LIC(리튬이온 캐패시터) 전지

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 26. 08:29 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

LIC(리튬이온 캐패시터) 전지

1. 전지의 개요

 리튬이온 캐패시터(LIC : Lithium-ion Capacitor)는 전기이중층 캐패시터(EDIC : Electric Double Layer Capacitor)와 리튬이온 2차 전지(LIB)의 특징을 겸비하는 하이브리드 캐패시터(Hybrid Capacitor)이며, 고 에너지 밀도, 신뢰성, 긴수명, 안정성으로 인해 활발하게 진행되고 있다.

 리튬이온 캐패시터란 음극에 리튬 첨가 가능한 탄소계 재료를 이용하고, 양극에서는 통상의 전기이중층 콘데서에 이용되고 있는 활성탄, 혹은 폴리머계 유기 반도체 등의 캐패시터 재료를 이용한 하이브리드 캐패시터이다. 음극에 전기적으로 접속된 금속 리튬이 전해액의 주액과 동시에 국부 전지를 형성해, 음극의 탄소계 재료에 리튬이온으로서 첨가가 시작힌다.

 첨가가 완료되며 음극의 전위는 개략 리튬의 전위가 되어, 리튬이온 캐패시터는 충전 전의 초기 전압으로서 3V 미만의 전압을 가진다. 따라서 통상의 전기이중층 콘덴서와의 충방전 전위를 비교하면, 양극의 전위를 너무 높게 설정하지 않아도, 고전압을 얻을 수 있어 이것이 결과적으로 신뢰성 향상의 한 요인이다.

 리튬이온 전지는 값이 비싸고, 충방전 속도(출력밀도)가 충분하지 않으며, 충방전 반복에 의한 열화가 문제이다. 특히 충전에 시간이 많이 걸리는 문제는 가장 큰 난제이다. 이를 획기적으로 개선 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 전지가 부상하고 있다. 지금까지 무정전 비상전원 장치에 사용되어 온 리튬이온 캐패시터이며, 부품기술이나 재료 기술의 발전에 따른 것이다.

리튬이온 캐패시터 구조(출처: LIC 삼신 디바이스)

 리튬이온 캐패서터는 전기이중층 캐패시터라고 하는 축전 부품과 리튬이온 2차 전지를 조합한 하이브리드 구조이다. 전기 이중층 캐패시터의 정극(+)과 리튬이온 2차전지의 부극(-)을 연결한 것이다.

전기이중층 캐패시터는 전극 표면에 이온이 접근해서 만들어지는 전기 2중층을 캐패시터(콘덴서)로서 이용하는 것이며, 충방전이 아주 빠르지만(출력밀도가 높지만), 에너지 밀도는 낮다. 그래서 부극(-)을 치환함으로써 출력밀도와 충방전 반복 가능횟수를 리튬이온 2차 전지에 비해 한 자리수 이상 개선하고, 에너지 밀도를 전기이중층 캐패시터의 몇 배 이상으로 높여서 리튬이온 전지와 비슷한 성능을 지닌다.

 유망한 전지로는 리튬이온 전지가 있다. 이 리튬이온 전지에 비해 리튬이온 캐패시터는 순간적으로 커다란 에너지를 얻을 수 있기 때문에 순간 전압저하 보상장치 등 산업용 장비에 사용되고 있다.

LIC 응용 분야

 리튬이온 캐패시터는 특징을 살려서 태양광 발전 등의 자연 에너지와 조합으로 생태계 및 장수명화에서 환경 부하 저감으로의 공헌을 기대할 수 있는 장치이다.

 또한 박형은 비접촉 충전 등의 급속 간이충전 시스템과 조합 및 자연 에너지 충전에 의한 소형 모바일 기기, 통신 기기 등에 적용할 수 있다.

