Shaped Magnetic Field In Resonance 세계가 인정한 카이스트 자기공진 형상화 기술 Time지 선정 세계 50대 발명품 2 KAIST 무선전력전송연구센터

Wireless Power Transfer Research Center 무선전력전송연구센터

Shaped Magnetic Field In Resonance 세계가 인정한 카이스트 자기공진 형상화 기술 Time지 선정 세계 50대 발명품 2 KAIST 무선전력전송연구센터

Wireless Power Transfer Research Center 세계경제포럼 (WEF, 다보스포럼 ) 선정세계 10 대유망기술 www.smfir.co.kr 3

Shaped Magnetic Field In Resonance 추진경과 2009 01.13 05.01 10.21 11.09 신성장동력과제선정 ( 제29 회국가과학기술위원회 ) [ 교과부, 250억원 ] 무선충전전기자동차원천기술개발사업 CNN Eye on South Korea 에무선충전전기자동차방영서울대공원시범사업시험인프라착공 2010 03.09 05.01 11.11 11.22 서울대공원 OLEV 열차시범사업완공및시험운행시작 [ 지경부, 150억원 ] 무선충전전기자동차기반단기수송시스템기술개발사업과제 G20 정상회의기간중홍보관운영 TIME지 2010 년 50대발명품 에무선충전전기자동차선정 2011 05.18 07.19 09. 10. 12. 2011 OLEV 심포지움개최 (KAIST) 서울대공원코끼리전기열차상용운행시작국내외상용화추진을위한회사설립국내 : ( 주 ) 올레브 (2011.09) 국외 : OLEV Tehc(2011.03) [ 철도시설공단 18억원 ] 고속철도용대전력비접촉식급집전기초핵심기술개발과제 [ 국토부 1차년도, 100 억원 ] 비접촉전력전달방식친환경대중교통시스템개발과제 2012 05.~08. 10. 10. 10.04 11. 2012 여수엑스포박람회 OLEV 전시및운행자동차안전연구원내표준급전인프라구축 OLEV 버스및급전인프라공인인증확보 KAIST OLEV 교내순환셔틀버스운행시작 [ 국토부 2차년도, 100 억원 ] 비접촉전력전달방식친환경대중교통시스템개발과제 2013 02.13 02.15 03.06 06.04 08.06 60kHz 대용량무선전력전송원천기술초기시험성공 ( 오송무가선트램시험장 ) 세계경제포럼 (WEF 다보스포럼 ) 2013년 10대유망기술 에 OLEV 기술선정무선충전전기버스시범사업협약체결 : 구미시 60kHz 무선전력전송기술무가선트램적용시연구미시무선충전전기버스시범사업개통식 4 KAIST 무선전력전송연구센터

1. 무선충전 전기차 초창기 모델 2. 무선충전 전기차 초창기 모델 2 3. 1세대 무선충전 전기버스 4. 2세대 무선충전 전기버스 5. 무선충전 전기마을버스 6. 무선충전 전기승용차 7. 1세대 코끼리전기열차 8. 2세대 코끼리전기열차 9. 여수엑스포 무선충전 전기버스 10. KAIST 무선충전 교내셔틀버스 11. 60kHz 대용량 무선급전 원천기술 시연 12. 연구중인 무선충전 무가선트램 13. 구미시 무선충전 전기버스 14. 무선충전 전기버스 시범운행 개통식 www.smfir.co.kr 5

Shaped Magnetic Field In Resonance 추진배경 실시간대용량무선충전이가능한신개념전기자동차시스템을개발하여도로를충전소로활용하고, 배터리문제와충전문제해결 한계극복연구필요 배터리문제 무게가격부피주행거리 본격적인상용화 충전문제 충전시간효율안전문제사용편의성 전기자동차개발필요성대두 석유에너지고갈 환경오염문제 CO₂ 배출규제 비접촉충전기술을이용하여주행및정차중충전이가능한원천기술을개발하여전기자동차상용화의걸림돌인배터리문제와충전인프라문제를해결함으로써미래전기자동차시장의탁월한국가경쟁력확보 무선충전전기버스핵심기술개발성과를기반으로승용차, BRT, 철도시스템및기타무선전력전송응용분야에적용하여파급창출 원천기술확보를통해미래무선충전수송시스템시장에서탁월한국제적경쟁력을확보, 신시장주도및기술을선점하여부가가치창출 6 KAIST 무선전력전송연구센터

