그러나, 고효율수소에너지제조 저장 이용기술개발사업단의출범이 2003년에이루어진점, 선진국의기술수준이아직상용화와는거리가멀다는점에서수소에너지관련기술에대한가능성은열려있는것으로판단됨

100 4. SWOT 분석 가. 시장 / 기술의특징 ( 시장특징 ) - 일정규모이상의내수시장과선진국및후진국등으로다변화되어있는수출시장이있어연료전지자동차의개발시한단계도약할수있음 - 현재기술로연료전지자동차의개발및생산이가능하나높은가격으로인하여일반소비자에게판매하기어려움 - 선진업체들도개발및소량생산수준에머물고있으며, 원천기술확보시선진업체들과대등한시장경쟁이가능함 - 수소연료분야는무공해및대체에너지원으로서미래자동차산업에서핵심적인분야로떠오르고있음 - 차세대교통수단으로수소연료전지자동차가대안으로부상되고있으나현재부족한수소인프라구축이관건임 ( 기술특징 ) - 현재의자동차산업의기술과연구인력은과거자동차산업이성장하던시기에비하여풍부하며수준높은기술력과경험이풍부한연구인력을보유하고있음 - 선진국과의기술격차가있으나산학연공동연구네트워크를구성하여기술격차극복가능성있음 - 연료전지자동차의스텍, 제어부품등단품의국내기술력은우수하나종합적인시스템화된기술이열악함 - 연료전지의기반이되는전기 전자기술이국내에잘발달되어있음 나. 기회 / 위협요인 기회요인 - 국내자동차산업의세계선두주자로부상할수있는기회 - 연료전지버스의경우현재대도시대기오염의주범으로지목받고있는대형경유버스와의대체시환경적 경제적인효과가큼 - 국내소비자들의환경, 에너지등에대한의식증대 - 연료전지자동차기술의경우아직까지확실한선점주체가없으므로향후

101 노력여하에따라서국내기술이세계선두주자로부상할수있는기회로활용할수있음 - 미래의성장동력산업으로지정되어각분야별로연구활동활성화 - 환경친화적자동차에대한정부지원강화 - 미국및유럽등에서배출가스규제강화및 CO 2 규제실시로인하여무공해자동차의조기개발필요성증대 - 국제사회의안전기준에대한한국의역할증대요구 위협요인 - 부품업체의독자개발능력이부족하여연료전지자동차관련부품기반이매우취약한상태임 - 선진국기술력대비열악한국내기술개발로인하여관련기술의특허독점이연료전지자동차개발국내업체에위협으로작용 - 선진국의기술독점으로인한국제표준화선점등은위협요소임 - 선진국뿐만아니라중국등개도국도연료전지자동차에대한개발및보급지원강화 - 안전성평가기술개발을위한평가시험시설기반구축및확보지연 다. 강점 / 약점요인 강점요인 - 연료전지자동차기술의기반이되는전기 전자기술이잘발달되어있음 - 각국의배출가스규제강화와 CO 2 배출규제에적합 - 자동차관련산업기반 ( 기계, 화학, 금속등 ) 이잘조성되어있음 - 국내업체에서독자적인연료전지기술을보유하고있음 - 무공해자동차개발및보급에대한정부의정책추진의지 약점요인 - 선진업체들은확보된원천기술을바탕으로전략적제휴를확대하고있으나국내업체는원천기술이부족함 - 현재연료전지자동차의가격이내연기관및하이브리드자동차에비하여매

102 우높음 - 정부차원의연구지원및공감대인식미흡 - 부족한연료전지자동차에대한 R&D 투자규모 ( 연구인력및투자액등 ) - 외국선진업체들에비하여원천기술수준이떨어짐

103 < 표 33> 연구기술분야의 SWOT 분석결과 O( 기회 ) T( 위협 ) SWOT 분석을통한전략방향도출 국내자동차산업의세계선두주자로부상기회 연료전지버스의경우대형경유버스와의대체효과큼 국내소비자들의환경, 에너지등에대한의식증대 기술의확실한선점주체가없으므로국내기술이선점할수있음 환경친화적자동차에대한정부지원강화 부품업체의독자개발능력이부족하여연료전지자동차관련부품기반매우취약 선진업체의관련핵심기술의특허독점 선진국의기술독점으로인한국제표준화선점 선진국뿐만아니라중국등개도국도연료전지자동차에대한지원강화 S( 강점 ) SO 전략 ST 전략 연료전지자동차기술의기반이되는전기 전자기술이잘발달되어있음 각국의배출가스규제강화와 CO 2 배출규제에적합 자동차관련산업기반 ( 기계, 화학, 금속등 ) 이잘조성되어있음 국내업체의독자적인연료전지기술보유 잘발달된전기 전자기술과산업기반조성을활용하여세계 4 위의자동차산업의강국으로부상 독자적인연료전지기술의활용으로세계적수준의기술의선점확보 무공해수소연료전지자동차의보급으로대기오염감소및대체에너지확보 우수한전기 전자기술연구인력을활용한독자기술개발능력향상및독자적인연료전지기술의특허선점노력 연구결과의국제표준화및 GTR 연계작업강화 국내산학연기관들이수소연료전지자동차안전성평가기술을개발및확보하여자동차선진국의기술독점으로인한기술종속정책에효과적대처 W( 약점 ) WO 전략 WT 전략 국내업체의핵심원천기술의부족 연료전지자동차의가격이내연기관및하이브리드자동차에비하여매우높음 정부차원의연구지원및공감대인식미흡 부족한 R&D 투자규모 ( 연구인력및투자액등 ) 외국선진업체들에비하여원천기술수준이떨어짐 산학연공동연구를통한핵심원천기술확보로국내기술의세계적기술화 환경친화적자동차의정부지원강화로연구지원및높은공감대형성 연료전지자동차의높은가격을고려한정부의조달노력및구매자금지원확대 외국연구기관의협력제휴및공동연구로기술한계극복 양질의연구시설및인력의확보로핵심기술개발, 국제표준화적극정대응 외국선진업체연구동향을잘파악하여핵심기술의특허회피등시행착오최소화

104 5. 추진전략및방법 가. 전략적목표 수소 연료전지자동차의특징 - 미래의가장각광받는대체연료이며, 완전한무공해자동차 - 실시간으로필요한전기에너지를만들어사용하는전기자동차 - 연료전지스택의정상작동을위해수소및공기공급장치, 물및열관리시스템의유기적인작동이필요함 - 차량용연료전지스택은작동온도에따라높은성능민감도를지님특히, 0 이하의저온에서정상성능을유지하는것이관건임 - 연료전지스택에는엔진과같은움직이는부분이없으므로소음발생저감 - 연료전지차의보급은수소충전소와같은사회간접시설이수반되어야함 - 수소연료전지자동차는현재내연기관자동차와는달리고압또는액화수소를연료를사용함으로인하여액체연료를사용하는내연기관자동차와는전혀다른특성들을나타내고있음 - 특히고압또는액화수소의사용으로인하여기존자동차와는다른방향의안전성확보문제가대두됨 - 대체에너지, 무공해의장점으로각광받고있는수소연료전지자동차는안전성보증을확인하기위하여별도의절차와기술개발이필요함 수소연료전지자동차의안전성보증에적용되는절차는기본적으로 3가지로구성됨 - 위험도평가 (Risk Assessment) : 잠재된위험성을규정한절차 - 위험도관리 (Risk Management) : 기술, 보조시스템, 제어, 사용한계, 위험에대한경고등의응용 - 인증시험 (Validation Testing) : 분석적평가와위험도저감에필요로하는안전장치를입증하는시험 수소연료전지자동차의안전성보증절차는정상적인주행상태, 수소주유상태, 수리및주차시, 충돌사고시와같은소비자사용특성이반영되어야하며, 특히, 개방된공간과밀폐된공간에서의주행상태와주차상태가포함되어야함 위험도평가는중요한수소연료전지자동차시스템의기술적인분석에서

105 시작되고, 실제도로주행에서나타나지않는영향은악조건하에서결함재현시험을실시하고영향에대한결과를분석하여야하고, 구성부품과시스템결함모드와의연결관계는다중경로방식을이용하여위험한결과를피하고차단하여야함 위험도평가절차는영향도, 발생확률, 예기치않는결함의운전자경보기능과같은결함규명을전형적으로순위매김으로써결론을도출할수있음 전형적인위험도관리에대한절차는안전에방해되는심각한위험상황, 특히내재된결함모드에따른위험요인을방지하기위하여설계되어야하며, 설계및기술은완성된자동차, 개별시스템, 구성부품들의모의분석과시험, 실차시험에의해검증된위험도관리시험으로규명되어야함 제3자에의한인증시험은단품시험, 시스템평가에대하여수소연료전지자동차가운행되는각나라에따라인증되어야하며, 각나라별인증기관은수소연료전지자동차의설계, 제작사가제안한안전성분석및향후연료전지자동차의각나라의형식승인을취득하기위한사전검토를시행하여야함 1) 기술적측면 국내산. 학. 연기관들이수소연료전지자동차안전성평가기술의주요핵심기술을개발및확보하여자동차선진국의기술독점으로인한기술종속정책에효과적대처함 연료전지자동차개발시연료전지스택및연료전지주변장치, 연료전지운전및제어시스템, 연료전지자동차의차량시스템및제어기술에대한안전성평가기술개발을통하여경제성있고실용적인연료전지자동차를개발할수있는기반조성함 연료전지시스템및자동차제어시스템의안전성평가기술개발을통한제어및계측기술의발전 2) 사회 경제적측면 지구환경보호라는기치하에선진국주도로진행되고있는 Green Round에서국제적연비기준달성, 무공해자동차사용의의무화, 및 CO 2 배출량이적은연료사용의무화및사용비율확대와같은구체적협약이채택되는것에대비하여국내산업기반의조기구축이가능함 매장량이한정된화석연료에치중되어있는수송분야에서의에너지편중화를해결하여에너지원의다양화를얻을수있을것임

106 연료전지자동차개발관련산업인연료전지, 개질기, 촉매, 소재등과같은석 유화학, 소재분야와모터, 밧데리, 전력전자와같은첨단제어와같은전기전 자분야의신규사업의발달로대규모의인력고용효과발생함 나. 연구개발전략 수소연료전지자동차는 2010년경전세계자동차시장의약 2% 를차지하며, 2015년이후시장이성숙되어 2020년경에는주력차종으로성장할것으로예측되고있음 기존자동차와는패러다임이전혀다른수소연료전지자동차는현재다양한방향으로연구개발되고있으므로수소연료전지자동차안전성확보를위한평가기술개발도자동차발전기술과더불어개발되고진행되어야함 따라서수소연료전지자동차의안전성평가기술개발은자동차제작사의수소연료전지자동차의기술발전속도와보조를맞추어앞으로지속적으로수행되어야하며, 본기획보고서에는연구과제을 5년의개발기간을두고중점적으로검토하였으나최종성과물의개발이완료되기전에 1단계 5년이후의 2단계기획연구가필요할것으로사료됨 본연구는현재시행중인자동차관리법의하위법령인 자동차안전기준에관한규칙 의평가를기본으로삼고있으며, 안전기준의시험항목뿐만아니라, 포함되어있지않는분야에대한평가기술개발과함께안전기준 ( 안 ) 및안전기준시행세칙 ( 안 ) 을도출하는것이최종목표임 또한국내안전기준과관련된 FMVSS, ECE, 일본보안기준의적용성분석 은물론연구결과를토대로 세계기술규정 (GTR) 및 ISO 제 개정에적극 참여가필요함 수소 연료전지자동차에대한다양한평가항목과안전성확보기술에대한대안이검토되고거론될수있으나, 연구기간및연구비등을고려하여가장실효성이높은항목부터우선선정하여연구를진행해야할것임 수소 연료전지자동차의안정성확보기술개발은정부정책의변화가뒤따라야하므로관련정책의영향등을고려하여연구계획을수립되어야함 수소연료전지자동차의안전성확보를통하여사고위험도제고는정부에서시행중인여러가지교통안전사업의시너지효과를낼수있음 수소연료전지자동차의안전도평가기술개발은국민의생명과재산을직접적

107 으로보호하고, 한국의자동차산업진흥을위해서필수적으로국가가주도적 으로추진하여야함 다. 사업화전략 본연구사업은수소연료전지자동차의안전성확보및향상시키는연구과제로서자동차, 운전자및보행자등과같은요인들이유기적이고원활한조화를이루도록각연구분야별결과물들이연결되어야하는과제임 본연구사업의특성상자동차산업과의연계및긴밀한협조체계는필수적이며, 본과제와직접적인연관이있는국내연료전지자동차개발업체와의협동연구체계를구성하여야함 본연구사업의추진결과는자동차안전도향상기술개발관련된자동차부품의기술개발을촉진하여세계적인수준의자동차부품기술을가질수있을것으로판단됨 또한국제기준제정에있어서는정부기관, 관련자동차업체및관련부품업체, 학계, 연구소등관련된연구자들의의견을종합적으로수렴하여진행하는것이필요하며, 수소연료전지자동차의안전관련 GTR 제정에관해서는국제기준제정과보조를맞추어야함 수소연료전지자동차의기술개발은기존의전기, 기계분야뿐만아니라핵심부품인연료전지를위한소재기술및신규공정기술이발달하게될것으로타분야에대한시너지효과가큼 수소연료전지기술의발전은수소제조및공급, 신소재산업등신산업창출에기여할것으로기대되며, 또한수소연료전지기술이자동차를통하여실효성을입증하게되면가정용및산업용발전기, 잠수함, 항공기, 우주산업등막대한수요가창출될것으로예상됨

108 6. 연구분야도출과정 수소 연료전지자동차의안전성평가기술개발을위한사전기획연구를위하여과업지시서의연구과제및범위의 14개연구분야와자체적으로기획한 5개연구분야를추가하여 4개연구분야, 19개의연구내용으로초안을작성하였다. 19개의연구내용은제도 정책분야는 5개연구내용, 수소안전성확보분야는 4개연구내용, 자동차안전성확보분야는 6개연구내용, 전기안전성확보분야는 4개연구내용으로분류하였음 < 표 34> 1차도출된연구분야및연구내용 연구분야명연구내용명비고 제도정책분야 수소안전성확보분야 자동차안전성확보분야 전기안전성확보분야 연료전지자동차자료조사수소및수소혼합연료자동차자료조사안전기준국제협력수소자동차취급요령및안전교육사고구난시대응매뉴얼연구누출및충돌시험시수소대체물질연구수소저장및공급시스템안전성평가연구수소누설감지및차단시스템의평가방안연구충전시차량과충전소간안전성평가방안연구현행안전기준부합성평가연구연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한열관리시스템평가방안연구 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구수소및수소혼합내연기관성능분야연구수소연료전지자동차폐기관리방안개발연료전지시스템고장진단연구연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한전기관리시스템평가방안연구연료전지및고전압시스템전기안전성연구연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구연료전지자동차용대용량모터성능및안전성평가연구 1년 1년 5년 3년 3년 2년 5년 4년 3년 5년 2년 4년 2년 2년 4년 3년 5년 4년 4년 1 차초안인 4 개연구분야. 19 개연구내용로 6 월 28 일전문가자문회의를개최