일본 ACT사 리튬이온 캐패시터 전지

 응용 분야는

① 급속 충전, 경량, 저자기 방전의 특징을 민생 기기용 전원

② 미터 통신& 검침 System

③ 태양전지, 풍력발전과 조합한 축전 장치(가로등, 소형 LED 조명등)

④ 에너지 절약 기기의 보조 전원(복사기 급속가열, 프로젝트 등)

⑤ 자동차 전자 제어 관련(idling-stop devices, drive recorders, brakes-by wire ) 등에 일부 실용화 되어 사용되고 있다.

2. 리튬이온 캐패시터의 전지의 장단점

표 리튬이온 캐패시터 전지의 장단점

리튬이온의 단점

- 값이 비싸다.

- 충방전 속도(출력밀도)가 불충분

- 충방전 반속에 의한 열화 문제

- 특히 충전에 시간이 많이 걸리는 문제

- 충방전 횟수는 1000~2000번이 한계

- 메일 충방전을 반복하는 경우 3년 정도면 수명이 끝남

- 리튬은 철이나 알루미늄에 비해 채굴량이 많이 않은 희귀금속(희토류금속)에 속한다. 게다가 생산의 대부분을 중국에 의존하고 있으며, 미래에도 자원의 장기적 확보가 어렵다.

리튬이온 캐패시터 장점

- 전기이중층 캐패시터라고 하는 축전부품과 리튬이온 2차 전지를 조합한 하이브리드 구조의 전지

- 무정전 비상전원장치에 사용

- 100~200만 번 충방전이 가능하므로 수명은 반영구적

- 단자간의 전압으로부터 에너지 잔량을 정확히 측정할 수 있는 이점

- 50센티미터~1미터의 거리를 송수신 안테나가 상당히 떨어져 있어도 송전할 수 있다.

리튬이온 캐패시터의 단점

- 에너지 밀도가 낮다.

- 1회 충전하고 시속 40km로 주행하면 10~20분 정도에 전기에너지가 소진된다. 대안으로 무선급전으로 전기를 공급하면 된다.

LIC(Lithium Ion Capacitor) 비교

이차전원

전기이중층커패시터(EDLC)

리튬이온커패시터(LIC)

리튬이온전지(LIB)

정극(+)

활성탄

활성탄

리튬메탈옥사이드

부극 (-)

활성탄

흑연계탄소

흑연계탄소

에너지밀도

Low

Medium

High

출력밀도

High

Medium

Low

신뢰성

High

Medium

Low

전압

~ 3.0V

3.8V

4.2

 

 

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Ni-Zn(니켈아연 전지)

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 25. 14:01 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

Ni-Zn(니켈아연 전지)

 Zn/Ni 전지는 1901년경 러시아인 Mikhailouski가 특허를 출원한 이후 독일에서는 1930년에 들어 이를 전기자동차용으로 사용하기 위한 연구개발이 진행되었다.

 2Hi(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) 2Ni (OH)3(s) + Zn

(−) electrode:  Zn + 4 OH− ⇌ Zn(OH)42− + 2e− (E0 = −1.2 V/SHE )
Electrolyte: KOH
Zn(OH)42− ⇌ Zn(OH)2 + 2OH−
Zn(OH)2 ⇌ ZnO + H2O
(+) electrode:  2 NiO(OH) + 2 H2O + 2 e− ⇌ 2 Ni(OH)2 + 2 OH− (E0 = +0.50 V/SHE)
Overall reaction:  Zn + 2 NiO(OH) + H2O ⇌ ZnO + 2 Ni(OH)2
Parasitic reaction:  Zn + 2 H2O → Zn(OH)2 + H2

 그러나 1950년대에 이르기까지 실용화된 기록이 없다가 1960년대에 접어들면서 유럽 및 미국에서 연구가 활발하게 진행되었다.

니켈아연 전지의 특징

① 에너지 밀도가 45~65 Wh/kg으로 납축전지보다 높다

② 가격은 Ni-Cd 전지 대비 저렴하다

③ 충전량은 방전량의 110% 이내여서 충분하다

④ 충전 상태나 방전 상태에서도 장시간의 보존이 가능하여 유지보수가 간단하다

⑤ 내진동성, 내충격성 등이 우수하다.

