배터리식 전기버스

1. 개요

배터리식 전기 버스는 배터리로 작동하는 전기 버스이다. 1907년 런던에서 최초의 전기 버스 서비스가 시작되었지만, 당시 배터리의 기술적 한계로 인해 널리 보급되지 못했다. 2010년 이후 배터리 기술이 발전하면서, 중국을 중심으로 대규모 도입이 이루어졌다. 현재 배터리식 전기 버스는 운행 거리, 무게, 초기 비용 등의 문제점을 가지고 있지만, 연료비 절감과 유지보수 비용 감소를 통해 총 소유 비용을 낮출 수 있으며, 전 세계적으로 도입이 확대되고 있다.

2. 역사

1907년 7월 15일 런던 일렉트로버스 회사(London Electrobus Company)는 런던의 빅토리아 역(London Victoria railway station)과 리버풀 스트리트 역(Liverpool Street railway station) 사이에서 최초의 배터리 전기 버스 서비스를 운영하였다. 그러나 당시 배터리의 무게와 비효율성으로 인해 전차(electric trolleybuses) 또는 디젤 엔진 버스와 같은 다른 추진 기술이 보편화되었다. 초기 전기 버스는 대부분 소형, 미니 또는 미디버스였다.

2010년경부터 배터리 기술이 향상되면서 표준 버스 및 굴절버스와 같은 더 무거운 장치를 포함한 배터리식 전기버스가 등장했다. 중국은 현대식 배터리식 전기 버스를 대규모로 도입한 최초의 국가이다. 2009년 상하이 전차선 버스 노선이 배터리 버스로 전환되기 시작했다. 2010년 9월, 중국의 자동차 생산회사인 비야디 자동차는 가장 인기있는 전기버스 중 하나인 비야디 K9을 생산하기 시작했다.

전기 버스에 막대한 투자를 한 최초의 도시는 중국 선전이었다. 이 도시는 2011년 비야디 자동차에서 만든 전기 버스를 출시하기 시작했다. 2017년까지 선전의 16,300대가 넘는 버스 전체가 전기 버스로 대체되었으며, 이는 전 세계 모든 도시에서 가장 큰 전기 버스이다.

블룸버그(Bloomberg)에 따르면 중국은 2017년 전 세계 도로에 38만 5천대의 전기버스 중 약 99%를 보유했으며 이는 중국의 버스 차량 17%를 차지했다. 중국은 매주 1900대의 전기 버스를 출고하고 있다.

2016년 현재 배터리 버스는 더 짧은 주행 거리, 더 높은 무게, 더 높은 조달 비용을 가지고 있다. 가공선에 대한 감소된 인프라는 배터리를 재충전하기 위한 인프라 비용으로 상쇄된다. 또한 배터리 전기 버스에 배터리가 추가되면 도로의 축 하중에 대한 법적 제한이 있는 관할 구역에서 전차보다 승객 수용 능력이 낮다는 것을 의미한다. 배터리 버스는 장거리 운송보다는 거의 도시 지역에서 독점적으로 사용된다. 도시 대중 교통은 충전 기회 사이의 비교적 짧은 간격을 특징으로 한다. 충분한 재충전은 4~5분 이내에 일반적으로 유도 충전 또는 가공 전선으로 이루어질 수 있다.

2.1. 초기 역사

1907년 7월 15일 런던 일렉트로버스 회사(London Electrobus Company)는 런던의 빅토리아 역(London Victoria railway station)과 리버풀 스트리트 역(Liverpool Street railway station) 사이에서 최초의 배터리 전기 버스 서비스를 운영하였다. 그러나 당시 배터리의 무게와 비효율성으로 인해 전차(electric trolleybuses) 또는 디젤 엔진 버스와 같은 다른 추진 기술이 보편화되었다. 초기 전기 버스는 대부분 소형, 미니 또는 미디버스였다.

2010년경부터 배터리 기술이 향상되면서 표준 버스 및 굴절버스와 같은 더 무거운 장치를 포함한 배터리식 전기버스가 등장했다. 중국은 현대식 배터리식 전기 버스를 대규모로 도입한 최초의 국가이다. 2009년 상하이 전차선 버스 노선이 배터리 버스로 전환되기 시작했다. 2010년 9월, 중국의 자동차 생산회사인 비야디 자동차는 비야디 K9을 생산하기 시작했다.

전기 버스에 막대한 투자를 한 최초의 도시는 중국 심천이었다. 이 도시는 2011년 비야디 자동차에서 만든 전기 버스를 출시하기 시작했다. 2017년까지 선전의 16,300대가 넘는 버스 전체가 전기 버스로 대체되었다.