세계최초 SMFIR 원천기술확보 세계최초로주행및정차중무선으로대용량의에너지를안전하게전달할수있는 SMFIR(Shaped Magnetic Field In Resonance, 자기공진형상화기술 ) 원천기술개발 SMFIR 원천기술을활용하여도로밑에매설된전선에서발생하는 자기장 을차량하부에장착된집전장치를통해효율적으로모아 전기에너지 로변환하여차량을운행하는무선충전수송시스템기술개발 Capacitor Cable Pick-up device Core Power line Shaped Magnetic Field in Resonance Source Current Amperes law Magnetic flux B (travels through air) Faradays law (induction) Generated Voltage 20kHz 무선전력전송원천기술확보 - 무선충전전기버스상용운행에필요한이격거리, 전력전달효율및용량을확보하고전자파안전성문제를해결하여상용화가능성입증 상용운행에필요한조건확보 : 이격거리 : 20cm 전력전달효율 : 85% 집전용량 : 100kW 전자파인체안전성 : 최대 62.5mG 확보 www.smfir.co.kr 7

Shaped Magnetic Field In Resonance 60kHz 무선전력전송기초기술확보및초기시험성공 - 무선충전기술의활용성을증대시키고, 새로운미래철도기술경쟁력강화를위해서대용량, 고효율, 저비용 60kHz 급집전시스템개발 60kHz 무선급전기초기술확보및초기시험성공 (2013.02.13) 달성성과 - 이격거리 : 10cm - 전력전달효율 : 85% - 집전용량 : 180kW 급전선로 픽업 무가선트램에 60kHz 무선급전기술적용가능성검증및시연성공 60kHz 무선급전기초기술확보및초기시험성공 (2013.02.13) 차량에장착된픽업 급전선로배치도 정차중충전 (15m seg.) 주행중충전 (15m seg.) Inv1 Inv2 Cap1 5m 15m( 정차중 ) 1m 1m 1m 15m( 주행중 ) Segment1 Segment1 Cap1 8 KAIST 무선전력전송연구센터

60kHz 대용량급집전원천기술개발초기시험 200kW 급 60kHz 급전인버터사양도출, 설계및제작 2 세그먼트설계, 제작및시험 ( 급전선로 15m) 180kW 급집전픽업설계, 제작및시험 180kW 급집전정류기설계, 제작및시험 연구결과 집전용량증가입증 공진주파수를 3 배로하여집전용량이픽업모듈당 3 배로증가 경제성증대입증 집전구조최적화및급전구조경제성개선가능 - 집전픽업크기 / 무게감소 - 제작비용감소 / 급전인버터크기감소 / 급전케이블굵기감소 - 급전케이블공유길이증가 다양한수송분야실용화가능성확보 대용량의에너지를무선으로전달할수있는원천기술개발로철도분야, 항만수송시스템분야등다양한수송분야적용가능 60kHz 대용량급집전원천기술개발 연구중점분야기술개발방향 친환경고효율철도무선급전기술 철도차량무선급전통합 SE 및성능시험기술개발 철도차량무선급전 Test-Bed 기술개발 철도고속화및친환경기술 철도급전에너지관리효율화기술 도시철도고효율무선급집전기술개발 철도무선급전실용화및친환경철도건설 고속철도고효율무선급집전기술개발 철도건설및유지보수절감기술 철도차량무선급전실용화기술개발 www.smfir.co.kr 9

Shaped Magnetic Field In Resonance 무선충전전기버스기술 개념 20kHz 무선전력전송원천기술을이용하여도로밑에매설된전선에서발생하는 자기장 을차량하부에장착된집전장치를통해 전기에너지 로변환하여차량을운행하는새로운개념의친환경전기자동차 - 버스운행노선중시점, 종점, 정류장, 교차로부근및주차장등전체버스운행노선의약 5~15% 정도에급전인프라구축하여 OLEV 차량인경우에만인식하여전력을공급하는세그멘테이션적용 급전레일 세그먼트형식의저렴한도로급전 배터리 1/3~1/5 로용량축소 인버터 3phase 440V/60Hz 200A 20kHz 집전장치 차량하부에서고효율로집전 3phase 440V/60Hz 급전인버터 200A 20kHz 레귤레이터 인버터 배터리 모터 급전구조물버스전용차선 세그먼트 세그먼트 세그먼트세그먼트세그먼트 10 KAIST 무선전력전송연구센터