 그러나 에너지 밀도가 높더라도 납축전지와의 차이가 적기 때문에 1 충전 주행 거리를 획기적으로 확장하기는 어렵고, 아연 전극의 수명이 짧다는 단점도 있다. 따라서 미래의 전기자동차 전원으로 사용하기 위해서는 대폭적인 수명 성능의 향상이 필요하다.

 

찻대 전지, 니켈-아연 전지

 높은 에너지 밀도와 높은 비율의 방전이 가능하나 우수한 성능로 인해 많은 종류의 알카리 전지에서 아연이 사용되는데, 그 중에서 전기 자동차용 2차 전지로서 니켈-아연 전지의 활용 가능성이 가장 크다. 그러나 충전 반응 시 일어나는 아연 전극에서의 불균일한 조직형성 때문에 누전과 수차례 충방전을 반복하면서 발생하는 전극 변형에 의한 전지용량 감소가 초래되어 전지의 수명이 200~300회 정도에 불과해서 아직까지 상용화에는 어려움이 있다.

 니켈-아연 전지는 전극에 따라 다소 제조과정이 다르다. 먼저, 양극에 해당하는 니켈전극은 일반적으로 소결식으로 제조되는데, 이 방법은 니켈 집전체 위에 부피비로 75~80%에 달하는 기공을 갖는 Ni 소형판을 소결방법으로 제조한 후, Ni(NO3)2를 함침하여 Ni(OH)2 활물질을 생성시키고 나서 충방전을 통한 화성공정을 거쳐 전극으로 제조한다.

 음극 전극의 경우, 아연산화물 분말을 주성분으로 하여 아연금속 분말과 몇 가지 첨가제를 혼합하여 집전체에 도포하는데, 도포하는 방법으로는 건식법으로 해야 전극에서 발생하는 산소의 발생전위를 높을 수 있다. 다음, 내알카리성을 갖는 금속이 전착도금 된 구리 집전체 위에 활성물질과 첨가제가 혼합된 분말을 가압 성형함으로써 전극이 제조된다.

 전지의 수명에 영향을 미치는 요인 중의 하나인 분리판은 각종 재질과 구조가 이용되는데, 알카리에 강한 종이, 유기질 다공성 박막 등 3중 구조로 이루어져 있다. 수명에 중대한 또 한가지 요인인 전해액은 일반적으로 25~35% 수산화칼륨 용액이나, 여기에 수산화리튬 용액을 혼합하여 사용한다.

 니켈-아연 전지는 전기자동차용으로 많은 가능성을 지니고 있다. 또한 높은 출력과 에너지 밀도, 낮은 가격, 안정성, 원료 및 제조 공정의 무공해성 등 전기자동차용 전지가 갖추어야 할 성능을 갖추고 있으므로 그 수명 특성을 개선 할 경우 전지의 가격과 더불어 성능을 비교하면 니켈-금속수소화합물, 나트륨-황 등의 여타 전지들과 경쟁이 가능할 것이다. 결국 니켈-아연 전지의 실용화를 앞당김으로써 가까운 장래에 환경오염 및 에너지고갈 문제를 완전 해결한 전기자동차가 실용화 될 수가 있다.

 

 

 

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납축 전지

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 21. 14:03 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

납축 전지

 자동차 내연기관에 사용되고 있는 전지는 납산 전지와 알카리 전지의 두 종류가 있으나, 대부분 납산 전지를 사용하고 있다. 알카리 전지는 납 전지에 비해 과다 충방전에 견디고 수명이 길다. 그러나 원료의 공급 등에 제한을 받고 값이 비싸다는 단점이 있다.