블룸버그(Bloomberg)에 따르면 중국은 2017년 전 세계 도로에 38만 5천대의 전기버스 중 약 99%를 보유했으며 이는 중국의 버스 차량 17%를 차지했다. 중국은 매주 1900대의 전기 버스를 출고하고 있다.

2.2. 현대의 발전

1907년 7월 15일 런던 일렉트로버스 회사는 런던의 빅토리아 역과 리버풀 스트리트 역 사이에서 최초의 배터리 전기 버스 서비스를 운영하였다. 그러나 배터리의 무게와 비효율성으로 인해 전차 또는 디젤 엔진 버스와 같은 다른 추진 기술이 보편화되었다.

2010년대 이후 배터리 기술이 크게 발전하면서, 12.2m 표준 버스 및 굴절버스와 같은 더 무거운 장치를 포함한 배터리식 전기버스가 등장했다. 중국은 현대식 배터리식 전기 버스를 대규모로 도입한 최초의 국가이다. 2009년 상하이 전차선 버스 노선이 배터리 버스로 전환되기 시작했다. 2010년 9월, 중국의 자동차 생산회사인 비야디 자동차는 가장 인기있는 전기버스 중 하나인 비야디 K9을 생산하기 시작했다.

전기 버스에 막대한 투자를 한 최초의 도시는 중국 선전이었다. 이 도시는 2011년 비야디 자동차에서 만든 전기 버스를 출시하기 시작했다. 2017년까지 선전의 16,300대가 넘는 버스 전체가 전기 버스로 대체되었으며, 이는 전 세계 모든 도시에서 가장 큰 전기 버스이다.

블룸버그에 따르면 중국은 2017년 전 세계 도로에 38만 5천대의 전기버스 중 약 99%를 보유했으며 이는 중국의 버스 차량 17%를 차지했다. 중국은 매주 1900대의 전기 버스를 출고하고 있다.

3. 충전

전기버스 배터리 충전은 디젤 엔진에 연료를 보급하는 것만큼 간단하지 않다. 충전 프로세스를 최적으로 사용하는 동시에 적절한 배터리 유지 관리 및 보관을 보장하려면 특별한 주의, 모니터링 및 일정이 필요하다. 일부 운영자는 추가 버스를 구입하여 이러한 문제를 관리한다. 이렇게 하면 밤에만 충전 할 수 있다. 안전한 솔루션이지만 비용이 많이 들고 확장 가능하지 않다.

또 다른 솔루션은 차량 일일 일정에 충전 필요성도 고려하여 전체 일정을 가능한 한 최적에 가깝게 유지하는 것이다.

현재의 버스 사업자가 전기버스 충전 일정을 관리 할 수 있도록 돕는 다양한 소프트웨어 회사가 있다. 이러한 솔루션은 버스가 계획되지 않은 버스 정류장이나 승객의 불편없이 안전하게 계속 운행되도록 한다.


슈퍼 커패시터는 빠르게 충전 할 수 있으므로 작동 재개 준비에 필요한 시간을 줄일 수 있다.

충전기와 전기버스 간의 통신을 위해 전기 자동차 충전과 동일한 ISO 15118 프로토콜이 사용된다. 유일한 차이점은 충전 전력, 전압 및 커플러이다.

팬토그래프 및 언더 바디 컬렉터를 버스 정류장에 통합하여 전기버스 재충전을 가속화 할 수 있으므로 버스에서 더 작은 배터리를 사용할 수 있어 초기 투자 및 후속 비용을 줄일 수 있다.

일반적으로 대도시 전기 버스는 운행 시간당 6~8분 동안 450kW로 노선에서 충전된다. SAE J3105 표준을 사용하는 가공 충전기가 있는 버스 정류장과 버스 노선 종착역에서 기회 충전이 가능하다. 충전소에서 50kW에서 175kW의 느린 야간 충전도 활용된다. 무선 충전 패드가 사용되기도 하지만, 플러그인 충전 방식이 더 빠르고 효율적이기 때문에 더 일반적이다.

버스 운행 일정은 충전의 필요성을 고려하여 전체 일정을 최대한 최적화한다. 현재, 버스 운영자가 전기 버스 충전 일정을 관리하도록 돕는 다양한 소프트웨어 회사가 있다. 이러한 솔루션은 버스가 계획되지 않은 정차 없이 승객에게 불편을 주지 않으면서 안전하게 계속 운행할 수 있도록 보장한다.

슈퍼 커패시터는 빠르게 충전할 수 있어 운행 재개를 위한 준비 시간을 단축할 수 있다.