장점 1. 주행중급전및충전이가능 일반도로를충전소로활용, 달리면서실시간으로무선충전이가능하여전기자동차의사용편의성및안전성증대 2. 운행노선의 5~15% 정도의급전인프라구축 버스운행노선중시점, 종점, 정류장, 교차로부근및주차장등전체버스운행노선의약 5~15% 정도급전인프라구축하기때문에인프라구축비용절감 3. 세그멘테이션기술적용으로안전성확보 차량하부에장착된집전장치를통하여 OLEV 차량만을인식하여전력을공급하는세그멘테이션적용으로안전성을확보 4. 전기자동차상용화의새로운돌파구마련 배터리문제 ( 가격, 무게, 주행거리, 충전시간 ) 및충전설비문제등전기자동차상용화의제약요인을극복하고전기자동차상용화의돌파구를마련하여전기자동차보급가속화에기여 5. 전기자동차가격경쟁력우위 배터리일체형전기자동차또는배터리교체형전기자동차대비차량가격및인프라구축비용의경쟁력유지가능 6. 기술선점을통한신성장동력산업창출가능 융합연구를통한원천기술개발로기술선점및무선충전분야 ( 수송시스템, 휴대기기, 가전기기 ) 의신성장동력산업창출가능 배터리가격을획기적으로절감 감전위험이없는비접촉무선충전방식사용자의안전성과편의성확보 주유소 5 배이상고가의충전시설불필요기존전기차에비해월등한경제성확보 www.smfir.co.kr 11

Shaped Magnetic Field In Resonance 무선충전철도기술 개념 대용량고효율, 저비용 60kHz 용급집전시스템원천기술을이용하여철도레일위에구축된급전선로에서발생하는 자기장 을철도하부에장착된대용량집전장치를통해효율적으로모아 전기에너지 로변환하여열차를운행 배터리집전장치급전레일 집전장치 3phase 440V/60Hz 400A 인버터 60kHz 집전모듈 인버터 배터리 모터 급전장치 하부급전선로 12 KAIST 무선전력전송연구센터

장점 1. 무선충전기술의활용성을증대 기존의 20kHz 단점을보완하고무선충전용량의증대를위한 60kHz 용급집전시스템을개발, 무가선트램및고속철도에적용가능 2. 새로운미래철도기술경쟁력강화 기존상부가선방식에서발생하는문제점을해결하고철도시스템전반에대한패러다임변화에기여 3. 철도시설의유지보수비용절감 비접촉방식으로전력을공급받기때문에급전장치의마모가없어유지보수비용절감 4. 도시미관개선과건설비감소 전신주등전차선설비가필요하지않아도시미관이개선되고, 철도부지소요면적이줄어들고터널단면적도크게축소돼건설비감소 5. 고속주행시안전성확보와소음문제해결 높은속도에서도팬터그래프와전차선간에이선문제와소음문제등해결 전차선 / 판토그래프제거 도시미관개선 / 마모에의한유지보수비절감및소음저감 터널단면축소및공사비절감 www.smfir.co.kr 13

Shaped Magnetic Field In Resonance 핵심연구성과 세계 10 대유망기술및세계 50 대발명품선정 세계 10 대유망기술선정 ( 13.02.15.) - 세계경제포럼 (WEF : 다보스포럼 ) 에서 2013 년세계 10 대유망기술로선정 세계 50 대발명품선정 ( 10.11.22.) - 시사주간지타임지에서 2010 년을빛낸세계 50 대발명품으로선정 우수논문게재 - Proceedings of the IEEE, Coil Design and Shielding Methods for a Magnetic Resonant Wireless Power Transfer System(Apr. 2013.) - IEEE Spectrum, Charging Up the Road(Apr. 2013.) 기술이전및국내시범사업현황 세계최초로연구개발한 SMFIR 원천기술을사업화하기위하여사업지역별로신규추진회사를설립 ㄜ올레브 OLEV Technologies 회사명 : OLEV Technologies 사업지역 : 미국지역사업범위 - 급전선로인프라구축, 차량제작및운영관리 - 보스턴로건공항상용화추진중협약체결 : 2011년 3월 14 KAIST 무선전력전송연구센터 회사명 : ㄜ올레브사업지역 : 한국및아시아지역사업범위 - 급전선로인프라구축, 차량제작및운영관리 - 과천서울대공원 OLEV 코끼리열차및인프라상용화완료 ( 운영권획득 ) - KAIST OLEV 교내셔틀및인프라상용화완료 - 구미시 OLEV 버스및인프라상용화예정협약체결 : 2011 년 9 월