 납축전지는 전극으로 납을 사용하기 때문에 전지의 중량이 무겁고, 에너지 밀도는 2차 세계 대전 중에 약 20 Wh/kg 전후였으나, 종전 후에는 재료 혁명의 영향으로 성능, 수명이 크게 발전하여 지금도 자동차 및 기타 산업의 시동용 전지로 많이 사용되고 또한 성능향상이 이루어 지고 있다. 현재 전기자동차용 납축전지의 에너지 밀도는 약 40 Wh/kg(5 HR)이고, 대전류 방전에 있어서도 비교적 양호한 특성을 보여주고 있다. 영국에서의 우유 배달차 전원으로 사용되는 납축전지의 에너지 밀도는 25 Wh/kg 전후로 상당히 낮은 편이다. 그러나 영국은 일정 반경에서만 사용하는 제한적 주행거리에는 에너지 밀도도 충분하고, 전지의 수명은 약 4년간 보증하여 사용하고 있다.

 현재 사용되고 있는 전지 중인 납축전지는 가장 저렴하여 전기자동차의 전원으로 사용될 경우 엔진차에 비교적 저렴한 가격으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한 폐전지로부터 납의 회수가 용이한 장점이 있다.

 그러나 에너지 밀도가 낮은 40 Wh/kg 전후의 전지를 탑재할 경우 전기자동차의 1충전 주행거리는 연속주행에서 약 100 km 전후이고, 도시 내에서 GO/STOP의 반복으로 인해 이의 약 1/2 또는 그 이하의 주행거리로 감소한다. 물론 이 정도의 주행 거리로 용도에 따라 실용성이 있으나, 광범위한 목적으로 활용하기 위해서는 에너지 밀도를 높이지 않으면 안된다.

 납축전지의 또한 단점으로는 방전 후의 충전에 통상 6~8시간의 상당히 긴 시간이 요구되는 것이다. 효과적인 충전을 하기 위해서는 저렴하고 신뢰도가 높은 충전기의 제어기구가 개발되어야 하며, 이를 개발하기 위해서는 보다 많은 연구 개발이 필요하다. 향후 전지의 액보충 횟수를 줄이거나, 전지의 밀폐화로 액보충을 없애는 방안, 충방전량을 알려주는 지시계의 개발, 전지에 관한 유지 관리의 간소화를 위한 성능 향상 연구가 추진되어야 할 것이다.

납축전지

1) 납 전지

양극판 : 과산화납(PbO2, 다갈색)

음극판 : 해면상납(Pb, 순납)

전해액 : 비중 1.2~1.3 정도의 묽은 황산(2H2SO4)

셀당 기전력 : 2.1[V]

2) 알카리 전지

양극판 : 수산화 제2니켈(ZLI(CH)3) à수산화니켈(ZLI(CH)2)

음극판 : 카드뮴(Cd)à수산화 카드뮴(Cd(OH)2)

전해액 : 수산화알카리 용액(KOH)

 양극에 수산화 제2니켈, 음극에 카드뮴, 전해액으로는 알카리 용액을 사용한 것이 널리 사용되고 있다. 기전력은 약 1.2V이다. 알카리 전지의 특징은 진동에 견디며 자기방전이 적고 평균수명이 길고 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있다.

[1] 전지의 구조와 작용

 현재 납산 전지의 구조는 아래와 같으며, 여러 개의 단전지(Cell)로 이루어진 케이스가 있고, 각 단전지마다 양극판과 음극판, 격리판 및 전해액이 들어 있다. 또한 양극판은 음극판보다 적용이 활발하여 쉽게 파손되므로 화학적인 평형을 고려해서 음극판을 한 장 더 많이 둔다.

