국내 연구진이 고출력 전자기펄스(HPEMP: High Power Electromagnetic Pulse)로부터 핵심시설물을 보호하는 장비인 HPEMP 보호기 핵심소자 기술을 국산화 개발하고, 관련 전문기업에 기술이전한다.

미래창조과학부 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(KERI) 이재복 책임연구원팀(전기환경연구센터)은 ‘고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호대책기술 개발(정부출연금사업)’ 과제를 통해 ‘HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 고밀도 MOV 제조기술’을 개발했다. 

기상이변과 낙뢰 발생의 증가로 각종 기간시설물 및 전자기기에 대한 낙뢰피해가 급증하고 있다. 또한 최근 불안한 국제정세 및 남북관계 상황과 소형·경량 고출력/광대역 전자기펄스 발생시스템 기술의 발달로, 국가기간시설에 대한 은밀한 HPEMP 공격 가능성이 증가하고 있어 HPEMP 공격과 테러에 대한 정부차원의 보호대책이 요구된다. 특히 관련 기술은 국가 안보 차원의 기술보안(수출금지)으로 인해 국가간의 기술교류가 불가능한 분야로, 독자적인 원천 대체기술을 확보할 필요가 있다.

이재복 책임연구원팀이 개발한 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP) 보호장치 및 서지보호기(SPD)의 핵심소자인 바리스터(Varistor) 제조 기술이다. HPEMP 보호장치에 요구되는 바리스터는 매우 큰 에너지내량이 요구된다. 기존 바리스터로는 요구성능을 충족시킬 수 없어 단일소자 형태의 에너지내량이 큰 대용량 바리스터의 개발이 필수적이다.

KERI 이재복 책임연구원은 “대용량 바리스터 핵심기술 확보를 위해서는 재료조성 뿐만 아니라 소성 및 성형프로세스 기술, 전극/단자 패턴 설계기술, 성능평가기술이 요구되며, 특히 물리적, 화학적 기술기반의 과도전자계 해석기술 및 열해석기술이 필요하다”며 “그동안 축적한 기반기술을 바탕으로 공정 프로세스에 필요한 설비를 구축하고, 국내에서 유일하게 바리스터 상용화 경험이 있는 외부전문가와의 협업을 통해 다수의 소용량 바리스터 소자를 병렬접속한 형태가 아닌 단일소자의 형태의 대용량 바리스터 제조 기술을 확보할 수 있었다”고 말했다.

KERI 연구팀은 이를 통해 현재 해외 선도기업의 제품수준 이상인 50kA(킬로암페어)급의 대용량 바리스터 생산기술을 개발하는데 성공했다. 현존하는 단일소자 대용량(Iimp) 바리스터 중 최대 전류내량인 50kA로 기존소자(25kA)보다 2배 크다. 단일소자 형태의 바리스터로는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 기존 선도업체의 대용량 바리스터에 비해 약 2배의 전류밀도를 가지고 있고, 동일 면적의 일반적인 바리스터에 비해 약 16배 에너지내량을 가지고 있다.

이 기술은 고출력 전자기펄스(HPEMP)에 대한 방호 및 직격뢰 보호가 요구되는 국가 핵심 주요시설 등에 적용이 가능하며, 특히 HPEMP 보호장치, 직격뢰 보호용 1등급 서지보호기(SPD) 등에 적용할 수 있다. 최근 국내외적으로 직격뢰가 자주 발생하는 풍력발전설비 및 태양광발전 설비 등 대형 신재생에너지 설비의 보급이 활발해짐에 따라 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요도 급증할 것으로 예상된다. 개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성 향상은 국가 중요시설을 더욱 안정적으로 운용할 수 있게 할 것이다. 특히 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해 예방 및 체계적 관리 기반 마련에 기여할 수 있다.

한국전기연구원은 관련 전문기업인 (주)아이스펙에 HPEMP 및 직격뢰 보호용 대용량 바리스터 제조 기술(MOV 제조기술 전수 및 시제품 시험지원 및 성능분석 기술)을 이전하는 조인식을 가졌다. 착수기술료 5.5억 원(VAT 포함)에 해당하는 부품 매출액에 따른 일정비율의 경상기술료를 지급받는 조건이다.