109 한결과, 4개연구분야의 12개연구내용로조정되었으며, 이를중간보고에반영하였음 - 제도정책분야 : 4개 2개로조정 연료전지자동차자료조사, 수소및수소혼합연료자동차자료조사, 안전기준국제협력 3개의연구분야는동향분석및국제협력성격임으로통합하여 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 1개연구분야로하였음 수소자동차취급요령및안전교육, 사고구난시대응매뉴얼연구 와자동차안전성확보분야의 수소연료전지자동차폐기관리방안개발 3 개의연구분야는 3년또는 2년과제였으나, 과제들성격상다른연구분야들의결과물을활용해야하는것이므로 1개로통합하고또한과제수행기간도 1년으로단축하여 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 과제로정리하였음 - 수소안전성확보분야 : 4개 3개로조정 누출및충돌시험시수소대체물질연구, 수소저장및공급시스템안전성평가연구 2개의연구분야는대체물질연구가별도의연구분야로진행하는것보다는수소저장및공급시스템의연구내용로진행하는것으로통합하여 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 1개연구분야로하였음 - 자동차안전성확보분야 : 6개 4개로조정 연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한열관리시스템평가방안연구 는연구의당위성이부족하여삭제하였으며, 필요시일부내용은다른과제반영. 연료전지시스템고장진단연구 는과제의성격이유사한 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 와통합하여 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 과제로정리하였음 수소연료전지자동차폐기관리방안개발 과제는제도정책분야의 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 과제로통합하였음 신규발굴과제로서자동차충돌사고시발생될수있는화재에대한안전성평가를연구하는 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제를추가하였으며, 화재안전성에대한상세한검토를다음회의에토의예정

110 - 전기안전성확보분야 : 4개 3개로조정 연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한전기관리시스템평가방안연구 는 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 에통합하여진행 < 표 35> 2차도출된연구분야및연구내용 연구분야명 제도정책분야 수소안전성확보분야 자동차안전성확보분야 전기안전성확보분야 연구내용명 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 수소누설감지및차단시스템의평가방안연구 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 수소 연료전지자동차화재안전성연구 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 수소및수소혼합내연기관성능분야연구 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 연료전지자동차용대용량모터및제어기안전성연구 비고 5년 1년 5년 4년 3년 5년 5년 4년 2년 5년 5년 4년 기획연구의중간보고시제출된 4개연구분야. 12 연구내용으로 7월 12일전문가자문회의를개최한결과, 자동차안전성확보분야 를 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발연구 의세부분야명칭으로사용하기부적절하다는전문자문위원들의의견이제시되어 차량운행안전성확보분야 로명칭을변경하였고, 연구분야는 4개, 9개연구내용으로조정하였음 - 제도정책분야 : 2개 2개 수소및수소혼합내연기관성능분야연구 의연구분야를 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 에포함하여진행하며, 수소및수소혼합내연기관에대한분석및원동기출력시험방법

111 분석으로한정하고과제소요예산을재조정하였음 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제중에서대형충돌사고에의한교통사고분석에대한내용을 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 에포함하여진행하는것으로수정하였음 - 수소안전성확보분야 : 3개 3개 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제중에서수소저장장치에대한화재안전성평가등을 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 에포함하여진행하는것으로수정하였음 - 차량운행안전성확보분야 : 4개 2개 수소 연료전지자동차화재안전성연구 연구분야를화재안전성과관련된내용들을제도정책분야의 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 와수소안전성확보분야의 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 에분산하고삭제하였음 수소및수소혼합내연기관성능분야연구 연구분야를제도정책분야의 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 에포함하고삭제하였음 - 전기안전성확보분야 : 3개 2개로조정 연료전지자동차용대용량모터및제어기안전성연구 연구분야를 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 와 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 에포함하고삭제하였음

112 < 표 36> 3 차도출된연구분야및연구내용 연구분야명연구내용명비고 제도정책분야 수소안전성확보분야 차량운행안전성확보분야 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 수소누설감지및차단시스템의평가방안연구 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 5년 1년 5년 4년 3년 5년 4년 전기안전성확보분야 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 5 년 5 년 4개연구분야. 9 연구내용로각계전문가의설문조사를한결과, 수소연료전지관련전문가의의견이수소안전성분야에서 차량용수소저장공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 과 수소누설감지및차단시스템의평가방안연구 를 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 로통합하는의견이개진되고, 타부처 ( 에너지관리공단, 자동차부품연구원 ) 에서시행하는과제와의중복성을고려하여총 4개연구분야, 8개연구내용으로확정함

113 < 표 37> 4 차도출된연구분야및연구내용 연구분야명연구내용명비고 제도정책분야 수소안전성확보분야 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 5년 1년 5년 3년 차량운행안전성확보분야 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 5 년 4 년 전기안전성확보분야 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 5 년 5 년 전문가의설문조사를반영하여 4개의연구분야, 8개의연구내용으로확정되었고정부예산 232억을책정하였지만, 기획보고서의객관성및전문성을재차검증하기위하여한국건설교통기술평가원에서개최된자문회의의결과책정된정부예산이다소크다는공통된의견이제기되어최종적으로정부예산 188억을책정하였음

114 7. 연구분야및주요연구개발내용 가. 목표에부합되는연구분야도출 1) 연구분야1) : 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 2) 연구분야2) : 수소 연료전지자동차의수소안전성기술연구 3) 연구분야3) : 수소 연료전지자동차운행안전성기술연구 4) 연구분야4) : 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 나. 개발목표 < 표 38> 연구분야및기술개발목표 연구분야 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 수소 연료전지자동차의수소안전성기술연구 수소 연료전지자동차운행안전성기술연구 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 기술개발목표 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 수소저장및공급시스템안전성평가연구 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 다. 연구분야별개발기술목표 1) 연구분야 (1) : 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 기술개발목표 - 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및연구방향분석 각제작사별연료전지자동차개발및실용화동향파악 수소 연료전지자동차의안전기준국제조화를위한 WP.29 등국제회의

115 대응 자동차충돌에의한대형사고분석 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규동향및연구방향분석 각제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및연구동향 - 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 수소 연료전지자동차안전관리를위한교육 홍보자료기초연구 비정상운행시의수소연료자동차의안전확보매뉴얼기초연구 수소 연료전지자동차의폐기관련환경부하분석및인체유해물질기초연구 주요연구내용 - 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및연구방향분석 연료전지자동차의특성상그동력계통이나연료계통이기존의내연기관자동차와뚜렷이구별되며이에따라자동차의패키징기술또한그특성에맞게개발되어야함 특히수소연료탱크의경우그장착공간확보가자동차의일회충전주행거리와직결되며충돌시안전성을충분히고려한설계가이루어져야함 또한연료전지스택, 가습기등은직육면체모양의강체로써충돌시운전자나승객의안전에직접적인영향을줄수있음 연료전지자동차의안전관련법규는수소시스템의안전성과연료전지자동차의고전압전기시스템의안전성, 충돌시자동차안전성등으로활발히진행되고있으며, 전자파안전성분야도별도로연구가진행되고있음 각제작사별연료전지자동차개발및실용화동향파악

116 < 그림 42> 주요제작사별연료전지자동차개발및연구동향 외국의연료전지자동차실용화계획현황 : 각국정부는연료전지기술개발에대하여미래의산업분야를개발한다는개념으로산업계및학계와연계하여막대한연구개발비를지원하고있으며, 연료전지자동차의실용화계획을진행하고있음 : 미국의경우, DOE( 에너지성 ) 를중심하여 Freedom Fuel( 03~ 15 : 12억달러 ), Freedom Carl( 02~ 10 : 5억달러 ), 일본의경우경제산업성주관으로 JHFC 프로젝트를진행하고있음 : 또한 EU의경우에는 FP6 과제를통해 2002~2006년까지 175억유로를투자할계획이고, 중국의경우에도조기의집중적인투자를통한기술개발을위해 863 프로젝트를통해연료전지관련분야에연간 1,400억원을투자하고있는실정임 : 또한자동차산업계에서는이와는별도로막대한자체연구개발비를투자하고있으며, 이러한개발비부담을줄이기위하여전략적제휴관계에있는회사들간의공동개발형태로도연료전지관련기술개발을진행하고있음 : 이러한실용화사업의모적은관련기술의표준을선점하기위한것으로자동차이외의관련산업분야와연계하여진행되고있음

117 미국 일본 유럽의연료전지차실용화계획 * FCV (Fuel Cell Vehicle) : 연료전지자동차 < 그림 43> 미국, 일본, 유럽의연료전지차실용화계획 수소 연료전지자동차의안전기준국제조화를위한 WP.29 등국제회의대응 수소 연료전지자동차와그구성품에대한표준규격과안전기준은국내는물론선진국에서도아직정립되지않았음 기존내연기관자동차및전기자동차에관한표준규격과안전기준은일부있으나, 연료전지자동차의구조, 특성등이기존의내연기관자동차및전기자동차와매우다르므로이를고려한표준규격및안전기준의제정이필요한시점임 표준규격및안전기준제정에있어서는정부, 관련자동차생산업체및관련부품업체, 학계, 연구소등관련자들의의견을종합적으로수렴하는것이필요하며, 안전기준및안전성평가기술설정등에관해서는국제적인규격제정과보조를맞출필요성이있음

118 Globally Harmonized Vehicle Approval Possible Path Target date for GTR: 2010 Target date for ECE: 2006 GTR ECE (Global Technical Regulation) (Economic Commission for Europe) 1998 Agreement 1998 Agreement H2 & FCV GTR UN ECE WP 29 GRPE Group of Experts on Pollution & Energy (GRPE) : GRPE Informal Group Hydrogen/Fuel Cell Vehicles Authorities, testing agencies, component suppliers, H2 Industry mobile ISO H2 Voice vehicle manufacturers Voice and stationary EIHP2 Partnership ISO TC 197 H2 Technologies European Integrated Hydrogen Project Phase II Cooperation agreement between TC197 and TC22 was signed in June 2002 CGH2 & LH2 ECE ISO TC22 SC21 ISO TC22 SC25 Electric, Hybrid, FCV LPG, CNG, H2 Road Vehicles < 그림 44> 국제규격제정경로 UN/ECE/WP.29의수소 연료전지전문가그룹회의 : UN/ECE WP.29(World Forum for the Harmonization of Vehicle Regulations) 는국제연합유럽경제위원회 (UN/ECE) 의산하기구로서 1952년에설립 ( 스위스제네바 ) 되었으며, 자동차안전기준국제화및상호인정에관한 1958협정, 안전기준의통일화추진을위한 1998 협정 운영하고있음 : 124개의안전기준을제정하여유럽연합 (EU) 뿐만아니라우리나라, 일본, 호주등비유럽국가도많은규정을적용하고있어자동차안전기준의국제협의기구로위상확립되어있음 : WP 29는 6개의전문가그룹 (Expert Meeting) 으로구성 등화장치분야 (GRE) 오염 에너지분야 (GRPE) 일반안전분야 (GRSG) 제동 주행장치분야 (GRRF) 충돌 충격안전분야 (GRSP) 소음분야 (GRB) : 6개의전문가그룹은스위스제네바에서분야별연 2회정기회의진행하고있으며, 각국의분야별전문가및자동차관련국제단체로구성되어국제안전기준제 개정실무회의를하고있음 : 또한각전문가그룹별로기술회의 (Informal Meeting) 을운영하고있으며, 전문가그룹활동중심도있는검토가필요한사안에대하여전문가그룹산하에구성되어필요시비정기적으로개최되고있음 < 표 39> UN/ECE/WP.29 조직

119 UN( 국제연합 ) E.C.E( 유럽경제위원회 ) I.T.C( 내륙운송위원회 ) WP29( 자동차실무위원회 ) Expert Meeting( 자동차전문가그룹 ) 등화장치 (GRE) 제동 주행 (GRRF) 충돌안전 (GRSP) 안전일반 (GRSG) 오염 에너지 (GRPE) 소음 (GRB) Informal Meeting( 기술회의 ) : 현재 UN/ECE WP.29( 자동차실무분과위원회 ) 에서연료전지자동차 전문가그룹 (HFCV) 이만들어져안전도향상을위한기준뿐만아니 라성능관련세계기술규정제정 (GTR) 을위한연구가진행중임 < 그림. 45> UN/ECE/WP29 의연료전지자동차전문가그룹조직도 자동차충돌에의한대형사고분석 수소연료장치의화재또는폭발에대한안전성을평가하기위하여대형충돌사고및화재사고를조사하여분석

120 차종별, 차령등에따른화재분석 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규동향및연구방향분석 수소내연기관동력시스템은앞으로다가올수소연료시대에중대형화물자동차에대한대안으로서기초적인연구는학계에서진행되고있으나, 실용화를위한연구는초보적인단계로서수소, 수소-천연가스혼합연료의전용엔진의개발등이진행되고있음 승용자동차에대한수소-가솔린 By-Fuel 방식은현재 BMW에서 700 시리즈에, 마쯔다에서 RX-8 시리즈에개발하여탑재하고있으며, 특히 BMW 수소-가솔린자동차는액화수소를사용하는방식으로개발되어있음 또한이들수소-가솔린자동차는실용화사업에투입되어시범운행을하고하고있으며, 수소전소및수소-천연가스혼합연료동력시스템에대한연구는 Cummins Westport, Indian Oil Corporation, Fort Collins, 중국 (CAHE, CEEDI, STRI) 에서활발히진행하고있음 수소-천연가스혼합연료시스템은천연가스에수소를일정량첨가할경우배출가스및출력이개선되고있음 이는현재의천연가스연소의문제점인지연된화염전파속도를수소연료를첨가함에따라화염전파속도를촉진시켜미연탄화수소를감소시키고열효율도향상시킬수있음 이와같이수소와천연가스연료의각각의장점을활용하는동력시스템을개발할경우무공해엔진에근접하는초저공해동력시스템을활용하여자동차용동력원뿐만아니라산업용발전기등활용도가큼 수소-천연가스혼합연료동력시스템은천연가스연료기술에수소를첨가시키는방식으로천연가스엔진개발시확립된기존엔진개발기술과연료공급체계를활용할수있으므로차세대동력시스템의보급을위한사회경제적인프라구축이용이하여비교적단기간내기술개발이추진될수있음 각제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및연구동향 BMW는액체수소이용기술과고성능인젝터실용화방안연구중이며 2006년 11월액체수소와휘발유를겸용 (Bi Fuel) 으로하는 Hydrogen 7 수소자동차를베를린에서공개함

121 < 그림 46> 수소내연기관자동차관련개발장치 Ford 자동차는수소연소엔진과하이브리드전자식트랜스미션을장착한 Model U 를 2003 년디트로이트모터쇼에서공개함 미국의경우에너지성 (DOE) 에서순수수소엔진 (HICE) 자동차의실증사업을수행함 일본 Mazda의경우최근올해초부터자사의최신수소연료로터리엔진자동차인 RX-8 를개발하여임대를하고있는데, RX-8 수소자동차는운전자가가솔린과수소연료를동시에주입하더라도전환주행이가능한이중연료시스템을특징으로하고있음 그외에캐나다. 이탈리아, 인도등엔진형식, 수소공급방식, 수소저장방식에있어서다양한시도가이루어지고있음 수소및수소혼합연료동력시스템분석 자동차연료로서수소는무공해와대체연료의관점에서미래의에너지원으로많은연구가되고있음 수소를사용하는수소연료전지자동차는주로승용자동차와대형승합자동차 ( 버스 ) 를대상으로개발또는실용화가되고있으며, 화물자동차, 특히대형화물자동차에대한대안으로부각되지않고있음 수소내연기관자동차는현재 BMW, 마쯔다자동차에서승용자동차 Bi-Fuel 시스템으로실용화하고있으나, 대형엔진에대한수소를이용한신동력시스템은여러가지방식으로현재연구가진행되고있음 수소를이용한고효율저공해신동력시스템은 2010년경에상용화를목표로연구개발이수행되고있으며, 출력, 안전, 효율향상을위한연소실