 

납전지의 4대 구성 요소

1) 양극(cathode) : 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극

2) 음극(anode) : 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 전극

3) 전해질(electrolyte) : 양극의 환원 반응, 음극이 산화반응이 화학적 구조를 조화를 이루도록

                      물질이동이 일어나는 매체

4) 분리막(separator) : 양극과 음극의 직접적인 물리적 접촉 방지를 위한 격리막

 1) 극판(plate)

 아래와 그림과 같이 납과 안티몬 합금의 격자 속에 납 산화물의 분말을 묽은 황산으로 반죽(paste)하여 붙인 상태로 만든 것을 충전하여 건조시킨 후 전기 화학처리를 하면 양극판은 다갈색의 과산화납(PbO2)으로, 음극판은 해면상납의 작용물질로 변한다.

 극판의 두께는 2[mm] 또는 3[mm] 정도의 얇은 극판도 만들어지고 있다.

2) 격리판(separator)

격리판의 기능은 음양극판 사이에 끼워져 단락을 방지한다. 그 종류에는 강화섬유 격리판, 비공석 고무 격리판, 합성수지 격리판이 있다. 또한 이 격리판(separator)은 부도체이며, 전해액이 자유로이 확산할 수 있도록 다공성이어야 하면, 또 내산성과 내진성이 우수해야 한다. 또한 격리판의 설치는 화학작용을 원활하게 하기 위하여 주름진 쪽이 양극판(+극판 : positive plate)쪽을 가게 한다. 홈이 있는 면이 양극판 쪽으로 끼워져 있고, 단독 또는 글래스 매트(glass mat)와 함께 사용한다. 글래스 매트는 양극판의 양면에 끼워져 어떤 일정 압력으로 눌러 진동에 약한 작용물질이 떨어지는 것을 방지한다(글래스 매트: 유리 섬유판)

납축전지 격리판

 3) 유리 매트(glass mat)

 양극판의 작용물질은 진동에 약하여 떨어져 나가기 쉬우므로, 이것을 방지하여 전지의 수명을 길게 할 목적으로 유리 섬유의 매트로 양 극판의 양쪽에서 작용 물질을 누르듯이 끼워 놓는다.

 4) 극판군(plate group)

 극판군은 여러 장의 극판을 그림과 같이 조립하여 연결편(strap)과 극주(terminal post)를 용접해서 만든다. 이렇게 해서 만든 극판군을 단전지라 하고, 완전 충전 시 약 2.1[V]의 전압이 발생한다. 따라서 6[V] 전지는 단전지 3개로 되어 있고, 12[V] 전지는 6개의 단전지가 직렬로 접속되어 있다.

 단전지 속의 양 극판의 매수는 3~5 정도이고, 많은 것은 14매 정도다. 극판의 매수는 많을수록 극판의 대량면적이 많아지므로 전지의 용량은 커진다. 단전지는 몇 장의 극판을 접속편에 용접하여 단지 기둥에 연결한 것이다. 또는 셀(cell)이라고 한다. (+), (-)극판은 1장씩 서로 엇갈리게 조립되고 비교적 결합력이 강한 음극판이 바깥쪽에서 양극판을 보호하기 위하여 양극판 보다 1장 더 많게 조립된다.

셀당 양극판의 수 : 3~5(최고 14)

② 완전 충전시 셀당 기전력 : 2.1 [V]

③ 단전지 6개를 직렬로 연결 : 12 [V]

5) 케이스(case)

전지의 몸체을 이루는 부분이며 내부에 칸막이를 두어 단전지(cell)를 구분하고 있다. 또한 극판 작용물질의 탈락으로 인한 침전물의 쌓임을 방지하여 단락(short)이 일어나지 않게 하는 엘리먼트 레이스가 케이스 및 부분에 설치되어 있다.

 케이스는 각 셀(cell)에 극판군을 넣은 다음 합성수지(plastic) 또는 에보나이트, 경고무 등으로 성형하고 있으며 케이스의 밑부분 엘리먼트 레스트(element rest)는 극판작용 물질의 탈락이나, 침전 불순물의 축적에 의한 단락을 방지한다.

커버의 중앙부에는 전해액이나 증류수를 주입하기 위한 주입구인 필러 플러그(filler-plug)가 있다. 플러그(plug)의 가운데 부분이나 옆부분에 작은 통기 구멍이 있으며, 이 구멍은 전지 내부에서 발생하는 수소가스나 산소가스를 방출하는 역할을 한다.

