RWTH 아헨 대학교의
팬터그래프가 장착된 트럭
RWTH 아헨 대학교의 혁신적인 연구 프로젝트
RWTH 아헨 대학교의 PEM은 전 세계 도로에서 CO2 배출을 지속적으로 줄이기 위해 팬터그래프와 Webasto 부품을 사용한 전기 트럭을 개발하고 있습니다. 도로 교통은 CO2 배출을 크게 줄이고 지속 가능한 감소를 하는 데 중요한 전환점입니다. 트럭은 전 세계 CO2 배출량의 약 10%를 차지합니다. 동시에, 트럭은 높은 에너지 요구량과 긴 이동 거리 때문에 전동화 하기 어렵습니다.
이 문제를 해결하고 화물 운송을 위한 경쟁력 있는 솔루션을 찾기 위한 노력이 RWTH 아헨 대학교의 Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)에 의해 수행되고 있습니다. LiVePLuS 프로젝트의 일환으로, 전문가들은 팬터그래프와 배터리를 사용한 전기 드라이브 트레인을 개발하고, Webasto의 지원을 받아 첫 번째 프로토타입을 구현했습니다.
2014년에 설립된 RWTH의 PEM은 독일의 우수 대학 중 하나이자 세계 최고의 대학 중 하나로, E-모빌리티의 핵심 부품을 연구하고 있습니다. 네 개의 연구 그룹이 전체 밸류 체인에 걸쳐 전기 동력 전달 장치의 핵심 부품 중 하나인 배터리에 집중하고 있습니다. " 우리의 목표는 CO2 배출을 적극적으로 절감할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것입니다. 도로 교통은 배출량의 상당 부분을 차지합니다.
자세히 살펴보면, 전동화가 CO2 감소에 상당한 영향을 미칠 수 있는 것은 주로 대형 상용 차량입니다. 따라서 효율성을 극대화하고 가능한 가장 큰 영향을 미치기 위해, 우리는 연구 프로젝트에서 바로 이 분야에 집중하고자 합니다,"라고 PEM의 배터리 엔지니어링 및 안전 팀장인 Konstantin Sasse는 설명합니다.
Webasto 레퍼런스 스토리: RWTH 아헨 대학교와의 트럭 팬터그래프 공동연구 및 실증 프로젝트
도로 교통에서 새로운 전환
주요 목표는 응용 분야에 맞게 개별적으로 조정할 수 있는 구동 장치 모듈을 개발하는 것입니다. 이를 위해 2017년 9월에 LiVe 프로젝트가 시작되었으며, 초기에는 배터리 전기 차량을 기반으로 연료 전지나 팬터그래프(차량에 장착된 접이식 전류 수집기)와 같은 다양한 기술을 연구했습니다. 이 프로젝트를 기반으로 2020년 2월에 LiVePLuS 프로젝트가 시작되어 배터리와 팬터그래프를 사용하는 대형 트럭에 집중했습니다.
연구 결과를 검증하고 팬터그래프가 장착된 세미 트레일러 트럭의 적합성을 입증하기 위해, 트럭을 프로토타입으로 개조했습니다. 이 트럭은 전기 모터와 견인 배터리로 구성되며, 팬터그래프가 추가되어 오버헤드 라인 시스템과 인터페이스를 형성합니다. 센서 시스템은 차량이 오버헤드 라인이 있는 차선에서 주행 중인지 감지하고, 트럭의 팬터그래프가 확장되어 오버헤드 라인과 도킹됩니다. 이를 통해 전기 모터에 전력을 공급하고 동시에 배터리를 충전합니다.
이 두 프로젝트는 VDI/VDE Innovation + Technik GmbH에서 후원하며, 독일 연방 환경, 자연 보전, 원자력 안전 및 소비자 보호부(BMUV)에서 자금을 지원 받고 있습니다. "팬터그래프 기술은 인프라를 신속하게 구현할 수 있어 특히 흥미롭습니다. 2030년까지 많은 성과를 이룰 수 있습니다. 연구에 따르면 오버헤드 라인 트럭을 사용하면 2030년까지 기존 트럭에 비해 약 50%의 CO2 배출을 줄일 수 있습니다. 만약 오버헤드 라인 시스템을 재생 가능 에너지원으로만 운영한다면, 이러한 트럭의 운영으로 CO2 중립이 될 것입니다,"라고 PEM의 E-Mobility 생산 공학 팀장인 Simon Dünnwald는 말합니다.
팬터그래프가 공급하는 에너지는 매우 효율적일 뿐만 아니라, 기존 트럭에 비해 단점이 거의 없습니다. 인프라에 미치는 영향도 마찬가지로 낮습니다. 오버헤드 라인이 있는 차선은 다른 교통 참가자들도 제한 없이 사용할 수 있습니다. 이러한 오버헤드 라인은 현재 A1 및 A9 고속도로 구간에 테스트 루트로 설치되어 있습니다. "시뮬레이션과 연구에 따르면 독일 고속도로 네트워크의 약 30%인 3,200~4,000킬로미터를 오버헤드 라인 시스템으로 개조하면 대형 트럭의 80%를 전동화 할 수 있습니다. 따라서 우리는 여기에 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다."라고 Dünnwald는 말합니다.