122 내직접분사방식, 역화방지기술, 출력향상기술, NOx 저감기술등의연구가더욱가속화될것이며, 수소는발전용, 산업용또는자동차용동력원으로써활용이가능한유망한동력시스템으로평가되고있기때문에미래기술로개발이지속적으로추진될것임 수소를이용한내연기관자동차에대한안전성평가기술개발은수소 연료전지와는연료공급계통에서동일한개념이나연료전지스텍이아닌내연기관을동력원으로사용한다는것이다르므로, 기존내연기관과는다른관점에서검토되어야하며, 특히수소를연료로사용하여연소하는방식에대한각별한평가기술확립이수반되어야함 - 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 수소 연료전지자동차안전관리를위한교육 홍보자료기초연구 미래의대체에너지로서수소에너지의사용은필연적이나폭발성과가연성때문에가솔린과디젤사용때와는다른위험성을인식하여야함 가솔린, 디젤과는다르게수소는매우신중하게취급되어져야함 수소는매우가볍고빨리확산되며뜨겁고, 연기없이타오르는, 위로향하는불꽃의연소과정을생성함 광범위한범위를통하여점화하고유지되도록하기위해서상대적으로적은에너지를요구하는공기 / 수소혼합물에서, 수소의사용은특별한예방사항이취급되어져야함 특히밀폐된방이나공간차고, 선착장과터널같은곳임 화학산업과공업과정에서수십년의수소취급경험은수소가안전하고믿을수있게취급될수있다는것을보여주지만, 현재수소를다루는사람은전문가또는특별히훈련은받은사람이며, 수소를연료로사용하는자동차가일반적인거리, 다른인구가많은곳에서사용하면수소취급은일반적인자동차사용자, 그외정비업자, 충전소등에서하게될것임. 수소를사용하는인구가늘어나면일반적인국민들은그것에알맞게교육받고훈련받아야하며, 오늘날모든자동차사용자들이가솔린, 디젤의안전한사용에관한기본절차를잘인지하는것처럼수소의기본상태에대하여교육되어야함 비정상운행시의수소연료자동차의안전확보매뉴얼기초연구 수소 연료전지자동차는기존내연기관자동차와는달리고압의수소가

123 스노출위험성과고전압의노출위험성이내재되어있음 특히정상적인상태가아닌사고시, 고장발생시등비정상적인상태에서이러한수소및고전압에의한위험성을높아질수밖에없음 이를위하여비정상적인상태에서운전자조치상황, 특히충돌사고시응급구조자의안전확보대응매뉴얼은필수적으로연구개발되어야함 수소 연료전지자동차의안전라벨링은자동차의작동과서비스와관련하여잠재적인위험의경고로서사용되어야하며, 라벨은연료고압용기안에연료의타입의비상응답을경고하기위하여자동차외부에적용되어야함 연료전지의전기적고압배선은전기안전규정에따라오랜지색을이용하여시각적으로증명해야함 수소 연료전지자동차의폐기관련환경부하분석및인체유해물질기초연구 부존자원의고갈, 지구온난화가속등으로인해환경규제가점차강화되고있으며자동차의경우, 폐기단계에서발생하는환경부하를저감하지않으면신차를판매할수없도록하는강력한법규제가발효되고있음 자동차업계에서는신차설계단계에서차량의환경부하를최소화하고폐기단계에서발생하는자동차의유효한자원화및친환경적처리를요구하고있고만약법규제를대응하지못할경우, 신차의판매에도막대한영향을미치지만폐기단계에서의친환경적처리기술의미확보시에도경제적피해는피할수없는상황임 유럽, 일본을중심으로자동차의폐기시소요되는비용을절감하기위해자동차의친환경적처리를위한해체, 유류제거설비와같은처리시스템을개발하고있으며해체된부품의재활용기술과인프라를구축하여고객에게친환경성을마케팅전략으로연계하여사업전략을추진하고있음 : 도요타자동차의경우, 친환경하이브리드자동차를출시하였으며폐기단계에서도친환경성을부여하기위한자사차량및부품의자발적회수와재활용, 환경물류의도입을추진하고있음 수소 연료전지자동차의경우도개발단계에서부터폐기관리를고려하여수행함으로써폐기단계에서도환경부하를최소화하도록유도되어야함 : 특히자동차제작사가단순히규제만을대응하는차원의기술보다는규제를선도하는기술로한단계발전시켜오히려새로운사업으로의진출

124 기회를창출하고비용을수익으로반전시키는좋은기회의시장으로서 부각시킬필요성도있음 기술명 < 표 40> 기술수준및인프라수준 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및연구방향분석각제작사별연료전지자동차개발및실용화동향파악수소 연료전지자동차의안전기준국제조화를위한 WP.29 등국제회의대응 기술수준 ( 선진국대비,%) 전문인력 인프라구축 보유정도 (%) (%) 자동차충돌에의한대형사고분석 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규동향및연구방향분석각제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및실용화동향수소및수소혼합연료동력시스템분석수소 연료전지자동차안전관리를위한교육 홍보자료기초연구비정상운행시의수소연료자동차의안전확보매뉴얼기초연구수소 연료전지자동차의폐기관련환경부하분석및인체유해물질기초연구 추진전략및추진방법 - 추진전략 관 산 학 연등관련기관들과유기적인협력체계구축을통하여완성 도높은안전관련법규및연구, 실용화사업기초자료및통계수치를확보 함 해외자료의경우제작사및 WP29, 해외각연구기관과해당지역출장등을 통하여보다정확한자료를수집및분석함 - 추진방법및추진체계 본과제의수행을위하여주관연구기관을중심으로협동기관 ( 산업체 ), 위

125 탁기관 ( 대학 ) 등이참여함 필요시전문분야별전문기관혹은전문가에위탁연구를수행하여업무추진효율극대화함 과제중복성점검 - 현재미래형자동차사업단의연구개발과제는연료전지, 운전장치, 보조시스템에대한개발을, 수소연료전지사업단의연구개발과제는수소생산, 연료전지개발, 모니터링사업, 수소저장장치개발을진행하고있으며, 타부처및타사업단에서진행하고있는이러한과제들과수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구분야의연구내용에대한과제중복성은없음 최종성과물및활용방안 - 본분야의최종성과물은아래와같음 외국의수소 연료전지자동차관련안전기준및표준화분석보고서 외국의연료전지및수소연료자동차의개발동향보고서 외국의연료전지및수소연료자동차의실용화사업분석서 자동차충돌에의한대형사고분석보고서 UN ECE WP 29 전문가그룹및 Informal 회의대응보고서 선행연구보고서 : 교육및홍보, 안전확보매뉴얼, 폐차및재사용관련 - 최종성과물은수소 연료전지자동차에대한국제수준의안전기준및법규제정을위한기초자료로활용되며, 다른분야의연구결과를 UN ECE WP 29 활동을통하여국제안전기준 (GTR) 제정시아국의입장을반영하는데활용될것임 2) 연구분야 (2) : 수소 연료전지자동차의수소안전성기술연구 기술개발목표 - 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 수소시스템의충돌, 화재및진동시험안전성평가 고압수소저장시스템안전설계기준수립에필요한평가기술개발 수소센서및누설감지시스템의차량적합성평가 차량용수소탱크안전장치의안전성평가 - 수소를연료로사용하는자동차의충전시안전성평가기술개발

126 수소충전시자동차와충전소의누설및접지 / 스파크안전성평가기술개발 수소연료충전시충전장치및연료저장시스템거동분석 자동차와수소충전시스템사이의수소누설연구 자동차와수소충전소의정적인스파크평가기술 수소충전시수소자동차안전확보을위한충전소규격개발 주요연구내용 - 수소시스템의충돌, 화재및진동시험안전성평가 시험방법 Protocol 개발 FMVSS 304 Test Procedure의수소시스템적합성연구 - 고압수소저장시스템안전설계기준수립에필요한평가 고압수소저장시스템의차량장착시진동내구안전성평가 Modified FMVSS 304 Test Procedure에따른시험평가 수소탱크및안전장치의화재안전성평가를위한설비구축 - 수소센서및누설감지시스템의차량적합성평가 차량내수소센서설치위치및감지범위연구 수소센서성능및신뢰성평가시험항목및평가방안연구 시스템내수소누설시위험감소방안연구 - 차량용수소탱크안전장치의안전성평가 수소탱크안전장치벤트방향에따른안전성평가 국부적화재시수소탱크안전장치작동성평가및탱크내압력거동평가 수소탱크안전장치 Type별안전성평가 수소탱크안전장치오리피스구경에따른수소방출거동평가 - 수소누설형태및조건에대한분석 수소누설로인한차량사고모델링 밀폐된공간 ( 주차장, 터널, 창고등 ) 에서수소누설모델링 - 차량용수소저장용기및공급배관안전성평가 수소시스템충격손상안전성평가 수소시스템의주행시장애물노출에따른안전성평가 수소저장및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 작성 - 수소연료충전시충전장치및연료저장시스템거동분석

127 차량내충전시연료저장시스템내거동분석연구 충전소의충전알고리즘분석연구 - 자동차와수소충전소의정적인스파크평가기술 자동차와수소충전소의최대허용전기적저항연구 충전압력별연료주입노즐과수소충전소의최대허용전기적저항연구 - 수소연료자동차의안전충전절차개발 수소충전시원격모니터링 Protocol 또는 Communication tool 평가 비상사태발생시안전모드평가 충전시자동차탱크가스온도 / 압력예측및제어기술 충전 Fail-safety mode 수립및평가 기술수준및인프라수준 기술명 기술수준 ( 선진국대비,%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축 (%) 수소시스템평가기술 수소충전소안전기술 차량 / 충전소운전기술 추진전략및추진방법 - 추진전략 고압의수소시스템을장착한차량이충돌, 화재, 진동등의상황에노출되었을경우를모사하여시험방법을고안하고, 각각의상태에서수소누설을감지할수있는수소센서의위치를선정 모사된상황에대해서안전에미치는영향을조사하고시스템을안전하게설계할수있는기준을제시 수소를충전하는다양한상황에서수소를안전하게운전자가원하는만큼충전할수있도록안전기준을개발 차량과충전소간의통신프로토콜을규정할수있도록실제충전상황을고려하여평가 - 추진방법및추진체계

128 본과제의수행을위하여산업체를중심으로협동기관 ( 연구기관 ), 위탁기관 ( 대학 ) 등이참여 필요시전문분야별전문기관혹은전문가에위탁연구를수행하여업무추진효율극대화 과제중복성점검 - 미래형자동차사업단의연구개발과제중에서 연료전지용운전장치시스템설계및평가기술개발 의개발내용에수소공급및재순환시스템설계및부품개발이포함되어있으나수소공급시스템의설계및단품개발로한정되어있으며, 수소공급시스템에대한안전성평가기술과관련된내용은포함되어있지않음 - 수소연료전지사업단의연구개발과제는수소생산, 연료전지개발, 모니터링 사업, 수소저장장치개발을진행하고있으며, 수소스테이션의건설및디스 펜서 & 압축기다이어프램국산화등으로본과제에서연구할수소충전시연 료전지자동차와수소충전소의안전도를확보할수있는 안전성확보기술 개발은진행하지않고있음 최종성과물및활용방안 - 본분야의최종성과물은아래와같음 수소공급시스템및자동차의충돌, 화재및진동시험평가방안확립 자동차내수소센서설치및성능, 신뢰성평가방안개발 수소탱크및안전장치의안전성평가연구를위한시험설비구축 수소탱크및안전장치의안전성평가기술개발 고압수소저장시스템안전설계기준확보 고압충전시수소의충전거동해석 충전시자동차와충전소의최대허용저항분석 충전시자동차상태평가및예측기술개발 수소 연료전지자동차충전시안전절차및기준 ( 안 ) 작성 충전시비상사태에대한안전모드확립 수소저장장치및공급시스템에대한안전성평가기술 ( 안 ) 도출 수소저장장치및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 도출

129 - 본분야의최종성과물은수소저장및공급시스템과충전시자동차와충전소의안전성확립을위한자료로활용되며, 최종적으로이러한성과물들을활용하여수소안전성확보를위한자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 을도출하는것임 수소저장및공급시스템에대한안전성확보기술은국내의연료전지자동차개발시활용될수있으며, 국제적수준의수소안전성평가기술의확보는국내연료전지자동차설계기술을한단계높일수있음 또한본연구분야에서개발된국내의자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 이국제안전기준및표준화제정시아국의입장을적극적으로반영할수있는자료로활용할수있음 3) 연구분야 (3) : 수소 연료전지자동차운행안전성기술연구 기술개발목표 - 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 수소 연료전지자동차에안전기준적용성분석 수소 연료전지자동차연비측정방법평가 수소 연료전지자동차의안전기준각시험항목별평가 수소 연료전지자동차의신규시험항목발굴 - 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 연료전지자동차의잠재적위험요소및고장요소분석 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 주요연구내용 - 수소 연료전지자동차에안전기준적용성분석 수소 연료전지자동차와기존내연기관자동차와는단순히동력원만차이가나는것이아니라시스템또는설계상아래와같은뚜렷한차이점들이있으므로이에대한자동차안전기준의부합성을평가하고고유의평가기술개발이수반되어야함

130 BOP 수소탱크 BOP 연료변환기 BOP 수소탱크 연료전지 인버터 연료전지 인버터 연료전지 인버터 모터 / 감속기 DC/DC 모터 / 감속기 DC/DC Battery Battery 순수수소연료전지차 시스템간단 부하추종형, 연료전지전출력영역운전 순수수소하이브리드차 시스템효율적운전가능 -> 연료전지고효율영역 ( 저출력영역 ) 운전 -> 회생제동에너지회수 연료개질형하이브리드차 기존연료인프라사용가능 일충전주행거리만족가능 연료변환기시동시간및부하추종성문제 < 그림 47> 수소 연료전지자동차의구분 - 수소 연료전지자동차연비측정방법평가 수소연료전지자동차에서의연비측정은고압기체연료의특성상주변환경, 온도, 압력등에따라급변하므로인하여정확한수소소모량의계측이매우난해하며, 연구되고있는측정방법은아래와같음 압력측정법 : 연비시험시, 차량외부에설치된수소공급탱크의압력변화측정 무게측정법 : 연비시험시, 차량외부에설치된수소공급탱크의무게변화측정 유량측정법 : 연비시험시, 차량외부로부터차량에공급되는수소의유량을측정 탱크내부온도측정법 : 연비시험시, 차량외부에설치된수소탱크의내부온도변화를측정 전류측정법 : 차량내에설치된전류센서로스택에서발생하는전류를측정 현재 ISO에서고압수소저장시스템을사용하는연료전지자동차연비측정문서가 DIS로준비되고있음 ISO : Fuel cell road vehicles - Energy consumption measurement Part 1: Vehicle fuelled with compressed gaseous hydrogen 또한액체수소를사용하는연료전지자동차에대한연비시험방법은기초적

131 인연구를하고있는단계임 - 수소 연료전지자동차의안전기준각시험항목별평가 국내의자동차관리법에명기된제작자동차의안전시험항목은총 42개항목이며, 이들중에서수소 연료전지자동차와관련성이있다고여겨지는안전시험항목은 13개항목이고, 기본적으로이들 13개항목에대한현행안전기준적용성을분석하여야하며, 13개항목과관련된 FMVSS, ECE R, 일본기준의적용성분석은물론이들항목이외에도 GTR 또는 ISO 등에서규격 / 코드로논의되고있는새로운항목에대한심도깊은기술개발이필수적임 [ 별표1] 제작등을하는자동차의안전시험기준및방법과안전기준확인방법 1. 충돌시승객보호시험 22. 운전자의시계범위시험 2. 충돌시조향핸들후방이동시험 23. 원동기출력시험 3. 충돌시연료누출방지시험 24. 시계확보장치시험 4. 충돌시앞면유리고정성시험 25. 가속제어장치복귀능력시험 5. 충돌시앞면유리침입성시험 26. 소음방지장치시험 6. 좌석및그잠금장치시험 27. 연료소비율시험 7. 머리지지대강도시험 28. 승용자동차제동능력시험 8. 문열림방지장치강도시험 29. 승합ㆍ화물및특수자동차제동능력시험 9. 계기판넬충격흡수시험 30. 피견인자동차제동능력시험 10. 좌석등받이충격흡수시험 31. ABS 설치자동차제동능력시험 12. 햇빛가리개충격흡수시험 32. ABS 설치피견인자동차제동능력시험 13. 범퍼충격흡수시험 33. 연결자동차선회시제동능력시험 14. 실내후사경충격흡수시험 34. 타이어파열시험 15. 조향장치충격흡수시험 35. 조향성능시험 16. 옆문강도시험 36. 최고속도제한장치시험 17. 천정강도시험 37. 속도계시험 18. 좌석안전띠부착장치강도시험 38. 차실내장재연소성시험 19. 견인장치강도시험 39. 내부격실문열림방지장치시험 20. 후부안전판강도시험 40. 어린이보호용좌석부착장치강도시험 21. 등화장치광도시험 41. 전자파장해방지장치시험 42. 경음기소음시험