6) 필러 플러그(filler plug)

 필러 플러그는 합성수지로 만들며, 벤트 플러그(vent plug)라고도 한다. 필러 플러그는 각 단전지(cell)의 상부에 설치되어 전해액이나 증류수를 보충하고 전해액의 비중을 측정할 비중계의 스포이스나 온도계를 넣을 때 사용한다. 또한 전지 내부에서 발생하는 가스를 외부에 방출하는 통기공이 뚫려 있다.

 

 7) 커넥터와 터미널(connector and terminal post)

커넥터는 납 합금으로 되어 있으며, 전지 내의 각각의 단전지(cell)를 직렬로 접속하기 위한 것이다. 또한 기동시의 대전류가 흘러도 발열하지 않도록 굵게 되어 있다. 터미널은 납 합금이므로 외부 연결계와 완전자한 접촉을 이룰 수 있으며, 크기가 규격화 되고 양극이 음극보다 조금 크게 되어 있다.

① 커넥터 : 각 셀을 직렬로 접속하기 위한 것이며 납 합금으로 되어 있다.

② 단자기둥 : 납 합금으로 되어 있으며 외부 회로와 확실하게 접속되도록 테이퍼로 되어 있다.

 

 8) 전해액

전해액은 무색, 무취의 순도 높은 묽은 황산이며, 전지 내부의 화학작용을 돕고 각 극판 사이에서 전류를 통하게 하는 일을 한다.

비중이란 물체의 중량과 그 물체와 같은 부피의 물(4[])과의 중량비를 말하며 진한 황산의 비중은 1.835이다. 전지에 어느 정도의 전기가 축적되어 있는가를 아는 방법으로서, 보통 전해액의 비중을 측정한다.

전해액 비중은 전지가 완전 충전 상태일 때 20[]에서 1.240, 1.260, 1.280의 세 종류를 쓰며, 열대 지방에서는 1.240, 온대 지방에서는 1.260, 한랭지방에서는 1.280을 쓴다. 국내에서는 일반적으로 1.260(20[])을 표준으로 하고 있다. 전해액은 순도 높은 무색, 무취의 황산에 증류수를 혼합한 묽은 황산을 사용한다. 전해액은 그 전력을 높이고 방전시에 내부 저항의 증가를 적게 하고 있다.

 

전지의 충방전

방전 : 묽은 황산속에 수소는 양극판속의 산소와 화합하여 물을 만들기 때문에 비중이 낮아진다.

충전 : 양음극판에서 수소와 산소 발생

납축전지 화학반응

1. 비중에 의한 충방전 상태

충전상태

20[]일 때의 비중

밧데리 전압

완전충전(100%)

1.26 – 1.28

12.6 이상

3/4충전(75%)

1.21 – 1.23

12.0

1/2충전(50%)

1.16 – 1.18

11.7

1/4충전(25%)

1.11 – 1.13

11.1

완전방전(0%)

1.06 – 1.08

10.5

 

[전지의 화학작용]

 1) 충방전 작용

전지의 +, - 양 단자 사이에 부하(load)를 접속하여 전지에서 전류가 흘러나가는 것을 방전(discharge)이라 하고, 반대로 충전기나 발전기 등의 직류 전원을 접속하여 전지로 전류가 흘러 들어가는 것을 충전(Charge)라고 한다.

 방전이나 충전을 하면 전지 내부에서는 양극판, 음극판 및 전해액 사이에 화학 반응이 일어난다. 즉 전지의 충방전작용은 극판의 작용물질인 과산화납(PbO2)과 해면상납(Pb) 및 전해액인 묽은 황산(H2SO4)에 의해 화학반응을 하게 된다.