서울대공원시범사업을통한급전인프라구축완료 2011 년 7 월 19 일코끼리전기열차상용운행시작 서울대공원전기코끼리열차운행권획득 (2012.12.) 급전인프라구축 : 총 2.2km 순환도로중 372.5m, 16% 2012 여수엑스포 OLEV 시범인프라구축및운영 (2012.5.~2012.8.) 에너지파크체험시설과생산시설사이노선운행 ( 시간당 3 회운행 ) 스카이타워에서에너지파크까지관람객수송 ( 일 3 회 ) 급전인프라구축 : 총 600m 도로중 36m, 6% 2012 OLEV 상용급전인프라구축및교내셔틀버스운행 (2012.10.~) 교내급전인프라구축및 OLEV 셔틀버스운행으로학생, 교직원의편의도모 상용화첫모델, 공극간격 20cm, 집전용량 60~70kw, 최대수송인원 1,344 명 / 일 최대출력 240kw(320 마력 ), 최대효율 80% 급전인프라구축 : 총 3,760m 도로중 60m, 1.6% 구미시무선충전전기버스시범사업 (2013.7.2~2013.12.31) 세계최초로일반도로시내버스구간도입및운행 구미역과인동지역을잇는간선버스노선으로운영 급전인프라구축 : 총 24km 왕복노선중 144m, 0.6% www.smfir.co.kr 15

Shaped Magnetic Field In Resonance 핵심연구성과 세계최초신기술상용화를위하여세계최초법제도기반마련 구분 주파수 도로구조 전기안전 차량인증 진행상황 전파응용설비용주파수배분 (19~21kHz, 59~61kHz) 완료 도로법시행령개정완료 - 전기자동차충전시설의경우매설깊이예외조항신설 OLEV 전기안전상용기준 - 사도로인증규격 : 완료 - 공공도로인증규격 : 완료 OLEV 차량안전기준 - 폐쇄지역운행차량인증규격 : 완료 - 개방지역운행차량인증규격 : 완료 협조부처방송통신위원회국토교통부지식경제부국토교통부 상용화기술에대한전문기관검증및공인인증확보 ( 전기, 전자파, 도로및차량 ) 13 년 07 월 09 일부로차량인증까지완료하여모든인증확보완료 구분인증내용인증기준결과 차량공인인증 전기안전 전자파안전 도로안전 차량전자파인증 고전원전기장치인증 급전인버터 자동차안전기준에관한규칙제 111 조의 2, 전자파적합성시험 자동차안전기준에관한규칙제 18 조의 2, 고전원전기장치 EN 50178 Electric equipment for use in power installations 급전 Cable LSS12-3A48 Rev.1( 전력선전기안전기준 ) 30MHz~1GHz 대역자동차안전기준만족 절연저항 500 MΩ이상 ( 실측 : 870 MΩ ) 만족 만족 집전 Cable LSS12-3A116 Rev.1( 전력선전기안전기준 ) 만족 차량전자파자동차안전기준에관한규칙제 111 조의 2 EMF( 전자파인체보호기준 ) 전자파 압축강도 휨강도 IEC 62110 기준 62.5mG (6.25uT) / 20kHz 기준 KS F 2405 / 30 MPa 이상 KS F 2408 / 3 등분점하중법 (0.7 MPa 이상 ) 만족 만족 31.2 MPa ( 적합 ) 적합 검증기관 자동차안전연구원 전기안전공사안전인증센터 한국기계전기전자시험연구원 한국기계전기전자시험연구원 부산테크노파크 표준과학연구원 한국건설생활환경시험연구원 한국건설생활환경시험연구원 16 KAIST 무선전력전송연구센터

사업화추진현황 구분 해외사업 미국 덴마크 내용 Massport Authority 보스톤로건공항시범사업검토 (` 13~) 콜딩시시범사업검토 (`` 13) 국내사업 서울특별시-KAIST MOU 체결 ( 09.08.11) - 서울대공원온라인전기열차시험인프라구축및시험운행 ( 10.3. 준공 ) 서울특별시 - 서울대공원온라인전기열차상용운행시작 ( 11.7.) - 서울대공원온라인전기열차상용운행권획득 ( 12.12.) 여수 EXPO 2012 여수엑스포 OLEV 시범인프라구축및운행 ( 12.05.~08.) KAIST 셔틀 OLEV 상용 KAIST 교내셔틀버스구축및운행 ( 12.10.) 구미시무선충전전기버스시범사업진행 ( 13.07.~12.) 사업화추진방향 Step 1 버스중심의대중교통시스템 정해진노선을운행하는버스중심대중교통시스템진입으로경제성및안전성입증 정류장부근과교차로부근및경사지역에인프라구축 Step 2 철도및항만시스템접목 철도 (KTX 등 ) 의운행속도제약해결및터널공사비용경감 RTG, YT 등항만운송수단에접목하여 Green port 구현 www.smfir.co.kr 17