132 FMVSS 303 (Fuel System Integrity of compressed Natural Gas Vehicles) 과 FMVSS 304(Compressed Natural Gas Fuel container Integrity) 는 CNG 연료에대한자동차및연료이송성능에관하여규정되어져있음 이러한안전기준에서수소가천연가스가아니므로수소연료자동차에적용하지않고있으나, 그럼에도불구하고대부분의수소 연료전지자동차제작업체는 CNG 자동차에대한규정인 FMVSS 303 and 304에수소연료자동차의적용가능성이충분하다고판단하고있음 이들은기존의 FMVSS 303과 304에수소에관한조항을추가하거나수소에관련된새로운 FMVSS 조항을신설하기를원하고있음 FMVSS 305 (Electric-Powered Vehicles; Electrlyte Spillage & Electrical Shock Protection) 는수소동력자동차의 3번째적용항목임 FMVSS 303, 304와는달리 FMVSS 305는 48볼트이상의전기동력의사용에관한 등의적용기준항목을명시한규정에이미수소동력자동차를적용할수있도록되어있으나, FMVSS 305조에규정된충돌후 500 Ω/V 전원차단의요건이수소연료자동차에대하여그필요성과실효성이충족되지못하고있음 FMVSS 305는배터리전기동력자동차에관하여명시된 SAE Recommended Practice J1766에근거를두고있고, SAE Fuel Cell Safety Committee는연료전지자동차를규정하는데대부분 SAE J1766 을개정하기로하였음 연료전지의양산은많은시일이소요될것이므로우선연료전지자동차에적용할 FMVSS 305조기준을제정하는것이선행되어야하며, 연료전지자동차에상존해있는 500 Ω/V 전원차단기준에관해서논의되지는않을것이며인체감전전력수위에대한안전성요구는없음 - 수소 연료전지자동차의신규시험항목발굴 수소 연료전지자동차의고안전차체설계와관련해서는첫째, 수소저장시스템및연료전지시스템부위의차량충돌해석을통한강도및안전성이향상된차체프레임설계, 둘째, 차량충돌센서정보를기반으로수소저장시스템을비상셧다운시키는전략, 셋째, 수소누출감지센서를수소저장시스템및연료전지스택주위에부착하여실시간누출감지및비상대응제어기법등이사용되고있음

133 회생제동용브레이크기술은현재기존제동페달개도를기반으로모터회전속도에대응되는최대토크를비례적으로계산하여모터인버터에역토크를지령하는기법이사용되고있으며, 회생제동및기계식브레이크의복합사용에따라제동시차량안정성저하가야기될수있음 연료전지자동차용조향시스템은현재과거의유압구동형대신전기구동타입이광범위하게사용되고있음 연료전지시스템의 Idle-Stop 제어기술적용을통하여연비는약 5% ~10% 향상될수있으며, 가압형 / 상압형방식및연료전지시스템구조에따라 Idle-Stop 제어기술의범위가결정되고, 현재까지는수소환기시스템등특정서브시스템에 Idle-Stop 기술이적용되어소모되는에너지일부절감및진동 / 소음을완화시키는목적으로사용되고있음 대형충돌모드에서의수소 연료전지자동차화재안전성 대형충돌사고및화재사고분석결과를토대로정면, 측면, 후면충돌및전복등충돌유형별대형충돌모드를설정하여분석 - 연료전지자동차의잠재적위험요소및고장요소분석 수소연료전지자동차의구성은주로동력에너지를발생시키는연료전지시스템과발생된에너지를사용하는전기동력부품등으로구성되어있음. 연료전지시스템은수소를적정한압력으로공급하고재순환시키는수소공급시스템과블로어를이용하여적정한비율로공기를공급하고가습을시키는공기공급시스템, 냉각수펌프를사용하여연료전지스택을냉각시키고냉각수의이온을제거시키는열관리시스템으로구성됨 전기동력부품은연료전지스택의고전압전력을직류에서교류로변환시키는인버터, 교류에너지를사용하여구동하는모터, 고전압에너지를저전압으로변환시키는전력변환장치, 위험발생시전력을차단하는전력차단장치등으로구성되어있고, 이밖에배터리, 수퍼캐패시터등의보조에너지저장장치가있음 수소연료전지자동차가가속및제동시, 연료전지시스템제어기는시스템의각종센서로부터신호를받고시스템제어로직에따라시스템운전제어를수행하여에너지를발생시킴 동력분배제어기는차량구동에필요한에너지를모터에공급하기위해서

134 연료전지시스템및수퍼캐패시터의에너지공급흐름을제어하며모터제어기는모터의구동및제동을제어함 제어기는공기공급, 수소공급 / 재순환, 열관리, 모터제어관련고속, 대용량연산필요성에의해 32bit 프로세스사용이일반적이며, 모델기반제어기설계프로세스를이용하여펌웨어및상위레벨의제어로직개발및임베디드제어기적용 / 검증등을수행하는기법이일부자동차회사들에서시도되고있음 - 연료전지자동차자기진단기술및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 수소연료전지자동차의연료전지시스템및전력변환장치, 구동모터등은전기적인로직또는회로연결되어있으므로센서류이상, 고전압단품이상, 통신이상, 충돌에의한차량및단품손상, 고전압및저전압와이어하니스단락발생시운전자의가감속의지와상관없이자동차가제어될수있고예상되지않은시스템특성이표출될수있음 따라서위험요소별시나리오판별및감지를통한시스템제어대응전략이요구되며, 또한자동차제어계통이상발생시최소한의성능을유지하여안전지역으로이동또는정비공장까지운행할수있는 FAIL-SAFETY 모드에대한안전성평가기술개발을기존자동차의 FAIL-SAFETY 모드와는차별화되어야함 제어계통의위험요소발생가능성을대비하여전력차단장치는메인버스단의 PDU(Power Disconnecting Unit) 내부에연료전지파워차단부품인블록킹다이오드, 메인릴레이, 고전압절연감지보드, 고전압휴즈등의부품을포함하고있지만, 이부품또한 FAIL 발생될수있으므로각요소부품별이상현상발생에대한시나리오예측및제어대응전략이요구됨 연료전지시스템의효율적인제어를위해유량 / 온도 / 압력 / 전압 / 전류센서들이사용되고있으며, 특히수소압력센서 / 수소유량센서 / 각종압력센서 / 전류센서등은시스템안전및성능진단을위하여필수적임 분산제어기는센서및엑추에이터모듈로구분할수있으며, 기존의기계식와이어대신에 CAN을이용해측정및제어신호전송이이루어지고, 또한, FMEA(Failure Mode Effect Analysis) 관점에서, 안전에직접적영향이있는제어부품은분산제어기적용과더불어와이어신호가이중으로사용되 는등 CAN 오류시에도적절히대처하도록전장설계가추진되고있음

135 - FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 국내의기술현황국내자동차제작사들의신기술개발여건악화로인해로직등차세대기술의개발보다는품질문제의해결이당면과제가되어선진시스템공급업체의개발품을구매하는수준에머물러있는것이현실임 해외의기술현황 유럽 : 가장활발하게개발을진행중인유럽지역에서는메카닉기술의대체개념으로 EUCAR 프로젝트에 7개회사및 2개의대학이 Consortium을구성하여개발함 미국 : 북미지역에는 GM이 Delphi와함께 NAHSC (National Auto -mated Highway System) 에참여하여개발을진행중이며, 1997 년에 EV1 차량에 Fail-safety 기술을적용함 일본 : 일본내의개발동향은시스템차원의 Fail-safety 기술에대한개발움직임이가시화되고있지않으나환경차량개발을기초로한전력소자기술개발에본기술을적용한모듈기술개발에있어기술을선도하고있는실정임 < 표 41> 기술수준및인프라수준

136 기술명 수소 연료전지 자동차에 안전기 준적용성분석 기술수준 ( 선진국대비,%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축 (%) 수소 연료전지자동차연비측정방법평가 수소 연료전지자동차의안전기준각시험항목별평가 수소 연료전지자동차의신규시험항목발굴 연료전지자동차의잠재적위험요소및고장요소분석 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL- SAFETY 모드개발 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 추진전략및추진방법 - 추진전략 연료전지자동차국내제작사기술대응능력향상과관련핵심기술을축적하여국제기술경쟁력확보 안전한무공해연료전지자동차개발및제작을통하여국내제작사의세계적인안전성평가기술확보 산 학 연등관련기관들과유기적인협력체계구축을통하여현재개발진행중인연료전지자동차에적용가능하도록협력체계구축 이후개발된평가기술을각종평가지침및안전기준관련법규 ( 안 ) 으로도출하여관련기술이국가발전의성장동력으로작용할수있는기반을조성함 또한각종기술평가기준및관련법규 ( 안 ) 를마련하여관련부처에건의함으로써수소연료전지자동차의안전도확보와국가경쟁력향상에기여하고자함 - 추진방법및추진체계 본과제의수행을위하여주관연구기관을중심으로협동기관 ( 산업체 ), 위

137 탁기관 ( 대학 ) 등이참여 필요시전문분야별전문기관혹은전문가에위탁연구를수행하여업무추진효율극대화 관련기술의선행경험이있는국내연료전지자동차개발업체와협력관계를구축하고자료및지식공유체계를구축 최적화시스템기술및요소기술은참여기업을포함한민간업체에이전하여상용화를추진하고관련산업을육성함으로써국제경쟁력의우위를선점하여국가경쟁력을향상시킴 개발된안전성평가기술을각종지침및관련법규 ( 안 ) 으로도출하여관련기술이국가발전의성장동력으로작용할수있는기반조성 과제중복성점검 - 현재미래형자동차사업단의연구개발과제는연료전지, 운전장치, 보조시스템에대한개발을진행하고있으며, 미래형자동차사업단에서진행하고있는이러한과제들과수소 연료전지자동차의운행안전성평가기술분야의연구내용에대한과제중복성은없음 - 수소연료전지사업단의연구개발과제중에서 고분자전해질연료전지성능평가및기술기준 ( 안 ) 작성 및 수소 연료전지안전성연구 는일반적인연 료전지에대한성능평가및안전성연구를주로진행하고있으며, 자동차의 안전법규인안전기준과 FAIL-SAFETY에대한기술개발내용은포함되어있지않음 최종성과물및활용방안 - 본분야의최종성과물은아래와같음 수소연료전지자동차안전기준로드맵수립 수소연료전지자동차의연비시험방법확립 연료전지시스템의잠재적위험요소분석및수립 수소연료전지자동차의국내외안전기준부합성시험및분석 충돌안전성, 전기및전자파안전성등 연료전지자동차의자기진단기술개발 연료전지자동차의이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 연료전지자동차의이상발생시최소안전성확보를위한전략수립 연료전지자동차의 FAIL-SAFETY 안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 도출

138 수소연료전지자동차각시험항목별안전성평가기술 ( 안 ) 도출 수소연료전지자동차각시험항목별안전기준 ( 안 ) 도출 수소연료전지자동차의신규시험항목에대한로드맵수립 - 본분야의최종성과물은수소연료전지자동차의주행안전성확보를위한자료로활용되며, 최종적으로이러한성과물들을활용하여주행안전성확보를위한자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 을도출하는것임 이러한주행안전성확보를위한평가기술개발은국내외수소연료전지자동차의제작결함조사등에활용될수있으며, 특히국내의연료전지자동차개발과병행하여안전성평가기술을개발하여개발되는국내의수소연료전지자동차의전체적인안전성을국제적인수준으로확보할수있음 또한본연구분야에서개발된국내의자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 이국제안전기준및표준화제정시아국의입장을적극적으로반영할수있음 4) 연구분야 (4) : 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 기술개발목표 - 연료전지스택및고전압시스템전기안전성평가분석및개발 - 연료전지및전기전자시스템에대한전자파안전성평가기술개발 주요연구내용 - 연료전지스택의전기적특성분석및평가방안연구 연료전지스택부품의위험우선순위 (RPN, Risk Priority Number) 선정 연료전지스택부품에관한내한, 내열및전기적특성분석 부품의설계및특성을고려한위험우선순위선정 사고사례조사및패턴분석 - 연료전지스택의사고모델설정및재현실험 절연파괴에의한사고위험성분석 전기적접촉불량에따른접촉저항특성분석 접촉불량에따른온도상승및전기적효율특성분석 진동내구조건에서의부품간전기적접촉특성분석 산화물증식에따른전기적연결부위사고모의실험및분석

139 - 연료전지스택의전기안전성평가방안연구 전기안전평가대상, 항목및기준 : 스택부품의전기안전평가 TDP 개발 배관, 인클로져, 마운팅을통한누설전류기준 수밀평가기준 수소유출시, 전기안전성평가기준 화재발생시, 연료전지스택의전기안전성평가기준 전압인가 ( 역전압 ) 시, 스택전기안전성평가기준 - 고전압시스템전기적특성분석및평가방안연구 전원분배시스템, 커넥터등전기적안정성평가방안연구 배터리, 수퍼캡, 모터제어기, 모터등대전력구동시스템의전기적안정성평가방안연구 접지및격리에대한전기안전성해석및평가 충전시, 주행시, 충돌시등화재및감전에대한전기안전성해석 - 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 차체및부품의접지 / 전기적접촉의안전성 ( 효율성 ) 평가방안개발 연료전지시스템과차량의전기, 전자구조물사이의전기적격리기준 ( 안 ) 배터리, 모터제어기, 모터등대전력구동시스템안전성확보방안및평가기술개발 고전압시스템의전기에대한감전보호 ( 안 ) 고전압시스템전기안전성평가, 검증기술및안전기준 ( 안 ) - 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발및안정성평가기술개발 고전압 / 고전류배선시스템설계기술분석 고전압 / 고전류배선시스템개발및전기안전성평가 - 연료전지자동차및전자제어시스템전자파환경특성분석 연료전지자동차및전자제어시스템전자파특성및평가항목분석 수소연료전지자동차에대한전자파환경특성분석 ( 필드및차량 ) - 전자기장 ( 방사및내성 ), 정전기, 전기적과도내성성능평가기술개발 연료전지및첨단전자시스템에대한전자파성능평가기술연구 과도전압및정전기안정성평가기술연구 - 대전력구동시스템에대한저주파평가기술개발 IGBT, 모터, 컨버터등대전력구동시스템에대한노이즈분석및영향연