(주)아이스펙 한순갑 대표이사는 “한국전기연구원이 개발한 세계 최고 전류내량을 갖는 고출력 전자기펄스 보호용 바리스터 제조 기술을 이전받음으로써, 기존 EMP 필터의 품질향상과 더불어 새로운 제품군인 서지보호기(SPD)과 조합하여 전원안정화 분야의 매출 증가가 기대된다”며 “이 기술을 적용한 1등급 서지보호기를 개발할 경우 국내외 시장선점 효과가 클 것으로 기대되며, 수입대체 효과 및 제품 매출로 인한 고수익 및 경영에 기여할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

서지로 인한 장해 양상

★ 개발 제품의 개요 및 기술도입 효과 ★

1. 개발 제품의 개요
KERI에서 개발한 바리스터는 전원에 발생할 수 있는 서지를 억제하기 위한 서지보호소자로 뇌방전 에너지가 큰 직격뢰 전류에 대응한 서지보호기에 응용 가능한 소자다. 현존하는 단일 바리스터 소자 중 세계 최고의 전류내량이다.
- 1등급 임펄스전류(10/350μs) 내량 : 최대 50kA
- 2등급 임펄스전류(8/20μs) 내량 : 최대치 300kA

2. 기술도입효과
 1) 경제적 효과
KERI 연구팀이 개발한 단일소자 형태의 바리스터는 세계 최고 에너지내량의 성능을 갖고 있어 해외시장에서 경쟁우위를 확보할 것으로 예상된다. 최근 국내외적으로 직격뢰의 이행이 큰 신재생에너지 보급이 활발해짐에 따라 풍력발전설비 및 태양광발전설비의 급증과 더불어 이들 설비보호용 1등급 SPD의 수요는 급증할 것으로 예상된다.

 2) 기술적 파급효과
개발된 대용량 바리스터를 적용한 HPEMP 보호장치 및 서지보호장치의 신뢰성향상은 국가 중요시설에 대한 안정적운용을 기대할 수 있다. 무기급 HPEMP 공격에 대응한 대규모 정전사고, 유무선 통신장해, 항공/교통사고, 수자원/가스공급 중단사고 등 총체적인 재난/재해예방 및 체계적 관리기반 마련에 기여할 수 있다.

박경엽 원장, ‘바람직한 R&D 문화 조성’ 강조

전기기술분야 정부출연연구기관인 한국전기연구원(KERI)이 지난 10월 27일(목) 창원본원 강당에서 박경엽 원장을 비롯한 전 임직원이 참석한 가운데 창립 39주년 기념식을 가졌다.
박경엽 원장은 이날 기념사를 통해 “중전기기업체에 보다 질 높은 시험인증서비스를 제공하기 위한 4000MVA 대전력시험설비 구축사업이 성공리에 완료되어 설비가 순조롭게 운영중이며, 한국전기연구원 광주분원 설립 및 연구원 직장보육시설 건립 등도 원활하게 진행되고 있다”며 관련 업무에 매진한 임직원들의 노고를 치하했다.
박 원장은 “우리 연구원은 최근 △중대형 이차전지 상용화 기술개발(산업부, 전지조합) 과제에 참여하는 것을 비롯해, △고속·고출력 로봇 플랫폼 기반 보행·조작 성능 고도화를 위한 핵심부품 로봇 지능 원천기술 개발(KAIST 외) △중소형 공작기계용 2계통 제어 CNC와 서보, 스핀들 구동 유닛 국산화 개발(두산공작기계) △스마트 초정밀 광학 의료영상시스템 개발(KERI, 서울대학교병원, 인더스마트) 등 국가적으로 의미가 크고, 개인과 기관차원에서도 가치있는 성과가 기대되는 과제들에 잇달아 참여하게 됐다”며 “이제부터는 연구책임자와 참여자들이 마지막까지 과제를 잘 수행해서 좋은 결과를 얻어내는 것이 매우 중요하다”고 강조했다.
또한 “근시안적으로 순간의 이익에 매몰되지 말고, 멀리 길게 보고, 보다 많은 이들이 혜택을 얻을 수 있는 가치있는 과제 선정 및 수행에 더욱 매진하여 바람직한 R&D 문화가 조성될 수 있도록 더욱 노력해 달라”고 당부했다. 