방전

양극판인 과산화납은 방전하면 과산화납 속의 산소가 전해액(황산)의 수소와 결합하여 물이 생기고, 과산화납 속의 납은 전해액의 황산기(SO4)와 결합하여 황산납이 된다. 또한 음극판인 해면상납은 양극판과 같이 황산납이 된다.

 이와 같이 방전시키면 양극과 음극의 극판은 황산납이 된다. 전해액은 액속의 황산분이 감소하고 생선된 물에 의해 묽게 된다. 따라서 방전이 진행됨에 따라 전해액의 비중이 낮아져 극판이 황산납으로 변하고, 극판 사이의 도체인 전해액이 물로 되기 때문에 전지의 내부 저항이 증가하여 전류는 점점 흐르지 않게 된다.

전체 반응식  :     PbO₂ + Pb + 2H2SO₄ ⇔ 2PbSO₄ + 2H₂O

  - 양극 반응식 : PbO₂ + 3H- + HSO₄ - + 2e ⇔ PbSO₄ + 2H₂O

   -음극 반응식 : Pb + HSO₄ - ⇔ PbSO₄ + H + + 2e

납축전지 방전율

전지 방전

- 양극판 : 과산화납(PbO2) à 황산납(PbSO4)

- 음극판 : 해면상납(Pb) à 황산납(PbSO4)

- 전해액 : 묽은 황산(H2SO4) à (H2O)

 

충 전

 외부의 전원에서 전지에 충전전류를 흘러 들어가게 되며, 방전으로 인해 황산납으로 변한 음극판과 양극판의 작용물질은 납과 황산기로 분해 되고, 전해액 속의 물은 산소와 수소로 분해 된다. 분해 된 황산기와 수소가 결합하여 황산이 되어 전해액으로 환원한다. 이 때 전해액의 황산농도는 증가하여 비중이 높아진다. 이 상태로 되면 양극판은 과산화납이 되고, 음극판은 해면상납(Pb)으로 된다.

 자동차의 배터리 등 평소 흔히 쓰이는 전지의 대표적인 것에 연() 전기가 있다. 전지는 전기를 저축하고 있는 것이 아니라, 전기 에너지를 만들어내는 화학 에너지를 저장하고 있는 것이다. 물은 황산 속에 이산화연판을 (+)극으로, 순수한 납(Pb)판을 (-)극으로 넣는다. 그런 다음 연축전지의 두 극을 도선으로 연결하며 다음과 같은 화학 반응이 일어난다. 즉 묽은 황산 용액 속에는 황산이 전리되어 수소 이온 2와 황산이온으로 된다.

[3] 전지의 특성

1) 전지의 용량

 전지의 용량은 극판의 장소, 면적, 두께, 전해액 등의 양이 많을수록 커지며, “ 완전 충전된 전지를 일정한 방전 전류로 계속 방전하여 단자전압이 완전방전 종지전압이 될 때까지, 전지에서 방출하는 총 전기량을 전지의 용량이라 하며 다음과 같다.

 여기서 방전시간이란 완전 충전 상태에서 방전 종지전압까지의 연속 방전하는 시간을 말한다. 이것을 암페어시() 용량이라 하며, Ah(ampere hour)의 단위를 쓴다.

전지의 욜량[Ah] = 방전전류[A] x 방전시간[h]

2) 자기방전[Self discharge]

 전지는 사용하지 않고 그대로 방치해 두어도 조금씩 방전을 일으키는데, 이러한 현상을 자기방전이라 한다. 자기방전은 그때의 환경에 따라 다르다. 예를 들며, 전해액의 비중이 높을수록, 주위의 온도와 습도가 높을수록, 사용기간 길수록 방전량이 많다.

 자기방전의 주요 원인은 전해액 속의 불순물에 의해 음극과의 사이에 국부 전지가 생기고, 또 격자(grid)와 양극판의 작용물질 사이에 국부전지가 생겨 방전하는 경우가 있다. 그리고 전지의 와부 표면에서 생기는 누전 전류도 자기방전의 원인이 된다. 자기방전량은 전지 실용량에 대한 백분율로 나타내며 보통 0.3~1.5[%] 정도이다.