140 구 저주파노이즈에대비한대전력구동시스템개발및평가기술개발 < 표 42> 기술수준및인프라수준 기술명 기술수준 ( 선진국대비,%) 전문인력보유정도 (%) 인프라구축 (%) 연료전지스택전기안전평가기술 고전압부품전기안전성평가기술 전자제어시스템전자파환경특성분석 대전력구동시스템에대한저주파평가기술 추진전략및추진방법 - 추진전략 현국내제작연료전지차량의성능평가및보완을통한국내제작사기술대응능력향상과관련핵심기술을축적하여국제기술경쟁력확보 안전한무공해연료전지자동차개발및제작을통하여국내제작사의세계적인안전성평가기술확보 이후개발된평가기술을각종평가지침및안전기준관련법규 ( 안 ) 으로도출하여관련기술이국가발전의성장동력으로작용할수있는기반을조성함 또한각종기술평가기준및관련법규 ( 안 ) 를마련하여관련부처에건의함으로써수소연료전지자동차의안전도확보와국가경쟁력향상에기여하고자함 - 추진방법및추진체계 관련기술을개발, 국산화하고있는국내연료전지자동차개발업체를중심으로하고, 전기및전자파관련연구에폭넓은경험을확보하고있는연구소를협동기관으로하여추진 필요시전문분야별전문기관혹은전문가에위탁연구를수행하여업무추진효율극대화 차세대전문인력의양성을위하여전문분야별높은기술력을보유하고있는대학에위탁연구수행

141 개발된안전성평가기술을각종지침및관련법규 ( 안 ) 으로도출하여관련 기술이국가발전의성장동력으로작용할수있는기반조성 과제중복성점검 - 현재미래형자동차사업단의연구개발과제는연료전지, 운전장치, 보조시스템에대한개발을진행하고있으며, 미래형자동차사업단에서진행하고있는이러한과제들과수소 연료전지자동차의전기안전성평가기술분야의연구내용에대한과제중복성은없음 - 수소연료전지사업단의연구개발과제는중에서 5kW급열병합고체산화물연료전지발전시스템개발, 10kW급상업용고분자전해질연료전지시스템개발, 버스용 (200kW급) 고분자연료전지시스템개발 을진행하고있으며, 연료전지스텍 & 고전압시스템및전자파안전성에대한안전성평가기술개발내용은포함되어있지않음 최종성과물및활용방안 - 본분야의최종성과물은아래와같음 연료전지스택의전기적특성분석및평가방안수립 수소연료전지자동차고전압시스템의전기안전성평가기술개발 수소연료전지자동차의전자제어시스템의전자파특성분석 연료전지의절연파괴에의한위험성분석및모의실험 고전압 / 고전류용안전배선시스템의안전성평가기술개발 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발 대전력구동시스템의저주파노이즈영향분석 수소연료전지자동차내부스파크및정전기평가방안수립 연료전지및전자제어시스템의전자파성능평가기술개발 수소누출, 화재발생, 역전압발생시등안전성평가기술개발 수소연료전지자동차전기안전성확보를위한안전기준 ( 안 ) 도출 과도전압및정전기안전성평가기술 ( 안 ) 도출 - 본분야의최종성과물은수소연료전지자동차의고전압및전자파안전성확보를위한자료로활용되며, 최종적으로이러한성과물들을활용하여고전압및전자파안전성확보를위한자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 을도출하는것임

142 고전압 / 고전류시스템에대한안전배선시스템에대한설계기술확보를통하여국내에서취약한차량용하드네스및커넥터에대한독자적인설계능력확보및안전배선시스템개발하는활용됨 이러한전기안전성확보를위한평가기술개발은국내외수소연료전지자동차의제작결함조사등에활용될수있으며, 또한본연구분야에서개발된국내의자동차안전기준 ( 안 ) 및평가기술 ( 안 ) 이국제안전기준및표준화제정시아국의입장을적극적으로반영할수있음

143 8. 소요예산추정 가. 전체사업소요예산 < 표 43> 총괄소요예산 단위 : ( 백만원 ) 년도 정부출연금 기업부담금 계 1차년도 (2007) ,850 2차년도 (2008) 2, ,750 3차년도 (2009) 5,050 1,400 6,450 4차년도 (2010) 5,450 1,450 6,900 5차년도 (2011) 3,900 1,550 5,450 합계 18,800 5,600 24,400 나. 연구분야별소요예산 1) 연구분야-1 : 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 < 표 44> 연구분야-1 소요예산 단위 : ( 백만원 ) 년도 정부출연금 기업부담금 계 1차년도 (2007) 차년도 (2008) 차년도 (2009) 차년도 (2010) 차년도 (2011) 합계 1, ,

144 2) 연구분야-2 : 수소 연료전지자동차의수소안전성기술연구 < 표 45> 연구분야-2 소요예산 단위 : ( 백만원 ) 년도 정부출연금 기업부담금 계 1차년도 (2007) 차년도 (2008) ,250 3차년도 (2009) ,600 4차년도 (2010) ,650 5차년도 (2011) 합계 4,600 1,200 5,800 3) 연구분야-3 : 수소 연료전지자동차운행안전성기술연구 < 표 46> 연구분야-3 소요예산 단위 : ( 백만원 ) 년도 정부출연금 기업부담금 계 1차년도 (2007) 차년도 (2008) ,000 3차년도 (2009) 1, ,400 4차년도 (2010) 1, ,400 5차년도 (2011) 1,200 1,000 2,200 합계 5,800 2,850 8,650 4) 연구분야-4 : 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 < 표 47> 연구분야-4 소요예산 단위 : ( 백만원 ) 년도 정부출연금 기업부담금 계 1차년도 (2007) 차년도 (2008) ,300 3차년도 (2009) ,250 4차년도 (2010) ,550 5차년도 (2011) ,000 합계 7,100 1,550 8,

145 9. 기대효과및전망 가. 기대효과 기술적측면 무공해자동차의대표적인형태로는동력원으로모터와축전지를이용한전기자동차, 수소를동력원으로이용한수소자동차그리고태양열을동력원으로이용한태양열자동차등이있으며, 기술및상업적측면에서상대적으로높은가능성으로인하여오랜기간동안전기자동차의개발이진행되어왔으나, 많은노력에도불구하고축전지기술의한계로인하여전기자동차의상업화시점은매우불투명하게보임 축전지기술의한계로인하여전기자동차의상업화시기가지연됨에따른대체방안의하나로하이브리드자동차 (Hybrid Electric Vehicle) 의개발이본격화되었고, 하이브리드자동차는그동안발전되어온내연기관자동차의기술과전기자동차의기술을적절히조합한차량형태로연비의향상과배기가스의절감이라는이익을얻을수있으나유해배기가스의발생문제는여전히지니고있음 연료전지를자동차주동력원으로채택할경우이러한문제점을해결할뿐만아니라연료의이용효율이 36 ~ 50% 로내연기관의 20% 에비하여매우높아온실가스배출량저감을위한현실적인기술로평가되고있어궁극적으로미래형자동차는연료전지자동차가주류를이룰것으로예상됨 기존의자동차동력원인내연기관에비해고효율, 저공해의특성을지닌연료전지라는새로운개념의대체동력기관으로바뀜에따라환경문제에대한능동적대응능력확보및수소를사용하는대체에너지기술확보라는측면에서에너지기술의획기적인전기가마련될것임 21세기선진자동차업계는내연기관자동차의다툼이라는경쟁의테두리에서환경대응기술경쟁으로옮겨가는추세에부응하여국내산학연기관들이안전성관련기술의주요핵심기술을개발하여확보했을경우향후선진국의기술독점으로인한기술종속정책에효과적으로대처할수있음 연료전지자동차개발시요구되는연료전지스택개발, 연료전지주변장치의 해석및개발, 연료전지운전및제어시스템의개발, 연료전지자동차의차량

146 시스템및제어기술의개발을통하여이분야에서이미많은기술을확보한선진국에경쟁가능한연료전지자동차를개발할수있는기반을조성할수있음 연료전지자동차는기존의전기, 기계분야뿐만아니라핵심부품인연료전지를위한소재기술및신규공정기술이발달하게될것으로시너지효과가크므로향후우리나라의산업쇄신을가속화할것임 사회 경제적측면 자동차는생활에편리함을주는필수품이기도하지만, 도시와같은인구밀집지역에서는배출가스에의한공기오염, 주행중발생하는소음과같은공해가심각한사회문제로나타나고있음 최근환경부는자동차배출가스로인한의료비부담과노동상실등사회적비용이연간무려 3조3천억원에이른다고추산했으나, 자동차공해에의한사회적손실비용을줄이고, 삶의질향상을위해서는고효율고청정자동차가반드시실용화되어야함 연료전지자동차는이러한고효율고청정자동차들중에서가장유망한것으로전망되고있으며, 내연기관을대체할수있는에너지원이면서환경에미치는영향이적고, 에너지효율이높고또한소비자의주행욕구에부응할수있는유일한대안이라할수있기때문에이에대한연구개발이전세계적으로활발하게진행되고있고, 따라서, 차량의에너지발생원의역할을수행하는연료전지스택기술의개발은각종환경문제와대체에너지자원확보를위한기술개발에있어서수송용분야에서가장큰성장잠재력및파급효과를가진기술이므로향후자동차산업의생존및경쟁력확보를위해필수적으로확보해야하는기술분야이며, 연료전지스택의안전성평가기술개발은필수적임 사회적으로는국내전체공해발생량중약 49% 를차지하는수송분야공해발생에대한획기적인감소가기대됨 가솔린자동차에비해 2배이상의상대적으로높은에너지효율을갖는연료전지자동차를운용함에의해수송분야에서의커다란에너지절약효과를얻을수있음 지구환경보호라는기치하에선진국주도로진행되고있는 Green Round에서

147 국제적연비기준달성, 무공해자동차사용의의무화, 및 CO2 배출량이적은 연료사용의무화및사용비율확대와같은구체적협약이채택되는것에대 비하여국내산업기반의조기구축이가능 산업적측면 선진각국의환경보호정책에따라 2005년이후무공해자동차에대한수요가급증할것이며 2010년미국내무공해자동차의무판매대수의 50% 를연료전지자동차가점유할것으로예상됨 우리나라자동차산업은제조업의 10% 를차지하며국내의 7대수출주력산업중하나로 2000년기준수출액이약 132억달러, 약 312만대의자동차생산으로전세계 5위, 세계시장점유률 5.2% 기록하였으며, 관련부품산업은 2000년약 19.8조원규모로국내부품산업전체의 4.8% 차지하며, 2010년 7.5% 로예상되고있으며, 1인당국민소득 $20,000시대를준비하기위해서는국가경제에대한기여도가큰한국자동차산업의성장발전이필수적임 이러한상황에서수출의존도가큰자동차산업분야에서는현재북미의배기가스규제, CARB의 ZEV 의무수출및유럽연합의이산화탄소규제등에대응할수있는친환경자동차및관련핵심기술의개발이필수적이며, 자동차수출시장으로가장높은비중을차지하고있는미국의동향에국내자동차산업은크게영향을받지않을수없고, 우리나라도고효율및무공해연료전지기술을확립하여차세대연료전지자동차용동력원에활용함으로써, 전세계적으로진행되고있는기후변화협약을통한온실가스의총량규제, 저공해자동차의무판매를통한자동차배기가스의규제등에대처할수있는국가적기술경쟁력을확보할필요가있음 연료전지자동차안전성평가기술은선진국으로부터이전받기에는어려운상태이므로장단기계획에의해선진기술의확보및독자적인기술개발이절실히요구되고있음 소비자에게수소연료전지자동차안전도와관련된객관적이고합리적인정보를제공함으로써수소연료전지자동차구매에있어더욱안전한자동차를구매토록하고, 또한이를통해제작자는안전성이확보된좀더안전한자동차를제작하도록유도함으로써국내자동차시장에서국산제작사의입지를강화할수있을것임 객관적이고글로벌한평가기술및평가결과산정방법개발을통하여국

148 외자동차시장에서도국산제작사의시장성확보는물론수소연료전지 자동차의신뢰성확보를도모할수있을것으로판단됨 나. 파급효과 사회적효과 - 국민의안전, 건강생활증진및권익보호 수소연료전지자동차기술의상용화로미세먼지및유해가스, CO 2 배출 량저감 안전성이확보된수소연료전지자동차보급으로교통사고에의한사회적, 경제적손실비용감소에기여 소비자에게수소연료전지자동차의안전도에대한정보제공 경제적효과 - 건설교통산업의매출증가 새로운자동차부품핵심기술개발로신규시장개척 / 매출증가 수소연료전지자동차의안전에대한소비자의인식제고로보급확대 - 국가전체산업의에너지효율성이향상 화석연료의존성을감소시켜국가의에너지효율성향상 - 국내자동차산업의국제경쟁력강화에기여 안전성이확보된수소연료전지자동차의생산으로자동차세계시장에서의점유율증대 국가효율성극대화 - 정책효율성향상 : 수소연료전지자동차국내안전기준재정비로효율성향상토대마련 안전성평가기술개발을통하여수소연료전지자동차성능및안전관련기준개발 국제평가기준확보로통상마찰해소및국가경쟁력제고에기여 - 지구온난화에대비한기후변화협약의차질없는이행 기타 - 기존의자동차기술범위를초월하여화학 전기 전자 에너지 신소재등광범위한기술융합으로산업전분야에대한기술발전, 전문인력양성, 고용증대등의파급효과극대화

149 - 고압수소안전성평가시험시설과고전압전기안전성평가시험시설은현재명확히정립되어있지않고있으나, 본과제수행시이에대한평가시험시설의정립및구축사업이별도로병행되어수소연료전지자동차의안전성을종합적으로평가할수있는시험시설구축

150 [ 참고문헌 ] 국내 1. 미래형자동차비교및사업매력도평가 한국과학기술정보연구원 2. 차세대자동차의 2020 비젼과전략 , 산업연구원 3. 건설교통 R&D 혁신로그맵보고서, 한국건설교통기술평가원 4. 자동차신기술동향과대응과제, 현대자동차 5. 환경친화적자동차의개발 보급기본계획수립및보급지원방안연구, 산업연구원, 산업자원부 6. 자동차기반기술개발사업기획연구 자동차부품연구원 7. 차세대성장동력 Road-Map -미래형자동차 한국산업기술재단 8. 미래형친환경자동차핵심부품십층조사-연료전지자동차 자동차부푸연구원 9. 산업환경변화와자동차부품산업의발전전략 산업연구원 10. 자동차안전기준국제화방안연구 건설교통부 무저공해자동차사업국제심포지엄및기술교류발표회 무저공해사업단 12. 신재생에너지워크샵및추계학술대회 에너지관리공단신재생에너지센터 국외 1. Hydrogen Fuel Cell Vehicle GTR Action Plan, , UN/ECE/WP National hydrogen Energy Roadmap, , United States Department of Energy 3. FreedomCAR and Fuel Partnership Plan, , United States Department of Energy 4. National Hydrogen and Fuel Cell Technology Innovation Programme, , Fedral Ministry of Transport, Building and Urban Affairs 5. Vehicle Safety Rulemaking and Supporting Research Priorities, , NHTSA 6. The Newest Codes and Standards for Hydrogen and Fuel Cells, , National Hydroen Association 7. Hydrogen Posture Plan DOE 8. 電氣自動車, Hybrid 自動車, 燃料電池自動車現況未來, JEVA 9. Applications of Fuel Cells in Vehicle(SP-2098) SAE

151 10. Fire Safety(SP-2097) SAE

152 별첨 1 프로그램별총괄 TRM

153 연구분야별 TRM 1) 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 TRM

154 2) 수소 연료전지자동차수소안전성기술연구 TRM

155 3) 수소 연료전지차량운행안전성기술연구 TRM

156 4) 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 TRM

157 별첨 2 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발제안요구서 [RFP] 과제명 : 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발을위한기획연구