한국전기연구원, 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장

이날 기념식에서는 국가과학기술연구회 이사장상(수상자: 정밀제어연구센터 천종민 선임연구원)을 비롯해 장기근속상, 모범직원상 시상식이 같이 진행됐다. 
한편, 한국전기연구원은 미래창조과학부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 정부출연연구기관이다. 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)을 두고 있다. 1976년 말 ‘전기기기시험연구소’라는 이름의 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후, 최고수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 조직은 2명의 부원장(연구, 시험) 체제 아래에 8본부, 3부, 20센터, 27실, 3팀으로 구성돼 있으며, 예산은 1,475억 원, 인원은 총 613명에 이른다.

한국전기연구원 www.keri.re.kr

의료용 MRI(자기공명영상장치), 자기분리기, 전자가속기, 핵융합발전, 모터, 발전기 등에 널리 이용되고 있는 초전도 자석을 열적 안정성을 높이면서 훨씬 저렴하게 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
미래창조과학부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관인 한국전기연구원 초전도연구센터 배준한 책임연구원팀은 자체 정부출연금사업을 통해 기존 초전도 자석 대비 원가를 획기적으로 절감하고 열적 안정성은 대폭 높인 ‘전도냉각형 초전도 자석’ 개발에 성공했다.
특정 온도에서 전기 저항이 0이 되는 초전도체는 손실 없이 큰 전류를 전송할 수 있다. 이런 장점을 이용한 초전도 자석은 MRI, 초전도 자기분리기, 전자가속기, 핵융합발전, 초전도 발전기 및 모터 등 초전도 전기기기에 활용되고 있다.
하지만 기존의 초전도 자석은 초전도 상태를 유지하기 위해 비싼 액체헬륨이나 액체질소 등의 냉매가 필요하고, 주기적으로 냉매를 충전해야 하는 번거로움이 있었다. 또한 극저온 용기의 구조가 복잡하고, 유지비용이 많이 들며 사고 발생 시 많은 양의 액체헬륨이 기화될 경우, 내부압력이 급속히 상승하여 극저온 용기가 폭발할 위험성도 갖고 있었다. 
따라서 최근에는 전 세계적으로 극저온 냉동기를 이용한 ‘전도냉각형 초전도 자석’의 개발이 활발히 진행되고 있다. 전도냉각형 초전도 자석의 최대 장점은 조작이 쉽고, 안전하며, 운전비용이 적을 뿐아니라, 크기가 작다는 것이다. 기존 초전도 자석과 달리 값비싼 액체헬륨을 사용하지 않고, 구조가 단순하다. 무게는 20%가량 더 가볍고, 유지비용도 1/10 수준으로 적게 든다. 또한 폭발의 위험성이 없으며, 무엇보다 콘센트에 전기코드만 연결하면 운전이 가능한 플러그 인(Plug-in) 형태로 구성되어 있어 사용이 편리하다.
한편 개발 책임자인 KERI 초전도연구센터 배준한 책임연구원은 “원가가 절감되는 전도냉각형 초전도자석 개발로 기존의 초전도 자석은 고가이고, 유지비용이 많이 들며, 위험하다는 인식을 획기적으로 바꿀 수 있는 계기가 될 것”이라고 전하며 “향후 빠른 시일 내 전도냉각형 초전도 MRI와 초전도 자기분리기 등의 상품화를 가능하게 하여 의료, 환경, 에너지 분야 등 미래의 먹거리로 각광받고 있는 초전도 산업의 활성화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