자동차 기술자 협회는 2020년부터 전도 충전 시스템을 위한 물리적 자동 연결 인터페이스를 표준화하기 위해 권장 관행 SAE J3105를 발표했다. 충전기와 전기 버스 간의 통신에는 승용차 충전에 사용되는 것과 동일한 ISO 15118 프로토콜이 사용된다. 유일한 차이점은 충전 전력, 전압 및 물리적 인터페이스에 있다.

3.1. 충전 방식

전기버스 배터리 충전은 디젤 엔진에 연료를 보급하는 것만큼 간단하지 않으며, 충전 과정의 최적 사용과 적절한 배터리 유지 및 보관을 위해 특별한 주의, 모니터링 및 일정이 필요하다. 일부 운영자는 추가 버스를 구입하여 이러한 문제를 관리하기도 하지만, 이는 비용이 많이 들고 확장 가능하지 않은 해결책이다.

버스 운행 일정은 충전의 필요성을 고려하여 전체 일정을 최대한 최적화해야 한다. 현재 여러 소프트웨어 회사들이 버스 운영자가 전기 버스 충전 일정을 관리하도록 돕고 있으며, 이러한 솔루션은 버스가 계획되지 않은 정차나 승객 불편 없이 안전하게 계속 운행될 수 있도록 보장한다.

슈퍼 커패시터는 빠르게 충전할 수 있어 운행 재개 준비에 필요한 시간을 줄일 수 있다. 충전기와 전기버스 간의 통신을 위해 전기 자동차 충전과 동일한 ISO 15118 프로토콜이 사용되지만, 충전 전력, 전압 및 커플러에는 차이가 있다.

팬터그래프 및 차체 하부 집전기를 버스 정류장에 통합하면 전기버스 충전을 가속화할 수 있어, 버스에 더 작은 배터리를 사용할 수 있게 하여 초기 투자 및 후속 비용을 절감할 수 있다.

일반적으로 대도시 전기 버스는 운행 시간당 6~8분 동안 450kW로 노선에서 충전된다. SAE J3105 표준을 사용하는 가공 충전기가 있는 버스 정류장과 버스 노선 종착역에서 기회 충전이 가능하다. 충전소에서 50kW에서 175kW의 느린 야간 충전도 활용된다. 무선 충전 패드가 사용되기도 하지만, 플러그인 충전 방식이 더 빠르고 효율적이기 때문에 더 일반적이다.

자동차 기술자 협회는 2020년부터 전도 충전 시스템을 위한 물리적 자동 연결 인터페이스를 표준화하기 위해 권장 관행 SAE J3105를 발표했다. 충전기와 전기 버스 간의 통신에는 승용차 충전에 사용되는 것과 동일한 ISO 15118 프로토콜이 사용된다. 유일한 차이점은 충전 전력, 전압 및 물리적 인터페이스에 있다.

3.2. 충전 관리

배터리식 전기버스의 충전은 디젤 엔진에 연료를 보급하는 것만큼 간단하지 않다. 충전 과정을 최적으로 사용하고 배터리 유지 및 보관을 보장하기 위해 특별한 주의, 모니터링 및 일정이 필요하다. 일부 운영자는 추가 버스를 구입하여 이러한 문제를 관리하지만, 이는 비용이 많이 들고 확장 가능하지 않은 해결책이다.

효율적인 충전 관리를 위해, 버스 운행 일일 일정과 충전 필요성을 함께 고려하여 전체 일정을 최적화하는 소프트웨어 솔루션이 활용된다. 이러한 솔루션은 버스가 계획되지 않은 버스 정류장에 멈추거나 승객에게 불편을 주지 않고 안전하게 운행될 수 있도록 돕는다.

슈퍼 커패시터는 빠른 충전이 가능하여 운행 재개 준비 시간을 단축할 수 있다. 충전기와 전기 버스 간의 통신에는 전기 자동차 충전과 동일한 ISO 15118 프로토콜이 사용된다.

팬토그래프와 차체 하부 집전기는 버스 정류장에 통합되어 전기 버스의 충전을 빠르게 할 수 있으며, 이를 통해 버스에 더 작은 배터리를 사용할 수 있어 초기 투자 및 후속 비용을 절감할 수 있다.

4. 운영 비용

국립 신재생 에너지 연구소(NREL)의 연구에 따르면, 전기 버스의 마일당 총 운영 비용은 경우에 따라 디젤 버스와 비슷하거나 약간 높을 수 있다. 카운티 커넥션에서 2017년 6월부터 2018년 5월까지 8대 디젤 버스 차량의 마일당 총 운영 비용은 0.84 달러였고, 4대의 전기 버스는 1.11 달러였다. 롱 비치 교통국은 2018년에 10대의 전기 버스에 대해 0.85 달러, 풋힐 교통국은 2018년에 12대의 전기 버스에 대해 0.84 달러를 지불했다. 장기적으로는 연료비 절감, 유지보수 비용 감소 등으로 인해 총 소유 비용(TCO)이 디젤 버스보다 낮아질 수 있다.