158 연구과제명 1. 연구개발목표 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발을위한기획 연구 수소연료전지자동차의사고위험성최소화를위한안전성평가기술개발 수소를연료로하는연료전지자동차에대한고전압장치, 수소가스안전성등에대한안전성평가기술및안전기준개발 - 정부의자동차관리기능을극대화 - 국제적인평가기준확보로통상마찰해소 - 국내자동차산업경쟁력향상 - 수소공급시스템의안전성평가기술개발 - 수소 연료전지자동차의안전기준 ( 안 ) 및평가기술개발 - 연료전지자동차의고전압시스템안전성평가기술개발 2. 연구개발필요성 연구개발의필요성 자동차의배기가스에의한공기오염, 주행중발생하는 소음과같은심각한사회문제를발생시키고있음 환경관련국제합의로서오존층파괴를막기위해프레온가스사용을규제한 1986년몬트리올의정서이래, 기후변화협약이 1997년일본의교토에서최종적으로채택됨으로써세계각국은환경관련경각심이고조됨 각종규제협약과일부선진국의개별입법에의한무역규제가증가함에따라높은수준의환경기술과환경친화적산업구조를가진국가들이지구환경보전을명분으로국제적으로그린라운드 (Green Round) 를결성하고있으며, 미국의캘리포니아주를비롯한여러주에서는무공해자동차 (ZEV; Zero Emission Vehicle) 와저공해자동차의무판매를포함한자동차배기가스규제를입법화

159 하고있어각국의자동차회사는이에대응하기위한친환경기술을개발해야하는어려움에직면하고있음 한국자동차산업도생존을위해서는친환경자동차의개발이필수적이고연료전지자동차의개발은친환경자동차개발의핵심적요소라할수있음 우리나라자동차산업은제조업의 10% 를차지하며자동차관련부품산업은 2000년약 19.8조원규모로국내부품산업전체의 4.8% 차지하며, 2010년 7.5% 로예상됨 연료전지자동차의개발은기존자동차부품산업계에변동을수반할것으로예상되며, 연료전지자동차와관련된연료전지운전장치시스템의핵심부품및기술을조기개발함으로써기술경쟁력강화및핵심기술에대한해외의존도를탈피함으로써핵심기술의선점에따른새로운산업수요창출가능 미국, 유럽, 일본등선진국은고압수소가스등연료전지자동차의안전성기술확보를통한연료전지자동차시장을선점하기위해치열하게경쟁하고있음 현재 UN산하자동차분과위 (UN/ECE/WP29) 등에서기술규정, 안전기준, 평가기술등의제정추진에자국의입장반영을추진하고있음 국내기술개발동향및수준 국내외기술동향 - 국내에서는 1998 년국가 G7 사업및차세대자동차개발 사업을바탕으로연료전지자동차가개발되기시작했고, G7사업을통하여현대자동차와한국과학기술원은 1999 년과 2001년에각각 10kW급과 25kW급스택을개발하여스포티지연료전지하이브리드차와싼타페연료전지하이브리드차를개발및시연했음이후로현대-기아자동차는국내유수연구소와의요소

160 기술개발을통한독자기술력을확보함과아울러미국 IFC사 ( 현 UTCFC) 와의공동개발을수행했으며, 그결과 2000년 11월 75kW급스택을장착한싼타페연료전지차를개발했으며, 저온시동성이개선된투싼연료전지자동차를 2004년개발했고, 2005년에는스포티지연료전지자동차를선보였음현대-기아자동차에서개발하고있는투싼및스포티지연료전지자동차는 2004년부터 2009년까지미국에 32대가투입되어미국에너지성의시범운행에참여하게될것이고, 사업참여목적은시범운행사업을통한연료전지자동차의실용화가능성을검증하고기술개발방향및전략을수립하며, 연료전지자동차및수소생산 공급 충전설비관련기술표준화작업에참여하는것임. 현대-기아자동차는 2010~2019년에는소량생산단계로연간 10만대규모의생산체제를구축할예정이며, 2020 년이후부터는연료전지자동차양산을통해국내외시장에본격적으로보급할예정임 국외기술개발동향및수준 - 외국자동차사에서개발된연료전지자동차는실증운행을통하여시범운행되고있고, 현재운행중인각메이커의대부분의연료전지차량들은최대출력이 80~90kW수준이며, 최대속도가 150km/h내외로써기존내연기관차량의수준에도달해있지만, 항속거리는 300~400km로써현내연기관차량수준인 500kW이상으로확보하기위한연구개발을진행중에있음 - 일본의경우도요타는 1992년부터연료전지사업에착수하여 1996년에첫연료전지차량을선보였고, 초기부터연료전지차량뿐만아니라연료전지스택을자체개발했

161 으며 2002년부터는미국과일본내에리스판매를시작했으며, 혼다는 1995년에처음연료전지차량을선보이고 2005년부터자체적으로개발한연료전지를탑재한차량을리스판매하고있음 - 미국과유럽의경우, GM은 1997년신트라를시작으로연료전지자동차개발에착수했고, 매우공격적으로자신들의연료전지차에신기술을적용하고있고, 다임러크라이슬러는완성차업체중에서가장먼저연료전지차량의개발에착수했으며이미 1994년에연료전지차량을개발, 발표했었고, 현재는약 60여대의승용차를전세계에서시범운행하고있으며 40 여대의연료전지버스도유럽각지에서운행하고있음. 3. 연구개발내용 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 - 외국안전관련법규및실용계획, 주요제작사별개발현황 - 자동차충돌에의한대형사고분석 - 수소연료전지자동차분야안전기준국제조화및 WP.29 수소연료전지자동차의 GTR 개발위한기획 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 - 수소연료사용에따른취급요령및수소자동차안전확보방안전략수립 - 비정상적인상태에서의수소연료자동차의안전확보매뉴얼선행연구 - 폐차관련환경부하분석및재사용가능부품의분석및제작시유해물질선행연구

162 수소 연료전지자동차의수소안전성연구 차량용수소저장및공급시스템안전성확립을위한평가기술개발 - 충돌및단품누출시험시수소대체가능물질선정 - 주차중수소누출시및압축수소저장시스템안전성평가 - 수소저장시스템의주행중및신저장시스템의안전성평가수소센서및누설감지 & 감지시스템분석 - 수소누설에대한형태및조건분석 - 감지및차단시스템의평가기술연구 충전시차량과충전소간안전성평가방안연구 - 자동차와수소충전시스템의수소누설 - 자동차와수소충전소의정적스파크평가 - 수소충전시안전확보을위한충전소규격개발 수소 연료전지자동차운행안전성연구 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 - 수소 연료전지자동차안전기준적용성분석 - 연료전지자동차연비측정방법평가 - 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 - 안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 도출 - 수소 연료전지자동차신규항목도출 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 - 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 - 연료전지 FAIL 발생시안전성평가기술연구 - 제어계통이상시 FAIL -SAFETY 모드분석 - FAIL-SAFETY 모드안전성확보방안

163 수소 연료전지자동차전기안전성연구 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 - 차체및부품의접지 / 전기적접촉의안전성평가방안개발 - 충전시, 주행시, 충돌시등화재및감전위험성평가 - 연료전지차량용보조전원장치의전기관리시스템평가 - 대전력구동시스템안전성확보방안연구및평가기술개발 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템개발및안정성평가기술개발 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 - 연료전지자동차및전자제어시스템전자파환경특성분석 - 전자기장, 정전기, 전기적과도내성성능평가기술개발 - 대전력구동시스템에대한저주파평가기술개발 4. 연구개발추진방법 추진전략 수소연료전지자동차의안전성보증절차는정상적인주 행상태, 수소주유상태, 수리및주차시, 충돌사고시와같은소비자사용특성이반영되어야하며, 특히, 개방된공간과밀폐된공간에서의주행상태와주차상태가포함되어야함 위험도평가는중요한수소연료전지자동차시스템의기술적인분석에서시작되고, 실제도로주행에서나타나지않는영향은악조건하에서결함재현시험을실시하고영향에대한결과를분석하여야하고, 1421 구성부품과시스템결함모드와의연결관계는다중경

164 로방식을이용하여위험한결과를피하고차단하여야함 위험도평가절차는영향도, 발생확률, 예기치않는결함의운전자경보기능과같은결함규명을전형적으로순위매김으로써결론을도출할수있음 전형적인위험도관리에대한절차는안전에방해되는심각한위험상황, 특히내재된결함모드에따른위험요인을방지하기위하여설계되어야하며, 설계및기술은완성된자동차, 개별시스템, 구성부품들의모의분석과시험, 실차시험에의해검증된위험도관리시험으로규명되어야함 제3자에의한인증시험은단품시험, 시스템평가에대하여수소연료전지자동차가운행되는각나라에따라인증되어야하며, 각나라별인증기관은수소연료전지자동차의설계, 제작사가제안한안전성분석및향후연료전지자동차의각나라의형식승인을취득하기위한사전검토를시행하여야함 수소연료전지자동차안전성확보를위한평가기술개발은자동차발전기술과더불어개발되고진행되어야함 수소연료전지자동차의안전성평가기술개발은자동차제작사의수소연료전지자동차의기술발전속도와보조를맞추어앞으로지속적으로수행되어야함 본기획보고서에는연구과제을 5년의개발기간을두고중점적으로검토하였으나최종성과물의개발이완료되기전에 1단계 5년이후의 2단계기획연구가필요할것으로사료됨 본연구는현재시행중인자동차관리법의하위법령인 자동차안전기준에관한규칙 의평가를기본으로삼고있으며, 안전기준의시험항목뿐만아니라,

165 포함되어있지않는분야에대한평가기술개발과함께안전기준 ( 안 ) 및안전기준시행세칙 ( 안 ) 을도출하는것이최종목표임 또한국내안전기준과관련된 FMVSS, ECE, 일본보안기준의적용성분석은물론연구결과를토대로세계기술규정 (GTR) 및 ISO 제 개정에적극참여가필요함 수소 연료전지자동차에대한다양한평가항목과안전성확보기술에대한대안이검토되고거론될수있으나, 연구기간및연구비등을고려하여가장실효성이높은항목부터우선선정하여연구를진행해야할것임 수소 연료전지자동차의안정성확보기술개발은정부정책의변화가뒤따라야하므로관련정책의영향등을고려하여연구계획을수립되어야함 수소연료전지자동차의안전성확보를통하여사고위험도제고는정부에서시행중인여러가지교통안전사업의시너지효과를낼수있음 수소연료전지자동차의안전도평가기술개발은국민의생명과재산을직접적으로보호하고, 한국의자동차산업진흥을위해서필수적으로국가가주도적으로추진하여야함 추진체계 수소 연료전지자동차전문가들로구성된자문단의의 견수렴을통해연구개발의방향및내용조정 산 학 연의역할분담및공동연구를통하여연구의효율성증대및시너지효과창출 선진국의수소 연료전지관련법규및안전성평가기술조사

166 5. 사업기간및소요예산 사업기간 : ~ (5 년 ) 사업예산 : - 총사업비 : 정부 188 억원 민간 56 억원 정부예산사정에따라조정될수있음

167 연구분야별 RFP 1) 수소 연료전지자동차의제도 / 정책연구 연구개발목표 연구개발필요성 수소 연료전지자동차에대한안전관련법규 / 실용화를분석및안전기준국제조화및 GTR 개발기획을하여전체사업의방향을설정하고, 수소 연료전지자동차의본격적인보급시홍보, 구난대응, 폐차등에대한기초연구를수행하고자함 무공해수소 연료전기자동차가미래자동차산업의대안으로부상 국제사회의안전기준에대한한국의역할증대요구 수소 연료전지자동차는기존내연기관자동차와차별화된고려필요 주요내용및범위 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및연구방향분석 각제작사별연료전지자동차개발및연구동향파악 수소 연료전지자동차의안전기준국제조화를위한 WP.29 등국제회의대응 자동차충돌에의한대형사고분석 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규동향및연구방향분석 각제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및연구동향 WP.29 에서수소 연료전지자동차의 GTR 개발을위한기획 수소 연료전지자동차안전관리를위한교육 홍보자료기초연구 비정상운행시의수소연료자동차의안전확보매뉴얼기초연구 수소 연료전지자동차의폐기관련환경부하분석및인체유해물질기초연구 세부연구내용 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및실용화분석 - 일본 ( 도로운송차량법, TRIAS), 미국 (FMVSS, SAE), 유럽 (ECE, ISO) - 일본 (JARI, JHFC), 미국 (CaFCP, DOE, DOT), 유럽 ( 아이슬랜드, 독일 ) 주요제작사별연료전지자동차개발및연구동향 - 향후외국의전문기관과협력약정 (MOC) 체결을위한협의등포함 UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 - 국내대응 TF 팀 ( 전문가그룹 ) 조직및운영 자동차충돌에의한대형사고분석 - 대형충돌사고및화재사고분석 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규및실용화분석 - 일본, 미국, 유럽, ISO, 북미 : 미국, 캐나다 Cummins Westport 주요제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및연구동향 수소연료사용에따른취급요령등안전확보방안교육 홍보자료선행연구 - 일반적인장소, 즉도로, 정비업체, 충전소등에서지켜야할안전한수소사용방법에대한교육 홍보자료, 대국민홍보전략수립 비정상적인상태에서의수소연료자동차의안전확보매뉴얼선행연구 - 사고시, 고장발생시등수소연료자동차의자동차탑승자, 구조요원등의안전확보대응매뉴얼, 다양한예상상황별매뉴얼 수소 연료전지자동차의폐차및재사용관련선행연구 - 폐차시재사용부품에활용방안, 수소 연료전지자동차제작시사용되는유해물질 추진방법 연구소, 대학공동연구개발

168 파급효과및활용방안 수소 연료전지자동차에대한 GTR, ISO 제개정에적극적참여로위상제고 수소 연료전지자동차안전성평가기술확보및국제기준제정에기여 안전도가확보된국내수소 연료전지자동차의개발및보급에기여 수소 연료전지자동차의보급화에대비하여수소, 고전압안전에대한홍보, 구난, 폐차에대한로드맵작성및기획 연차별연구개발 1년차 2년차 3년차 4년차 5년차 외국의연료전지자동차안전관련법규동향분석 - 일본 ( 도로운송차량법, TRIAS), 미국 (FMVSS, SAE), 유럽 (ECE, ISO) UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 - 국내대응 TF 팀 ( 전문가그룹 ) 조직및운영 외국의연료전지자동차실용화분석 - 일본 (JARI, JHFC), 미국 (CaFCP, DOE, DOT), 유럽 ( 아이슬랜드, 독일 ) 주요제작사별연료전지자동차개발및연구동향 - 향후외국의전문기관과협력약정 (MOC) 체결을위한협의등포함 자동차충돌에의한대형사고분석 - 대형충돌사고및화재사고분석 UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 주요제작사별연료전지자동차개발및연구동향 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규동향분석 - 일본, 미국, 유럽, ISO UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 수소및수소혼합연료자동차실용화분석 - 북미 : 미국, 캐나다 Cummins Westport 주요제작사별수소및수소혼합연료자동차개발및연구동향 UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 수소연료사용에따른취급요령등안전확보방안교육 홍보자료선행연구 - 일반적인장소, 즉도로, 정비업체, 충전소등에서지켜야할안전한수소사용방법에대한교육 홍보자료, 대국민홍보전략수립 비정상적인상태에서의수소연료자동차의안전확보매뉴얼선행연구 - 사고시, 고장발생시등수소연료자동차의자동차탑승자, 구조요원등의안전확보대응매뉴얼, 다양한예상상황별매뉴얼 수소 연료전지자동차의폐차및재사용관련선행연구 - 폐차시재사용부품에활용방안, 제작시사용되는유해물질 UNECE WP.29 의수소 연료전지전문가기술회의 - SGE ( 환경분야전문가기술회의 ), SGS ( 안전분야전문가기술회의 ) UNECE WP.29 GRPE( 환경및에너지 ), GRSP( 충돌안전 ) 전문가그룹회의 ( 단위 : 억원 ) 구분 합계 연구기간및소요연구비 정부출연 공공기관 0 민간부담 0 합 계