뛰어난 절연 및 차단 성능으로 국내외 전력산업에 광범위하게 이용되지만, 대기오염에 악영향을 미치는 ‘SF6 가스’를 쓰지 않고도 동일한 차단 성능을 발휘하는 가스차단기 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다. 한국전기연구원(KERI) 전력기기연구센터 송기동 책임연구원팀이 정부의 지식경제 기술혁신사업으로 3년에 걸쳐 전력기기업체인 선도전기와 공동으로 연구한 끝에, 최근 SF6 가스를 전혀 사용하지 않는 ‘72.5㎸ 가스차단기’에 대한 단락시험을 성공적으로 끝마쳤다고 밝혔다.
72.5㎸ 가스차단기는 주로 고속철도·지하철·경전철 변전소에 들어가서 철도계통을 보호 및 유지시켜주는 전력기기다. SF6 가스는 전기가 통하지 않게 하는 절연 성능과 계통에 고장이 발생할 경우 이를 차단하는 아크소호 성능이 다른 어떤 가스와 비교해 월등하게 뛰어나 각종 전력기기 산업에 주로 사용돼왔다. 하지만 SF6는 지구온난화 계수가 CO2의 무려 23,900배(CO2가 지구를 데우는 효과를 1이라고 하면 SF6는 23,900)에 이르고 한번 대기 중에 누출될 경우 3,200년을 존재하면서 지구 대기환경에 악영향을 미친다. 이러한 이유로 1997년 교토의정서에서 지정한 ‘6대 온실가스’ 및 IPCC(기후변화에 관한 정부간 패널)가 지정한 지구환경에 가장 악영향을 미치는 가스로 선정되기도 했다. 한국전기연구원 송기동 책임연구원팀은 SF6 가스 대신, 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)를 7대3의 비율로 혼합한 가스를 절연 및 아크소호에 이용했다. 또한 성능을 높이기 위해 차단부 내에서 일어나는 복사(Radiation) 및 금속증기(Metal Vapour) 등을 고려한 정확한 아크 플라즈마 해석기술로 차단 성능을 미리 예측할 수 있는 설계기술을 가스차단기에 적용했다.
이를 통해 가스차단기의 형상을 최적화할 수 있었으며, 기존 SF6 가스차단기와 크기가 동일하면서도 동등한 차단 성능을 구현할 수 있었다.
아울러 KERI 연구팀이 개발한 72.5㎸ 가스차단기는 최근 가혹한 조건하에서도 제 기능을 수행하는지 확인하는 단락시험을 성공적으로 통과하여 뛰어난 고장전류 차단성능을 검증받았다.
KERI 송기동 책임연구원은 “가스차단기의 단락시험은 기기 개발에서 가장 어려운 과정으로 72.5㎸급 가스차단기의 단락시험 통과는 국내 최초, 세계 3번째로 이룬 큰 성과”라고 밝히며 “SF6 가스 대체 기술 개발 및 상용화를 통해 기후변화 협약에 따른 국가적 온실가스 감축의무에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 전했다. 한편 KERI 연구팀은 추후 온도 상승 및 고전압 절연 성능 시험을 거쳐 2017년 8월부터 친환경 가스차단기를 상용화할 계획이다.

한국전기연구원, 러시아 현지서 ‘서울-모스크바 비즈니스 위크’ 개최
한국과 러시아 기업 간에 실질적인 비즈니스 협력 풀랫폼 구축을 위한 장이 마련됐다. 한국전기연구원이 운영하는 한-러 합작연구센터인 RSS센터(Russia Science Seoul)는 러시아 RVC(Russin Venture Company)와 공동으로 러시아 모스크바에서 ‘서울-모스크바 비즈니스 위크’ 및 협력 정책 포럼, 비즈니스 미팅을 개최했다. 이번 행사는 러시아 과학자 유치 연구소인 RSS 센터의 R&DB 확대발전을 위해 서울산업진흥원의 지원 하에 이뤄졌다. 또한 한국과 러시아의 실질적인 협력 플랫폼 구축을 위해 한러 협력 경험이 풍부한 한국기술벤처재단과 한국산업기술진흥원(KIAT), 한러과학기술협력센터, 스콜코보재단 등이 함께 참여했다. 한국의 11개 중소기업을 포함하여 기술도입 및 협력을 희망하는 한-러 중소·중견기업, 산학연 전문가 등 양국 관련자 약 200여 명이 참석했으며,  양국의 정부기관과 연구기관 관계자들은 이번 행사를 통해 한러 양국의 중소기업 협력 지원을 위한 원활한 기술협력과 비즈니스 협력기반 조성 활성화 방안에 대해 집중 논의했다.

협력 정책 포럼 외 비즈니스 미팅도 함께 진행
협력 정책 포럼에서는 첨단벤처기업 설립 환경, 벤처기업 간 협력, 지역 클러스터 간 협력, 글로벌 펀드조성 및 정부 기업지원 환경 등 양국 산업 및 정책 전반에 대한 폭넓은 이해가 이뤄졌다. 포럼에 이어 실질적인 성과 창출을 위한 비즈니스 미팅도 진행됐다. 한국 중소기업으로 이루어진 대표단이 러시아 현지 기업 및 연구기관, 투자기관들과의 만남을 통해 ▲신사업 아이템 발굴 및 수요기술 매칭 ▲러시아 현지 기술 현황 파악 ▲기술도입 및 기술사업화 방안 ▲러시아 시장 진출 방안 등을 협의하며 실질적인 한러 비즈니스 협력 모델을 모색했다. 한국기술벤처재단은 RVC와 한국과 러시아 벤처 회사 간 협력 지원에 관한 협력 협정(MOU) 체결을 통해 양국 간 협력을 더욱 구체화하기로 했다.