5. 도입 국가

전기 버스는 전 세계적으로 도입이 확대되고 있다.

; 아시아

중국은 세계 최대의 전기 버스 운영 국가이다. 특히 선전시는 16,000대 이상의 전기 버스를 보유하여, 세계에서 가장 큰 규모의 배터리 버스 운송 차량을 운영하고 있다. 2015년, BYD는 전 세계적으로 6,000대의 버스를 판매하는 것을 목표로 했으며, 전기 자동차 판매 분야에서 세계 선두 주자로 자리매김했다.

대한민국에서는 2013년 구미시에서 주행 중 유도 충전이 가능하도록 도로 구간을 수정하여, 해당 기술을 두 대의 전기 버스로 시범 운행하였다.

2021년 이란에서는 파르산 전기 버스 제조 회사(Parsan Electrical Bus Manufacturing Company)가 SHETAB이라는 브랜드로 최초의 전기 버스를 제조하였다.

; 유럽

2012년 가을, 체코의 버스 제조업체인 Inmod는 8미터(m) 길이의 차량에 22개의 좌석과 35개의 서 있는 장소를 제공하며, 하루 160-170km 범위를 가지고 최대 220-260km까지 확장 가능한 전기 버스를 발표했다. 이 버스는 급속 충전기로 하루에 두 번 1시간 동안 충전되며, 최대 속도는 80km/h이다. 2011년, 비스바덴의 버스 제조업체인 콘트락 코버스 인더스트리(Contrac Cobus Industries)는 코버스 2500e를 발표했다.

2013년 5월 스위스 제네바의 공항과 팔렉스포 사이에는 배터리식 전기버스가 운행을 시작하였으며, 15초 이내에 부분적으로 충전이 가능하다. 종착역에서 충전은 3~4분 정도 소요되며, 프로젝트 비용은 5백만 프랑이었다.

독일의 레기오날트란스포르트 루르-리페 GmbH (RLG)는 2013년 5월에 쿼티에르버스(Quartierbus)로 전기 미니버스를 운행하기 시작했다. 차량 범위는 약 120km이며, 완전 방전 시 재충전하는 데 약 3시간이 걸린다. 충전은 점심 시간에 1.5시간 이상 소요된다. 2013년에는 네덜란드에서, 독일에서는 브레멘과 본에서 배터리 버스 테스트가 진행되었다.

2015년 10월, 2층 버스는 250km 범위의 비야디 자동차의 전기로 전환되었다. 런던의 중심 도시 통행료는 배터리식 전기버스에 대해 면제된다. 2015년에 비야디 자동차는 전세계적으로 6,000대의 버스 판매를 목표로 하였으며, 전기 자동차 판매 분야의 세계적인 선두 기업이다. 2024년 현재, 런던에는 약 1,400대의 배터리 전기 버스가 있으며, 세계 최초의 배터리 전기 2층 버스가 2015년에 운행을 시작했다.

2024년 현재, 모스크바에서는 1,700대 이상의 전기 버스가 운행되고 있다. 이는 런던의 약 1400대 버스보다 많은 유럽 최대의 전기 버스 차량이다.

; 북미

미국에서는 여러 주에서 전기 버스 도입이 진행 중이다. 뉴욕 시의 대중교통국(MTA)은 2017년에 5대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE40 CHARGE 버스와 5대의 프로테라(Proterra, Inc.) 카탈리스트 BE40 버스로 배터리 전기 버스 시범 운행을 시작했다. 2019년에는 15대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE60 CHARGE 굴절 버스를 추가로 주문했다. 2018년에는 콜롬비아 교통(Columbia Transportation)이 6대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE40 CHARGE 버스를 구매하여 기존 디젤 버스를 대체하였다.

캘리포니아에서는 2013년 10월부터 운영 비용 절감 효과를 이유로 배터리식 스쿨 버스가 사용되고 있다. 캘리포니아 교통부는 앤텔로프 밸리 교통국(Antelope Valley Transit Authority, AVTA)과 계약하여 85대의 BYD 배터리 버스로 전환하는 계약을 체결했다. 이 계약에는 다양한 모델의 버스가 포함되며, 버스당 연간 46,000달러의 비용 절감 효과가 예상된다.