Shaped Magnetic Field In Resonance 향후추진과제분야 1. 철도차량에적용할수있는무선전력전송기술개발 - 1 단계 : 무가선트램 - 2 단계 : KTX, 전동차등모든가선을이용한철도차량 2. 소형차용무선충전시스템개발 - 대중교통 ( 버스, 철도 ) 와연계할수있는 Sharing 소형무선충전전기자동차개발 - 소형무선충전전기자동차개발로전기자동차의보급증대가능 3. 친환경항만시스템구축을위한무선충전항만수송시스템기술 - RTG 집전장치개발 - YT 용집전장치 - 항만용급전인프라개발 휴대기기 / 가전분야노트북, 휴대폰, 휴대플레이어, TV, 가전제품 공항 / 항만분야공항버스, RTG/YT 로봇분야가정용, 산업용, 군용 SMFIR 원천및파생기술 레저분야사파리, 보트, 놀이공원 자동차분야시내버스, 마을버스, 고속버스, 택시, 승용차, 골프카, 공장항만등대규모단지내이송차량, 트럭 철도분야 BRT, PRT, 경전철, 지하철, 고속철 18 KAIST 무선전력전송연구센터

기대효과 1. 미래시장선점가능 무선급집전모듈개발의경제성확보에의한미래무선충전수송시스템시장선점가능 2. 철도분야의문제점해결 철도분야에적용할경우, 기존의상부가선방식에서발생되는감전문제, 도시미관문제, 속도제한및상부가선설치비용등의문제점을해결가능 3. 광범위한전기산업분야활용가능 휴대기기및가전분야를비롯하여로봇분야, 레저분야등전기를활용하는모든분야에활용가능 www.smfir.co.kr 19

Shaped Magnetic Field In Resonance 구미시 시내버스 시범사업 OLEV 사업화 추진 인증을 확보한 상용 수준의 무선충전 전기버스 기술을 시범 노선을 대상으로 실제 도로에 구축하여 운영함으로서 현장 운영시 발생할 수 있는 문제점을 도출하고 보완하여 무선 충전 전기버스의 보급 촉진 구축 규모 3phase 440V/60Hz 무선 충전 전기버스 : 2대(저상버스 모델) 급전 200A 인버터 20kHz 급전구조물 버스전용차선 레귤레이터 인버터 배터리 모터 세그먼트 세그먼트 세그먼트 세그먼트 세그먼트 노선 : 구미역과 인동 지역을 연결하는 왕복 24km 노선 구간 계 20 KAIST 무선전력전송연구센터 거리(km) 내용 구미역~인동고등학교 입구 12 1구간 구미역~KBS네거리 2.6 왕복 4차선 도로 2구간 KBS네거리~수출탑로터리 1.8 왕복 8~10차선 도로 3구간 수출탑로터리~인동광장 5 왕복 6차선 도로 4구간 인동광장~인동고등학교 입구 2.6 왕복 6~8차선 도로

- 급전시스템설치개수 : 5 개소에설치 ( 인버터 6 대 ) 운행기간 (2013. 08. 06~12 월말 ) - 1 일 10 회운행예정이며, 이중 4 회에한하여시승을신청한단체를대상으로시승탑승예정 (6 회는연구과제수행에활용 ) 기대효과 저탄소녹색성장의일환으로구미시에서추진하고있는 탄소제로도시 이미지확보 - 구미시 100 대공약 사업에의한온실가스감축목표달성가능성증대 구미시의녹색정책추진의지를대외적으로홍보가가능하여도시브랜드증대효과 시민들에게전기버스체험기회제공, 친환경대중교통에대한관심과긍정적인식확산 대중교통이용률이높은구간에적용하여무선충전전기버스의우수성홍보극대화 구미시향후계획 전기버스중심의대중교통체제로일대혁신 - 간선도로전기버스, 각도로중심으로지선도로방사순환운행 15 년도간선도로전기버스운행도입및연차적확대계획 www.smfir.co.kr 21

Shaped Magnetic Field In Resonance 22 KAIST 무선전력전송연구센터 보도자료 주요 외신 보도

주요 내신 보도 www.smfir.co.kr 23

KAIST 무선전력전송연구센터 305-732 대전광역시유성구문지로 193 한국과학기술원문지캠퍼스 Tel. 042_350_6683 Fax. 042_350_6689 www.smfir.co.kr