한-러 양국 간의 중소기업 동반자 관계 형성 위해 노력
한국산업기술진흥원 장필호 본부장은 “포럼과 비즈니스 미팅을 통해 중소기업 지원에 대한 양국의 정책적, 투자적 지원 환경을 이해하는 계기가 되었고, 양국 중소기업이 신뢰할 수 있는 건강한 동반자 관계를 형성을 위한 비즈니스 협력기반을 조성하는데 노력하겠다”고 말했다. 한국전기연구원 강욱 본부장은 “이번 행사를 통해 다양한 성과들을 상업화로 연계시켜 글로벌 시장에 공동으로 진출하여 이익을 창출하고, 아울러 한러 혁신플랫폼 구축을 통해 양국간·지역간·기관 및 기업간 글로벌 협력 기반을 확립함으로써 한국과 러시아 신성장산업이 육성되고 양국의 혁신역량이 강화되기를 기대한다”라고 말했다. 한국전기연구원은 오는 9월에는 서울에서 2차 모스크바-서울 비즈니스 위크 행사를 개최한다. 이를 통해 한국과 러시아의 신뢰할 수 있는 협력 플랫폼을 더욱 공고히 해나갈 것으로 계획이다.

한국전기연구원  www.keri.re.kr

정부출연연구소와 대기업이 전기기술 분야 최대 난제 기술 해결과 세계 최초 상용화를 위해 손잡는다. 다가올 ‘직류(DC) 시대’를 맞아 신재생에너지 수송의 최대 걸림돌을 해결해 신뢰성 높은 전력 공급을 조기 실현하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.
미래창조과학부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 출연연구기관 한국전기연구원과 국내 우량 중전기기 대기업인 LS산전은 5월 21일 오후 한국전기연구원(이하 KERI) 창원 본원에서 명성호 한국전기연구원 부원장, 이학성 LS산전 CTO 등 양측 임직원이 참석한 가운데, ‘직류(DC) 차단 기술’ 관련 기술이전 조인식을 갖고 DC 차단기 및 초고압 제품의 조기 상용화를 통한 신(新)시장 선점에 나섰다.
직류(DC) 송전 기술은 기존의 교류(AC) 송전에 비해 전력제어가 가능하고, 장거리 송전의 경우 손실이 적다. 특히, 서로 다른 전력망을 연계할 수 있어 국가 간 계통연계에 활용하거나, 반대로 전력망을 분할해 고장이 파급되는 것을 막을 수 있어 차세대 전력전송 개념으로 각광받고 있다.
KERI는 기술이전을 통한 산업적 적용과 산업체와의 후속 공동연구를 위해 HVDC 차세대 전력망 발전에 혁신적 진전이 될 고압 직류차단기(DC Circuit-Breaker) 관련 기술들(“고압 직류 전류 차단 장치 및 방법”, “직류전류 차단을 위한 장치 및 방법” 외)을 관련 유력기업인 LS산전 측에 기술이전 함으로써 국내외 DC 차단기 시장 선점과 관련 기술의 경쟁력 확보에 한 걸음 다가셨다.
한편, 이번 기술이전을 계기로 KERI와 LS산전은 초고압 직류 송전망 시장 활성화에 대비한 기반기술 확보를 위한 산-연 공동연구센터를 운영하고 후속 공동연구를 추진하게 된다. ‘직류 시대’라는 변화의 물결에 선도적으로 대응하고, 산업계가 요구하는 기반기술 확보를 위한 산·연 협동 매칭 연구센터로서 KERI-LS산전 공동연구센터가 그 역할을 하게 될 예정이다. 특히, KERI가 보유한 배전급 DC 차단 기술과 LS산전이 보유한 배전급 복합형 한류(限流) 기술을 활용해 ‘80㎸ 8㎄의 초고압 DC차단기’ 개발 및 배전급 DC차단기 관련 기술의 실용화를 완성한다는 계획이다.