오스틴의 캐피털 메트로(Capital Metro)는 2019년에 버스 차량을 전기 버스로 전환하기 시작하여 현재 뉴 플라이어와 프로테라에서 제작한 12대의 전기 버스를 운행 중이다.

5.1. 아시아

중국은 세계 최대의 전기 버스 운영 국가이다. 특히 선전시는 16,000대 이상의 전기 버스를 보유하여, 세계에서 가장 큰 규모의 배터리 버스 운송 차량을 운영하고 있다. 2015년, BYD는 전 세계적으로 6,000대의 버스를 판매하는 것을 목표로 했으며, 전기 자동차 판매 분야에서 세계 선두 주자로 자리매김했다.

대한민국에서는 2013년 구미시에서 주행 중 유도 충전이 가능하도록 도로 구간을 수정하여, 해당 기술을 두 대의 전기 버스로 시범 운행하였다.

2021년 이란에서는 파르산 전기 버스 제조 회사(Parsan Electrical Bus Manufacturing Company)가 SHETAB이라는 브랜드로 최초의 전기 버스를 제조하였다.

5.2. 유럽

2012년 가을, 체코의 버스 제조업체인 Inmod는 8미터(m) 길이의 차량에 22개의 좌석과 35개의 서 있는 장소를 제공하며, 하루 160-170km 범위를 가지고 최대 220-260km까지 확장 가능한 전기 버스를 발표했다. 이 버스는 급속 충전기로 하루에 두 번 1시간 동안 충전되며, 최대 속도는 80km/h이다. 2011년, 비스바덴의 버스 제조업체인 콘트락 코버스 인더스트리(Contrac Cobus Industries)는 코버스 2500e를 발표했다.

2013년 5월 스위스 제네바의 공항과 팔렉스포 사이에는 배터리식 전기버스가 운행을 시작하였으며, 15초 이내에 부분적으로 충전이 가능하다. 종착역에서 충전은 3~4분 정도 소요되며, 프로젝트 비용은 5백만 프랑이었다.

독일의 레기오날트란스포르트 루르-리페 GmbH (RLG)는 2013년 5월에 쿼티에르버스(Quartierbus)로 전기 미니버스를 운행하기 시작했다. 차량 범위는 약 120km이며, 완전 방전 시 재충전하는 데 약 3시간이 걸린다. 충전은 점심 시간에 1.5시간 이상 소요된다. 2013년에는 네덜란드에서, 독일에서는 브레멘과 본에서 배터리 버스 테스트가 진행되었다.

2015년 10월, 2층 버스는 250km 범위의 비야디 자동차의 전기로 전환되었다. 런던의 중심 도시 통행료는 배터리식 전기버스에 대해 면제된다. 2015년에 비야디 자동차는 전세계적으로 6,000대의 버스 판매를 목표로 하였으며, 전기 자동차 판매 분야의 세계적인 선두 기업이다. 2024년 현재, 런던에는 약 1,400대의 배터리 전기 버스가 있으며, 세계 최초의 배터리 전기 2층 버스가 2015년에 운행을 시작했다.

2024년 현재, 모스크바에서는 1,700대 이상의 전기 버스가 운행되고 있다. 이는 런던의 약 1400대 버스보다 많은 유럽 최대의 전기 버스 차량이다.

5.3. 북미

미국에서는 여러 주에서 전기 버스 도입이 진행 중이다. 뉴욕 시의 대중교통국(MTA)은 2017년에 5대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE40 CHARGE 버스와 5대의 프로테라(Proterra, Inc.) 카탈리스트 BE40 버스로 배터리 전기 버스 시범 운행을 시작했다. 2019년에는 15대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE60 CHARGE 굴절 버스를 추가로 주문했다. 2018년에는 콜롬비아 교통(Columbia Transportation)이 6대의 뉴 플라이어 엑셀시오 XE40 CHARGE 버스를 구매하여 기존 디젤 버스를 대체하였다.

캘리포니아에서는 2013년 10월부터 운영 비용 절감 효과를 이유로 배터리식 스쿨 버스가 사용되고 있다. 캘리포니아 교통부는 앤텔로프 밸리 교통국(Antelope Valley Transit Authority, AVTA)과 계약하여 85대의 BYD 배터리 버스로 전환하는 계약을 체결했다. 이 계약에는 다양한 모델의 버스가 포함되며, 버스당 연간 46,000달러의 비용 절감 효과가 예상된다.

오스틴의 캐피털 메트로(Capital Metro)는 2019년에 버스 차량을 전기 버스로 전환하기 시작하여 현재 뉴 플라이어와 프로테라에서 제작한 12대의 전기 버스를 운행 중이다.

6. 갤러리