169 2) 수소 연료전지자동차의수소안전성기술연구 연구개발목표 연구개발필요성 주요내용및범위 수소연료전지자동차의수소저장및공급시스템안전성확립을위한평가기술과차량 / 충전소간충전 Process에서의안전성평가기술개발 현내연기관차량과달리수소를연료로차량에대해서안전성평가기술개발필요 고압의수소를사용하기때문에타연료의경우와다른안전설계기준필요 수소연료의충전과정에대한안전기준및충전시차량과충전소의안전기준필요 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 수소를연료로사용하는자동차의충전시안전성평가기술개발 세부연구내용 고압수소시스템의안전설계기준수립에필요한충돌, 화재및진동시험안전성평가 - 시험방법 Protocol 개발 - 고압수소저장시스템의차량장착시진동내구안전성평가 - 수소탱크및안전장치의화재안전성평가를위한설비구축 수소센서및누설감지시스템의차량적합성평가 - 차량내수소센서성능평가및설치위치및감지범위연구 - 시스템내수소누설시위험감소방안연구 차량용수소관련각종안전장치의안전성평가 수소누설형태및조건에대한분석 - 다양한환경 ( 개방또는밀폐공간 ) 수소누설로인한차량사고모델링 - 차량내수소누설형태및조건에따른안전성평가및주변부품영향도평가 차량용수소저장용기및공급배관안전성평가 - 수소시스템충격손상안전성평가 - 수소시스템의주행시장애물노출에따른안전성평가 - 수소저장및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 작성 수소연료충전시충전장치및연료저장시스템거동분석 - 차량내충전시연료저장시스템내거동분석연구 자동차와수소충전소의정적인스파크평가기술 - 자동차와수소충전소의최대허용전기적저항연구 - 충전압력별연료주입노즐과수소충전소의최대허용전기적저항연구 수소연료자동차의안전충전절차개발 - 수소충전시원격모니터링 Protocol 또는 Communication tool 평가 - 비상사태발생시충전 fail-safety mode 수립및평가 추진방법 산업체, 연구소, 대학의공동연구개발 파급효과및활용방안 수소연료전지자동차의안전기준 ( 안 ) 및평가시험방법 ( 안 ) 을도출하여수소연료전지차의개발및보급에기여 수소연료전지차의수소시스템과충전에관련하여진행중인각종국제표준화및안전기준관련한국내자동차산업의경쟁력증대 안전성이확보된수소연료전지자동차생산으로국내자동차산업의국제경쟁력강화 수소연료전지자동차국내안전기준재정비로정책효율성향상토대마련 국제평가기준확보를통하여통상마찰해소및국가경쟁력제고에기여 수소연료전지자동차의안전에대한소비자의인식제고로보급확대

170 연차별연구개발 1년차 2년차 3년차 4년차 수소시스템및차량의충돌, 화재및진동시험평가방안 차량내수소센서설치위치및감지범위연구 수소센서성능및신뢰성평가방안연구 수소시스템및연료전지차량의충돌및진동시험안전성평가 고압수소저장시스템안전설계기준수립 수소탱크및안전장치의안전성평가를위한설비구축 수소충전거동분석연구 자동차와충전소의정적스파크평가기술 - 최대허용저항연구 차량용수소탱크안전장치의안전성평가 수소누설로인한차량사고모델링결과 충전시 Protocol 개발 - communication tool 개발및평가 - 충전시자동차상태평가, 예측기술개발 밀폐된공간에서의수소누설모델링결과 안전충전절차개발 - 수소연료전지차충전시안전절차및안전기준 - 비상사태발생시안전모드수립및평가 5 년차 수소시스템충격손상안전성평가 수소시스템의폭발에의한탑승객및외부에미치는영향분석 수소저장및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 연구기간및소요연구비 ( 단위 : 억원 ) 구 분 합계 정부출연 공공기관 0 민간부담 합 계

171 3) 수소 연료전지자동차운행안전성기술연구 연구개발목표 연구개발필요성 수소 연료전지자동차의국내외안전기준시험항목적합성평가 / 신규시험항목을발굴및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드에대한안전성평가기술을개발하고자함 국내에서모니터링사업중인수소연료전지자동차의안전성확보필요성제기 수소연료전지자동차의정상상태뿐만아니라비정상적인상태에서안전성확보필요 기존내연기관자동차와는완전히개념이다른수소연료전지자동차의고유안전기준및안전성평가방법확립에대한세계적요구증대 주요내용및범위 수소 연료전지자동차에안전기준적용성분석 수소 연료전지자동차연비측정방법평가 수소 연료전지자동차의안전기준각시험항목별평가 수소 연료전지자동차의신규시험항목발굴 연료전지자동차의잠재적위험요소및고장요소분석 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 세부연구내용 수소 연료전지자동차의안전기준적용성분석 - 안전기준개정로드맵수립및개정방안 - 수소 연료전지자동차연비측정방법관련평가 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별평가및분석 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시행세칙확립 안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 도출 - 각항목별안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 작성및반영 수소 연료전지자동차의신규시험항목도출 - 신규시험항목발굴을위한로드맵수립 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 - 모터, 수퍼캡 / 배터리, 고전압부품고장시, 절연파손시, 전기적충격시위험요소분석 - 연료전지시스템요소부품고장, 수소누출, 차량충돌시위험요소분석 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 - 자동차이상발생시퀀스분석및부품고장진단, 수소누출등의위험감지기술개발 - 모터, 고전압부품, 배터리 / 수퍼캡, 연료전지시스템등의자기진단기술개발 - FAIL-SAFETY 모드의작동조건정의, 제어로직개발 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 - 이상발생시, FAIL-SAFETY 모드별시험및안전성평가기술개발 - 연료전지시스템, 모터, 제어기, 고전압요소부품고장진단시험및평가 - FAIL 발생시최소운전전략평가및안전성확보 - FAIL-SAFETY 에대한안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 수립 추진방법 산업체, 연구소, 대학의공동연구개발 파급효과및활용방안 수소연료전지자동차의 WP29 국제안전기준연구항목을발굴 / 수행하여아국입장을적극적으로반영하고국내자동차산업의경쟁력증대 수소연료전기자동차의안전기준 ( 안 ) 및평가시험방법 ( 안 ) 을도출하여정책적으로안전한수소연료전지자동차의개발 / 보급에기여 안전성이확보된수소연료전지자동차생산으로국내자동차산업의국제경쟁력강화 수소연료전지자동차국내안전기준재정비로정책효율성향상토대마련 국제평가기준확보를통하여통상마찰해소및국가경쟁력제고에기여 수소연료전지자동차의안전에대한소비자의인식제고로보급확대

172 1 년차 2 년차 수소 연료전지자동차의안전기준적용성분석 - 안전기준개정로드맵수립및개정방안 - 수소 연료전지자동차연비측정방법관련기초연구 ISO/AWI 23274, , 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 - 모터, 수퍼캡 / 배터리, 고전압부품고장시위험요소분석 수소 연료전지자동차연비측정방법관련시험및분석 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 - 절연파손시, 전기적충격시위험요소분석 - 연료전지시스템요소부품고장, 수소누출, 차량충돌시위험요소분석 연차별연구개발 3 년차 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별평가및분석 안전기준항목 : 1, 2, 3, 15, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 35, 41 FMVSS( 미국 ), ECE( 유럽 ), 보안기준 ( 일본 ) - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시행세칙확립 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 - 자동차이상발생시퀀스분석및부품고장진단, 수소누출등의위험감지기술개발 - 모터, 고전압부품, 배터리 / 수퍼캡, 연료전지시스템등의자기진단기술개발 4 년차 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별평가및분석 안전기준항목 : 1, 2, 3, 15, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 35, 41 - 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시행세칙확립 연료전지자동차자기진단기술개발및이상발생시 FAIL-SAFETY 모드개발 - FAIL-SAFETY 모드의작동조건정의, 제어로직개발 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 - 이상발생시, FAIL-SAFETY 모드별시험및안전성평가기술개발 - 연료전지시스템, 모터, 제어기, 고전압요소부품고장진단시험및평가 5 년차 수소연료전지자동차안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 도출 - 각항목별안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 작성및반영 수소 연료전지자동차의신규시험항목도출 - 신규시험항목발굴을위한로드맵수립 FAIL-SAFETY 모드안전성확보및평가기술개발 - FAIL 발생시최소운전전략평가및안전성확보 - FAIL-SAFETY 에대한안전기준 ( 안 ) 및시행세칙 ( 안 ) 수립 연구기간및소요연구비 ( 단위 : 억원 ) 구 분 합계 정부출연 공공기관 0 민간부담 합 계

173 4) 수소 연료전지자동차전기안전성기술연구 연구개발목표 연구개발필요성 주요내용및범위 세부연구내용 추진방법 수소연료전지자동차의고전압시스템의안전성확립을위한평가기술과제어기, 고전력부품, 센서등전자파에취약한시스템의전자파안전성확립을위한평가기술개발 현내연기관차량과달리연료전지차에적용되는전기, 전자시스템은고전압및새로운첨단시스템을적용하기때문에이에대한안전성평가기술개발필요 연료전지시스템은차량에최초로적용되어평가되고있기때문에이에대한새로운안전설계기준확보가시급 연료전지, 고전압보조전원장치, 대용량모터로구성되는차량시스템의안전기준필요 연료전지스택의전기적특성분석및평가방안연구 연료전지스택의전기안전성평가기술및검증연구 고전압시스템전기적특성분석및평가방안연구 고전압시스템전기안전성평가기술및검증연구 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발및안정성평가기술개발 연료전지및전기전자시스템에대한전자파안전성평가기술개발 연료전지스택의전기적특성분석및평가방안연구 - 연료전지스택부품에관한내한, 내열및전기적특성분석 - 부품의설계및특성을고려한위험우선순위선정, 사고패턴분석 연료전지스택의사고모델설정및재현실험 - 절연파괴에의한사고위험성분석 - 진동내구조건및산화물증식에따른전기접촉특성분석및사고모의실험 연료전지스택의전기안전성평가방안연구 - 전기안전평가대상, 항목선정및그에따른기준개발 - 배관, 인클로져, 마운팅을통한누설전류기준 - 수소유출시, 전기안전성평가기준 - 화재발생시, 연료전지스택의전기안전성평가기준 - 전압인가 ( 역전압 ) 시, 스택전기안전성평가기준 고전압시스템전기적특성분석및평가방안연구 - 전원분배시스템, 커넥터등전기적안정성평가방안연구 접지및격리에대한전기안전성해석및평가 - 배터리, 수퍼캡, 모터제어기, 모터등대전력구동시스템전기적안정성평가방안연구 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 - 차체및부품의접지 / 전기적접촉의안전성 ( 효율성 ) 평가방안개발 - 연료전지시스템과차량의전기, 전자구조물사이의전기적격리기준 ( 안 ) - 배터리, 모터제어기, 모터등대전력구동시스템안전성확보방안및평가기술개발 - 고전압시스템의전기에대한감전보호 ( 안 ) - 고전압시스템전기안전성평가, 검증기술및안전기준 ( 안 ) 고전압 / 고전류용안전배선시스템개발및안정성평가기술개발 - 고전압 / 고전류배선시스템설계기술분석, 배선시스템개발및전기안전성평가 연료전지자동차및전자제어시스템전자파환경특성분석 - 연료전지자동차및전자제어시스템전자파특성및평가항목분석 - 수소연료전지자동차에대한전자파환경특성분석 ( 필드및차량 ) 전자기장 ( 방사및내성 ), 정전기, 전기적과도내성성능평가기술개발 - 연료전지및첨단전자시스템에대한전자파성능평가기술연구 - 과도전압및정전기안정성평가기술연구 대전력구동시스템에대한저주파평가기술개발 - IGBT, 모터, 컨버터등대전력구동시스템에대한노이즈분석및영향연구 - 저주파노이즈에대비한대전력구동시스템개발및평가기술개발 산업체, 연구소, 대학의공동연구개발

174 파급효과및활용방안 연차별연구개발 수소연료전지자동차의안전기준 ( 안 ) 및평가시험방법 ( 안 ) 을도출하여수소연료전지차의개발및보급에기여 안전성이확보된수소연료전지자동차생산으로국내자동차산업의국제경쟁력강화 수소연료전지자동차국내안전기준재정비로정책효율성향상토대마련 국제평가기준확보를통하여통상마찰해소및국가경쟁력제고에기여 수소연료전지자동차의안전에대한소비자의인식제고로보급확대 향후다양해지는차량의전기, 전자시스템의안전기준확보를통한개발방향제시 1 년차 2 년차 3 년차 4 년차 연료전지스택전기적특성분석및평가방안연구 연료전지, 전원분배시스템, 와이어및커넥터등전기적안정성평가방안을위한이론적배경도출 연료전지자동차및전자제어시스템전자파특성분석 연료전지스택의사고모델설정및재현실험 접지및격리에대한전기안전성기준항목및기준치도출 접지 / 전기적접촉의안전성 ( 효율성 ) 평가를위한측정방법및장비사양도출 고전압 / 고전류대응안전배선시스템설계기술분석및개발 연료전지자동차및전자제어시스템전자파평가항목및수소 연료전지차의전자파환경특성분석 대전력구동시스템에대한저주파노이즈영향연구및분석 스택의전기안전성평가방안연구 : 전기안전평가대상, 항목, 기준설정 충전시, 주행시, 충돌시등화재및감전에대한전기안전성기준항목도출 고전압 / 고전류대응안전배선시스템전기안정성평가방안연구 - 고전압 / 고전류대응안전배선시스템 1차시제품개발 차량내스파크및정전기해석및평가방안연구 대전력구동시스템의저주파안정성평가방안연구 - 저주파에안전한대전력구동시스템 1차시제품 전장품단품레벨의전자장영향분석및연구개발 스택의전기안전성평가방안연구 : 전기누설기준평가기준연구 연료전지시스템과차량의전기, 전자구조물사이의전기적격리기준및측정방법도출및고전압시스템의전기에대한감전보호기준도출 고전압 / 고전류대응안전배선시스템전기안정성성능시험결과 전자기장, 정전기, 전기적과도내성성능평가결과 - 시스템레벨의전자장영향분석및연구개발 저주파에안전한대전력구동시스템저주파안정성성능평가결과 5 년차 스택의전기안전성평가방안연구 - 수소누출, 화재발생, 연전압발생시등환경에서의안전기준 ( 안 ) 전기안전성최종안전기준도출및평가를위한세부검증기술도출 고전압 / 고전류대응안전배선시스템전기안정성평가방법도출 고전압 / 고전류대응안전배선시스템 2 차시제품 전자기장, 정전기, 전기적과도내성성능평가기술개발 저주파에안전한대전력구동시스템저주파평가기술도출 - 저주파에안전한대전력구동시스템 2 차시제품 연구기간및소요연구비 ( 단위 : 억원 ) 구 분 합계 정부출연 공공기관 0 민간부담 합 계

175 별첨 3 연구개발비세부내역서 1) 1 차년도비목별총괄 연구비비목별명세 비목현금현물합계구성비 (%) 인건비 내부 외부 112, , 연구기자재및시설비 239,275 80, , 재료비및전산처리 관리비 203,152 70, , 직접비 시작품제작비 329, , , 여비 98,037-98, 수용비및수수료 46,250-46, 기술정보활동비 61,050-61, 연구활동비 51,800-51, 위탁연구개발비 259, , 간접경비 110, , 연구개발준비금 11,200-11, 간접비 지적재산권출원 등록비 6,104-6, 과학문화활동비 4,372-4, 연구실안전관리비 1,850-1, 총계 1,535, ,000 1,850,