잠수함, 전기추진 구축함 등을 위한 시험 및 연구시설 등을 갖춘 ‘전기선박 육상시험소(LBTS)’가 미국, 영국에 이어 세계 3번째로 경남 창원에 들어섰다.
이번 사업은 향후 대부분의 선박이 전기추진 선박으로 대체될 것으로 예상되는 상황에서 다가올 전기선박 시대를 대비해 고부가 전기추진선박의 핵심기술 개발 및 관련 산업 지원에 필요한 기반 조성을 위해 추진됐다. 전기선박의 경우, 한번 추진 시스템 등이 탑재되면 해체와 성능검증이 매우 어렵다. 따라서 선박 탑재 전 육상에서 관련 시스템에 관한 통합시험을 진행하는 과정이 매우 중요하다.
전기선박육상시험소는 국가산업단지 성주동 개발사업 4-1공구(현 한국전기연구원 옆?2만 612㎡ 규모 부지)에 들어섰다. 총 건축연면적 6,400㎡의 전기선박육상시험동, 전기선박연구동 및 전기추진시험동 등을 건립하는 대형 프로젝트로, 2020년까지 2단계로 수행된다.
시험소는 전기선박의 개발장비 성능검증 등을 목적으로 함정 탑재 전 육상에서 통합 시험을 진행하게 된다. 특히 한반도 해상방위의 첨병인 잠수함 ‘장보고-III’의 국산화 개발이 진행 중인 상황에서, 국산 잠수함 개발에 필요한 전기추진체계의 육상통합성능시험설비로 우선 활용될 예정이다. 한국전기연구원(KERI) 연구팀은 2016년 1월까지 차세대 잠수함인 ‘장보고-Ⅲ’의 전기추진체계 시험장비 설치·구축을 통해 육상통합시험을 진행함으로써 무결점 건조를 뒷받침하게 된다.
이후 전기선박 추진체계, 고부가 전기추진선박에 대한 핵심기술을 개발하고 관련 기업에 대한 기술 지원도 적극 진행할 예정이다. 특히 2015년 상반기부터 본격 운전에 들어가는 ‘전기선박육상시험동’은 6,000kW급까지의 전기추진선박 시험에 활용이 가능해 전기추진선박의 조기 기술 확보에 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 또한 유사한 특성을 가지는 풍력 발전기와 산업용 대용량 전동기 및 발전기 성능평가 설비 등 에너지 분야에도 활용할 수 있는 의미있는 산업 인프라로서의 역할도 기대된다.