Webasto의 부품과 최고 수준의 지원
현재 독일 도로에서 순수 전기 동력으로 작동하는 팬터그래프 트럭이 없고, 이 기술이 매우 새롭기 때문에 연구 그룹은 이미 준비된 시스템을 사용할 수 없었고 혁신적인 해결책을 찾아야 했습니다. 부품의 배송도 만만치 않았습니다. "우리는 연구 프로젝트를 위해 소량의 프로토타입을 제작하고 있습니다. 이는 많은 공급업체에게 매력적이지 않습니다. 개별 부품의 기술적 가용성과 배송 시간도 적절해야 했습니다.
대형 상용 차량이라는 분야는 이미 일부 시장 참가자를 제외합니다. 물론 부품에 대한 몇 가지 요구 사항도 있었습니다. 예를 들어, 프로토타입 배터리 대신, 나머지 고전압 온보드 전원 공급 장치와 호환되는 양산 인증 배터리를 설치하고자 했습니다,"라고 Sasse는 설명합니다. 트럭의 공간이 제한되어 있기 때문에 배터리의 크기도 적절해야 했습니다. 철저한 시장 조사와 심층 연구 끝에 최종적으로 Webasto의 상용 차량용 표준 배터리가 선택되었습니다.
이 회사는 필요한 부품을 단기간에 공급할 수 있었을 뿐만 아니라, 전문 지식을 통해 적극적인 지원도 제공했습니다. "우리는 Webasto와 긴밀히 아이디어를 교환하고 모든 부서와 직접 연락을 취했습니다. 프로토타입을 개발하는 것은 항상 매우 구체적인 질문이 발생하며, 이를 위해 전문가의 의견이 필요합니다. 우리는 Webasto와 매우 긴밀히 협력하여 신속한 피드백을 받고, 모든 관련 데이터를 제공받았으며, 현장에서 개별 부품의 시운전 중에도 지원을 받았습니다,"라고 Sasse는 설명합니다.
Webasto의 배터리 시스템 외에도 Vehicle Interface Gateway(VIG) 제품도 사용되었습니다. 이는 매우 컴팩트하고 차량과 배터리 간의 인터페이스 역할을 하며, 최대 16개의 배터리를 제어할 수 있습니다. 연구 그룹은 VIG를 기반으로 소위 Power Distribution Unit(PDU)을 개발했습니다. 이 개별 소형 장치에는 배터리, 팬터그래프 및 모터의 주요 연결부 간의 전력이나 신호를 적절히 나누어주는 기능 등이 포함되어 있습니다.
EV Battery Pack Module in Aluminum Housing - Webasto Battery System
이론의 현실화
부품별 개별 시운전과 전체 시스템의 미구축 상태에서 시운전을 포함한 수많은 테스트를 거친 후, 프로토타입의 실제 테스트 주행이 이루어질 예정입니다. 이 차량은 이미 RWTH 테스트 트랙에서 여러 차례 테스트를 거쳤습니다. 다음 단계로, 팬터그래프가 다른 테스트 트랙에서 오버헤드 라인에 도킹하는 과정이 원활한지 확인할 예정입니다.
그 후, 프로토타입은 공공 교통에서 운행되어 연구 그룹이 종합적인 측정을 수행할 수 있게 됩니다. "목표는 시스템이 더욱 최적화되고, 높은 성숙도를 달성하는 것입니다. 우리는 모듈 구동 장치 블록을 완전히 개발하는 것 뿐만 아니라 경제적인 수익을 실현하는 지점에 도달하고자 합니다. 비용이 적절하지 않으면 시스템이 활용되지 않을 것입니다. 하지만 우리는 훌륭한 길을 가고 있습니다. 이 프로젝트는 또한 높은 사회적 중요성을 가지고 있습니다:
우리는 이미 많은 주요 공급업체 회사들의 방문을 받았으며, 그들은 프로토타입을 보고 열광했습니다. 우리의 프로젝트가 앞으로 어떻게 될지 궁금하지만, 지금까지 이룬 성과에 대해 매우 자랑스럽습니다. 그리고 Webasto는 포괄적인 지원을 하고 화물 운송의 탈탄소화를 함께 추진할 파트너 입니다,"라고 Dünnwald는 말합니다. Webasto도 이러한 협력에 매우 적극적입니다. "우리는 도로 운송에서 CO2 배출을 대폭 줄일 수 있는 잠재력을 가진 이 혁신적인 프로젝트의 파트너가 된 것을 자랑스럽게 생각합니다. 우리는 앞으로도 기꺼이 제품과 이론적 의견을 제공하며 프로젝트를 지원할 것입니다,"라고 Webasto의 에너지 관리 사업부 부사장인 Michael Bauer는 덧붙였습니다.