176 2) 2 차년도비목별총괄 연구비비목별명세 비목현금현물합계구성비 (%) 인건비 내부 외부 217, , 연구기자재및시설비 441, , , 재료비및전산처리 관리비 388, , , 직접비 시작품제작비 642, ,016 1,047, 여비 188, , 수용비및수수료 89,970-89, 기술정보활동비 117, , 연구활동비 99,400-99, 위탁연구개발비 547, , 간접경비 209, , 연구개발준비금 21,300-21, 간접비 지적재산권출원 등록비 11,450-11, 과학문화활동비 7,100-7, 연구실안전관리비 3,550-3, 총계 2,985, ,000 3,750,

177 3) 3 차년도비목별총괄 연구비비목별명세 비목현금현물합계구성비 (%) 인건비 내부 외부 412, , 연구기자재및시설비 801, ,332 1,123, 재료비및전산처리 관리비 722, , , 직접비 시작품제작비 986, ,680 1,677, 여비 355, , 수용비및수수료 152, , 기술정보활동비 219, , 연구활동비 186, , 위탁연구개발비 881, , 간접경비 392, , 연구개발준비금 39,850-39, 간접비 지적재산권출원 등록비 19,950-19, 과학문화활동비 12,018-12, 연구실안전관리비 7,315-7, 총계 5,190,000 1,260,000 6,450,

178 4) 4 차년도비목별총괄 연구비비목별명세 비목현금현물합계구성비 (%) 인건비 내부 외부 427, , 연구기자재및시설비 861, ,953 1,197, 재료비및전산처리 관리비 765, ,941 1,021, 직접비 시작품제작비 1,131, ,106 1,844, 여비 369, , 수용비및수수료 164, , 기술정보활동비 226, , 연구활동비 192, , 위탁연구개발비 961, , 간접경비 407, , 연구개발준비금 41,400-41, 간접비 지적재산권출원 등록비 24,847 24, 과학문화활동비 13,800-13, 연구실안전관리비 7,978-7, 총계 5,595,000 1,305,000 6,900,

179 5) 5 차년도비목별총괄 연구비비목별명세 비목현금현물합계구성비 (%) 인건비 내부 외부 335, , 연구기자재및시설비 567, , , 재료비및전산처리 관리비 520, , , 직접비 시작품제작비 722, ,920 1,455, 여비 291, , 수용비및수수료 135, , 기술정보활동비 179, , 연구활동비 151, , 위탁연구개발비 763, , 간접경비 321, , 연구개발준비금 32,700-32, 간접비 지적재산권출원 등록비 18,149-18, 과학문화활동비 9,710-9, 연구실안전관리비 5,707-5, 총계 4,055,000 1,395,000 5,450,

180 별첨 4 회의록 (06.11) 일시 ( 월 ) 오후 3 시 ~6 시 장소 서울대학교차세대자동차연구센터 (314 동 204 호 ) 참석자민경덕, 고장혁, 이광범, 이재완 회의사항 n 과업지시서검토및세부과제의설정 n 수소 연료전지자동차의안전성평가기술개발을위한사전기획연구를위하여과업지시서의연구과제및범위의 14개세부과제와자체적으로기획한 5개연구분야를추가하여 4개연구분야, 19개의연구내용으로초안을작성하였음. n 제도 정책분야는 5개연구내용, 수소안전성확보분야는 4개연구내용, 자동차안전성확보분야는 6개연구내용, 전기안전성확보분야는 4개연구내용으로분류하였음

181 회의록 (06.14) 일시 ( 목 ) 오전 9 시 ~12 시 장소 서울대학교차세대자동차연구센터 (314 동 204 호 ) 참석자민경덕, 고장혁, 이광범, 이재완 회의사항 n 수소 연료전지자동차자문위원및연구원구성 n 연구원 -> 서울대학교연료전지시스템연구부 ( 교수 4명 ) n 자문위원 -> 4분야별 8명 성명근무처직위 / 직책분야 민경덕서울대학교기계항공공학부교수기획총괄 고장혁삼육대학교카메카트로닉스학과교수제도ㆍ정책 김대광 로템기술연구소선임연구원전기모터안전 김민수서울대학교기계항공공학부교수 김한상서울대학교기계항공공학부 BK 교수 남광희포항공과대학교전자전기공학과교수전기안전 오형석현대자동차환경기술연구소선임연구원수소 / 연료전지안전 이광범교통안전공단자동차성능연구소책임연구원차량안전 ( 성능 ) 이대영 한국과학기술연구원에너지메카닉스연구센터 책임연구원 연료전지시스템 / 수소안전 이재완교통안전공단자동차성능연구소책임연구원차량안전 ( 충돌 ) 임성한 한국기술교육대학교기계정보공학부 교수 차량안전 ( 구조 ) 차석원 서울대학교기계항공공학부 전임강사

182 일시 ( 금 ) 오후 1 시 ~3 시 회의록 (06.15) 장소자동차성능연구소 참석자민경덕, 고장혁, 이광범, 이재완, 임성한 회의사항 n 자문회의일정구성 수소 연료전지자동차정식자문회의의일정을구성함. 수소 연료전지자동차자문위원단을검토함 일정 장소 6 월 28 일 ( 오전 9 시 ~12 시 ) 서울대학교차세대자동차연구소회의실 7 월 18 일 ( 오전 9 시 ~ 12 시 ) 서울대학교차세대자동차연구소회의실

183 회의록 (06.28) 일시 ( 목 ) 오 전 9 시 ~11 시 40 분 장소 서울대학교차세대자동차연구센터 (314 동 204 호 ) 참석자 민경덕, 김민수, 차석원, 김한상, 신재곤, 이광범, 이재완, 임성한, 김대광, 이대영, 오형석, 강상규 회의사항 n 1차초안인 4개연구분야. 19개연구내용이 6월 28일전문가자문회의를개최한결과, 4개연구분야의 12개연구내용으로조정되었음 제도정책분야 : 4개 2개로조정 n " 연료전지자동차자료조사, 수소및수소혼합연료자동차자료조사, 안전기준국제협력 3개의세부과제는동향분석및국제협력성격임으로통합하여 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 1개세부과제로하였음. n " 수소자동차취급요령및안전교육, 사고구난시대응매뉴얼연구 와자동차안전성확보분야의 수소연료전지자동차폐기관리방안개발 3개의세부과제는 3년또는 2년과제였으나, 과제들성격상다른세부과제들의결과물을활용해야하는것이므로 1개로통합하고또한과제수행기간도 1년으로단축하여 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 과제로정리하였음. 수소안전성확보분야 : 4개 3개로조정 n " 누출및충돌시험시수소대체물질연구, 수소저장및공급시스템안전성평가연구 2개의세부과제는대체물질연구가별도의세부과제로진행하는것보다는수소저장및공급시스템의세세부과제로진행하는것으로통합하여 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 1개세부과제로하였음

184 자동차안전성확보분야 : 6개 4개로조정 n " 연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한열관리시스템평가방안연구 는연구의당위성이부족하여삭제하였으며, 필요시일부내용은다른과제반영. n " 연료전지시스템고장진단연구 는과제의성격이유사한 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 와통합하여 연료전지자동차 FAIL-SAFETY 모드안전성평가연구 과제로정리하였음. n " 수소연료전지자동차폐기관리방안개발 과제는제도정책분야의 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구 과제로통합하였음. n " 신규발굴과제로서자동차충돌사고시발생될수있는화재에대한안전성평가를연구하는 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제를추가하였으며, 화재안전성에대한상세한검토를다음회의에토의예정. 전기안전성확보분야 : 4 개 3 개로조정 n " 연료전지, 배터리, 슈퍼캡에대한전기관리시스템평가방안연구 는 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 에통합하여진행

185 회의록 (07.12) 일시 ( 목 ) 오전 9 시 ~ 오후 8 시 장소 서울대학교차세대자동차연구센터 (314 동 204 호 ) 참석자민경덕, 고장혁, 이광범, 오형석, 남광희, 강상규 회의사항 n 자동차안전성확보분야 를 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발연구 의연구분야명칭으로사용하기부적절하다는전문자문위원들의의견이제시되어 차량운행안전성확보분야 로명칭을변경하였고, 연구분야는 4개, 9개연구내용으로조정하였음. 제도정책분야 : 2개 2개 n " 수소및수소혼합내연기관성능분야연구 의연구분야를 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 에포함하여진행하며, 수소및수소혼합내연기관에대한분석및원동기출력시험방법분석으로한정하고과제소요예산을재조정하였음. n " 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제중에서대형충돌사고에의한교통사고분석에대한내용을 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 에포함하여진행하는것으로수정하였음. 수소안전성확보분야 : 3개 3개 n " 수소 연료전지자동차화재안전성연구 과제중에서수소저장장치에대한화재안전성평가등을 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 에포함하여진행하는것으로수정하였음

186 차량운행안전성확보분야 : 4개 2개 n " 수소 연료전지자동차화재안전성연구 연구분야를화재안전성과관련된내용들을제도정책분야의 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 와수소안전성확보분야의 차량용수소저장및공급시스템의안전성확립을위한평가기술개발 에분산하고삭제하였음. 전기안전성확보분야 : 3개 2개 n " 연료전지자동차용대용량모터및제어기안전성연구 연구분야를 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 와 연료전지및전기전자시스템전자파안전성연구 에포함하고삭제하였음

187 회의록 (07.18) 일시 ( 수 ) 오전 9 시 ~ 12 시 장소 서울대학교차세대자동차연구센터 (314 동 204 호 ) 참석자 민경덕, 김민수, 차석원, 김한상, 신재곤, 이광범, 임성한, 김대광, 이대영, 오형석, 강상규 회의사항 전체자문연구원및위원님들이 12 일도출된 1 차 RFP 를검토및수정 제도 정책분야 n 수소 연료전지자동차의제도 / 정책동향분석및안전기준국제조화연구 1단계목표 - 자동차충돌에의한대형사고분석 2 단계목표 수소및수소혼합연료동력시스템분석 1. 1단계의주요연구내용 외국의연료전지자동차안전관련법규동향및실용화분석 일본 ( 도로운송차량법, TRIAS), 미국 (FMVSS, SAE), 유럽 (ECE, ISO) 일본 (JARI, JHFC), 미국 (CaFCP, DOE, DOT), 유럽 ( 아이슬랜드, 독일 ) 자동차충돌에의한대형사고분석 대형충돌사고및화재사고분석 A. 2단계의주요연구내용 수소및수소혼합연료자동차안전관련법규및실용화분석 일본, 미국, 유럽, ISO 북미 : 미국, 캐나다 Cummins Westport 수소및수소혼합연료동력시스템분석 n 수소 연료전지자동차안전관리, 구난체계및폐기방안선행연구

188 수소 연료전지자동차제작시사용되는유해물질 수소안전성확보분야 n 수소저장및공급시스템안전성평가연구 수소시스템의폭발에의한탑승객및외부에미치는영향분석 수소저장및공급시스템에대한안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 작성 자동차안전성평가분야 n 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 1. 1단계주요연구내용 수소 연료전지자동차의안전기준적용성분석 안전기준개정항목선정 - 수소 연료전지자동차관련안전기준개정로드맵및개정방안수립 연료전지자동차연비측정방법관련평가 - ISO/AWI 23274, , 단계주요연구내용 수소 연료전지자동차의안전기준부합성평가 수소 연료전지자동차각안전시험항목별평가및분석안전기준시험항목 : 1, 2, 3, 15, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 35, 41 - FMVSS( 미국 ), ECE( 유럽 ), 보안기준 ( 일본 ) 수소 연료전지자동차각안전시험항목별시행세칙확립 - 안전기준시험항목 : 1, 2, 3, 15, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 35, 41 - FMVSS( 미국 ), ECE( 유럽 ), 보안기준 ( 일본 ) 안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 도출 각항목별안전기준 ( 안 ) 및평가방법 ( 안 ) 작성및반영 - 안전기준시험항목 : 1, 2, 3, 15, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 35, 41 수소 연료전지자동차의신규시험항목도출 신규시험항목발굴을위한로드맵수립

189 - 화재안전성, 고전압안전성, 수소안전성, FAIL-SAFETY 등 n 수소 연료전지자동차안전기준부합성평가연구 1. 1단계주요연구내용 연료전지시스템의잠재적위험요소분석 전기적충격, 절연파손시, 화재시, 차량충돌시 연료전지시스템의 FAIL 감지선행연구 - FAIL 발생시시스템특성변화분석 - FAIL 발생시나리오판별및감지방안연구 2. 2단계주요연구내용 연료전지 FAIL 발생시안전성평가기술연구 연료전지시스템모니터링기술 차체의절연확보대책 연료전지 FAIL 발생시에안전성확보대책 제어계통이상시 FAIL-SAFETY 모드분석 FAIL-SAFETY 모드의작동조건, 제어로직, 대응전략등 Power Control, 배터리, 중요센서, 수소공급라인 전기안전성확보분야 n 연료전지및고전압시스템전기안전성연구 1. 1단계주요연구내용 대전력구동시스템의전기적안정성평가방안연구 2. 2단계주요연구내용 고전압시스템전기안전성평가기술개발및검증연구 연료전지차량용보조전원장치의전기관리시스템평가기술개발 대전력구동시스템안전성확보방안연구및평가기술개발

190 회의록 (08.21) 일시 ( 화 ) 오후 2 시 ~4 시 장소 한국건설교통기술평가원 (3 층 2 회의 실 ) 참석자 민경덕, 이광범, 고장혁, 윤갑성, 최도형, 유영성, 이광호 회의사항 한국건설교통기술평가원에서구성한자문위원님들이본과제 RFP 를검토 이광호자문위원 - 수소 연료전지자동차안전성평가기술개발에 232억의예산은그내용에비해큰금액임. - 수소 연료전지자동차 R&D에대한투자가안전성평가기술개발에대한투자보다더중요. - 수소 연료전지자동차를시장에서받아들일지의문. - 수소의생산에대한인프라도없음 - 독일, 아이슬란드는수소 연료전지버스가다니고있지만, 안전기준이없음. 유영성자문위원 - 수소 연료전지자동차개발에더많은재원이투입되어야함. - 안전성기준은수소 연료전지자동차개발이이루어진후에개발되어야함. - 실패없는과제이므로, 예산을좀더낮게편성해야함. 최도형자문위원 - 어떤제품을어떻게공급받아서실험을할것인지, 실험에사용된제품이나중에실제로상용화될제품인지고려해보아야함. - 안전기준을개발하는과제라고했지만, 그과제내에 R&D가포함되어있지

191 않나타부처의 R&D 사업과중복되는것을피해야함. 김태희실장 - 타부처사업과의중복성이배제되어야함. - 과제는필요성이있고, 좋은과제이며, 시기적으로적절한지검토해야함. - 예산이큰편이고, 한번에 5년연속으로하지말고, 1, 2단계로나누어서해야함. 윤갑성사무관 - 수소 연료전지자동차가있기때문에, 안전기준이마련되어야함. - 현재수소충전소 4군데, 올해에 2군데더설치가되지만, 자동차관련법규가하나도없음. 민경덕교수 - 환경부와산자부는수소인프라쪽 R&D를추친하고있고, 건교부는차의안전성기준을마련해야함. - 본과제에서수소 연료전지자동차를개발하기때문에예산이많이드는것임. - 이미중복성은배제되었고, 세부연구내용별로보면연구내용별액수는큰것은아님. - 기간이빠른것인지여부는타부처의수소 연료전지과제와조율을해야함. - 자문위원단의의견을최종보고서 (RFP) 에반영되도록노력할것임

192 별첨 5 서명부 (06.11)

193 서명부 (06.14)

194 서명부 (06.15)

195 서명부 (06.28)

196 서명부 (07.12)

197 서명부 (07.18)

198 서명부 (08.21)