KERI, 국내 최초 전기차 추진모듈 평가시스템 구축 개발

한국전기연구원(원장 김호용)은 국내 최초로 소·중·대형 전기자동차의 핵심추진모듈(추진전동기, 인버터, DC/DC 컨버터)을 시험할 수 있는 성능평가시스템을 구축했다. 관련 기업에 대한 시험 및 기술지원 등을 통해 전기자동차의 실생활 보급에 활용될 전망이다.
이번 사업은 국내 자동차 산업의 발전과 전기자동차의 성능 향상 및 기술 지원을 위해 미래창조과학부와 산업기술연구회의 ‘일반연구사업’을 통해 이뤄졌다.
전기자동차는 향후 고효율 및 경량화를 위해 전동기(모터)가 고속화되는 방향으로 기술개발이 전개 되고 있다. 고효율화 및 신뢰성 확보를 위한 시험평가는 전기자동차 개발에 있어서 가장 중요한 요소다. 특히 전기자동차의 핵심 추진모듈인 인버터 및 전동기는 차량의 성능과 승객의 안전을 위해 매우 중요하다. 그러나 현재 국내 기관들이 보유하고 있는 장비는 고속 전동기 시험평가 대응에 어려움을 가지고 있었다.
한국전기연구원(이하 ‘KERI’) 전동력연구센터 구대현 박사팀은 이번 과제를 통해 시험 부하용량 및 최고속도를 모두 만족하는 국내 최고 사양의 전기자동차용 추진모듈의 평가설비를 구축했다. 연구팀은 국내외 선진기업의 전기자동차 개발 동향 및 성능 평가시스템의 동향을 면밀히 조사하여 추진전동기 및 드라이브를 출력 및 속도에 따라 측정 정밀도 및 안정성을 높인 시스템을 구축했다.
KERI의 평가시스템은 소형급으로는 연속출력 60kW 15,000rpm, 중형급으로는 연속출력 150kW 15,000rpm, 대형급으로는 연속출력 250kW 12,000rpm이 시리즈로 구성됐다. 구축된 시스템은 ISO 10816-3 기준의 허용 진동 이내로 전 속도 영역에서 안정적으로 운전이 가능하다. 데이터 취득장치(Data Acquisition System: DAS)는 토크, 속도, 전력, 전압, 전류, 온도, 저항 등도 동시 취득이 가능하도록 구성됐다. 또한 항온항습 챔버를 구성하여 환경시험이 가능하며, 대용량 직류전원을 필요로 하는 시험도 가능하도록 구축됐다.
이번 평가시스템 구축으로 정확한 성능 특성 분석 및 이를 통한 전기차의 성능 개선과 안정성 확보를 한층 촉진할 수 있게 됐다. 동시에 업계 기술지원 등을 통해 국가 녹색성장의 한 축인 전기자동차의 경쟁력 향상과 보급촉진 및 조기 상용화를 위한 기반 마련에 일조할 것으로 기대된다.
한편, KERI는 CO2 저감 및 에너지 절감 등에 대한 새로운 산업적 요구에 대응하기 위해 지난 1988년 전기자동차 관련 연구를 시작한 이후 1993년 국내 최초로 전기자동차를 개발하여 시범운행에 성공하는 한편, 핵심부품인 2차전지에서부터 모터, 충전인프라 테스트 시스템에 이르기까지 전기자동차의 전 분야에서 관련 기술을 축적해 왔다.
KERI는 특히 최근 전기자동차에 대한 국내외적 관심이 높아져 가고 있는 상황에서 전기추진연구본부를 통해 전기차 시대를 대비할 수 있는 요소기술 개발과 인프라 구축 및 표준 선점에서 주도적인 역할을 하고 있다. 전기자동차용 모터, 인버터, 전력변환장치, 급속충전기 등 전기자동차 구동의 핵심 부품 연구는 물론, 리튬전지의 에너지밀도 향상과 신형 전지의 개발, 엔진 자동차에는 꼭 필요한 트랜스미션과 기어가 없는, ‘4바퀴 직축구동 전기자동차’ 개발 등을 추진하고 있다. 아울러 전기자동차의 보급촉진을 위해 경남지역내 충전 인프라 테스트베드를 운영하며 전기자동차 조기 실용화를 대비할 수 있는 인프라 구축에 기여하고 있다.
<출처: 한국전기연구원>

KERI, 중대형 태양광인버터 IECEE CBTL 자격 획득

중대형 태양광인버터 분야에서도 IECEE 국제공인시험기관(CBTL)이 탄생했다.
그동안 공인 인증제도 부재로 판매에 어려움을 겪었던 국내에서도 국제공인인증서 발행이 가능하게 되어 태양광인버터 산업의 국제화 및 수출산업화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
한국전기연구원(원장 김호용)은 국제전기기술위원회(IEC) 산하 국제전기기기상호인정제도(IECEE)로부터 중대형 태양광인버터 분야에 대해 IECEE 국제공인시험기관(CBTL) 자격을 획득하였다고 밝혔다.
국내에서는 그동안 10kW 이하의 소용량 태양광인버터 분야에 대해서만 IECEE 인증서 발행이 가능했다. 최근 태양광산업의 중대형화 및 수출산업화가 빠르게 진행되고 있음에도 이러한 산업 및 시장의 변화에 대응할 수 있는 공인인증시험설비 및 국제공인시험기관의 미비로 인해 태양광인버터 제조업체는 기술개발, 제품에 대한 신뢰성 확보 및 수출에 많은 어려움을 겪어왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 한국전기연구원(이하 ‘KERI’)은 2009년부터 4년간에 걸쳐 전력기반조성사업센터의 에너지연구기반구축사업을 통해 선형증폭기(Linear Amplifier) 기술을 적용한 세계 최초, 세계 최대 용량의 350kW급 중대형 태양광인버터 공인시험설비 개발을 성공적으로 완료했다. 그리고 구축된 시험설비를 바탕으로 산업통상자원부 기술표준원을 국가대표기관(MB), 에너지관리공단 신재생에너지센터를 국가인증기관(NCB)으로 하여, 1년여의 노력을 기울인 끝에 KERI가 IECEE 국제공인시험기관(CBTL) 자격을 획득하게 됐다.
그동안 KERI는 중대용량 태양광인버터 분야 IECEE CBTL 자격획득을 위해 기술표준원 및 에너지관리공단 신재생에너지센터 등 유관기관들과 긴밀한 업무협력 체제를 구축해 왔다. 2013년 5월에 관련 서류 및 시스템을 준비하여 IECEE 사무국에 신청서를 제출했고, 2013년 11월에 IECEE 사무국의 평가사 2인이 방문하여 KERI 태양광인버터시험실의 시험설비, 시험기술, 시험인력, 품질문서, 데모시험 등을 포함한 시험능력 및 품질시스템에 대해 현장평가를 실시했다. 그리고 2014년 1월 20일 부로 KERI가 IECEE CBTL 자격을 획득하는 데 성공했다.
KERI가 태양광인버터 국제상호인정제도(IECEE PV)의 중대형(350kW급) 태양광인버터 분야에 대해 국제공인시험기관으로 지정받음에 따라 국내 발급인증서가 국제적으로 상호인정이 이루어져 중대용량 태양광인버터의 수출산업화는 물론이고 국내 태양광산업의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대된다.
<출처: 한국전기연구원>

KERI, 1200V급 SiC 전력반도체 상용화 개발 성공

한국전기연구원(원장 김호용)은 한국에너지기술평가원의 전력산업융합원천기술개발사업으로 진행된 국책과제를 통해 국내 전력반도체 전문기업인 메이플세미컨덕터(주)와 1200V급 실리콘 카바이드 전력소자 MOSFET(SiC Power MOSFET) 2종을 국내 최초로 개발하는 데에 성공했다.
한국전기연구원(이하 ‘KERI’)은 작년 6월 메이플세미컨덕터(대표 정은식)와 차세대 SiC 전력반도체 기술이전 계약을 맺고 SiC 전력반도체 개발에 힘써 왔다. 이번 상용화 기술개발은 KERI가 보유하고 있는 SiC 전력반도체 핵심기술인 고온·고에너지 이온주입 공정기술, 낮은 접촉저항형성 공정기술, 고품질 질화처리 게이트산화막 형성 및 낮은 누설전류를 위한 패시베이션(Passivation) 공정기술 등이 적용되었고, 메이플세미컨덕터(주)의 전력반도체 양산 경험과 공정기술이 접목되어 성공하게 됐다.
KERI는 1999년부터 SiC 전력반도체를 개발하기 시작한 이래 현재 국내외 특허 40여 건을 보유한 국내 SiC 전력반도체 기술의 선두주자로, 이번 개발의 핵심 공정을 위한 고온/고에너지 이온주입 장비를 도입하여 모든 핵심공정을 국산화하는 등 기술개발에 박차를 가해왔다.
개발 책임자인 KERI 전력반도체센터 김상철 책임연구원은 “이번 개발은 선진국이 기술이전을 꺼리는 전략 분야에서 순수 국내기술로 미국, 일본에 이은 세계 3번째 상용화 기술개발이며, SiC 전력반도체 분야에서 세계적인 기술수준에 도달하였음을 보여 준다”고 말했다.
‘SiC 전력반도체’는 기존의 실리콘 전력반도체보다 효율이 높고 고온에서도 안정적으로 동작해 그린카(xEV)와 신재생에너지용 인버터에 적용 가능한 차세대 전력반도체이다. 일부 선진 메이저업체들도 최근에야 기술개발에 성공하여 상품화했을 정도로 설계 및 공정이 매우 어려운 것으로 알려졌다.
전 세계 전력반도체 시장은 현재 170억달러 규모로, 이중 SiC 전력반도체 시장은 현재 8000만달러 수준이지만, 2018년에는 양산업체 증가와 그린카(xEV) 등의 수요에 힘입어 20억달러까지 성장할 것으로 전망된다.
한편, 메이플세미컨덕터(주)는 개발 성공된 1200V 10A, 40A SiC Power MOSFET과 관련, 2014년에 공정 최적화 및 신뢰성 검증을 거쳐 2015년에 본격적으로 양산을 개시할 계획이다. 내수시장은 물론 해외시장까지 판로를 개척하여 2015년 80억원, 2016년 200억원의 신규매출을 기대하고 있다. <출처: 한국전기연구원>