 자기 방전에서 특히 주의해야 할 점은 장기간 사용하지 않은 경우의 자기방전으로 인한 과도한 방전이다. 이 과도한 방전으로 인한 설페이션(sulfation)을 일으키면 완전 회복이 어려워지며 다시 사용하지 못하는 경우도 발생한다.

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니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd, 니카드 전지)

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 12. 00:25 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd, 니카드 전지)

니켈 카드뮴 전지의 역사

 대형의 Ni-Cd 전지는 2차 대전 중에 유럽에서 개발되었고, 소형의 Ni-Cd 전지는 또한 유럽에서 1960년대 유럽에서 상용화 되었다. Ni(OH)2를 양극으로, Cd을 음극으로 사용하는 전지이며, 알카리 수용액을 전해질로 사용한다. 납축전지와 Ni-Cd 전지의 가장 큰 차별점은 전해질을 황산 대신 알카리 수용액을 사용한다. 알카리 수용액은 황산화 같은 산성 수용액보다 전도성이 뛰어나다는 장점이 있다.

 대형 Ni-Cd 전지는 철도, 차량용, 비행기 엔진 시동용 등을 비롯하여 고출력이 요구되는 다양한 산업 및 군사 용도로 사용되고 있다. 방전 시에 일어나는 가스 발생을 제어하는 기술이 개발되어 밀페식으로 만들어 진 것이 바로 소형 Ni-Cd 전지이다.

 디지털 기기에서의 배터리는 니카드 전지(니켈 카드뮴)에서 니켈수소전지, 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지로 이동하고 있다. 이런 상황에서 니켈카드뮴 전지는 유해 중금속 물질인 카드뮴 사용으로 인체건강 및 환경에 좋지 않아 점차 사용이 줄어 들고 있다. 현재 광범위하게 사용되고 있는 노트북, 휴대전화의 전원도 니켈카드뮴 전지에서 출발하여 리튬이온전지가 대세가 되었다.

원리와 구조

니켈 카드뮴 전지의 반응식은 다음과 같다. 양극은 니켈 산화물, 음극은 카드뮴화합물을 활성 물지로서 전해액은 주로 수산화 칼륨 수용액을 사용하고 있다.

             2Ni(OH)2+Cd(OH)2 2NiOOH+Cd+2H2O

 원통형 니켈카드뮴 전지의 내부는 얇은 시트 모양의 양음극판을 나일론이나 폴리프로필렌을 소재로 한 부직포로 된 격리판을 통하여 말은 상태로, 강철제의 견고한 외장 캔에 수납되어 있다.

, 과충전시에 양극에서 발생한 산소 가스는 음극에서 흡수되어 전지 내부에서 소비하는 메커니즘으로 되어 있다. 규정 이상의 내부 가스압 상승에 대비하여 복귀식 가스 배출 밸브를 설치하고 있다.

충전 특성

니켈 카드뮴 전지의 충전특성은 전지의 종류, 온도, 충전전류에 따라 달라진다. 충전이 진행됨과 동시에 전지 전압은 상승하여 어는 정도 충전량에 도달하면 피크 전압을 나타낸 후에 강하된다.

 이 전압 강하는 충전말기에 발생하는 산소 가스가 음극이 흡수될 때의 산화열로 전지온도가 상승하기 때문에 발생한다. 충전기를 설계할 때 이 음극에 흡수되는 속도 이상으로 산소 가스를 발생 시키지 않아야 한다는 것이 중요하다.

 충전에 3가지 종류가 있다.

- 트리클 충전 : 0.033 C[A] 정의 소전류로 연속 충전

- 노멀 충전   : 0.1~ C~ 0.2 C [A]에서 150% 정도의 충전

- 급속 충전  : 1 C ~1.5 C [A]에서 약 1시간의 충전이 가능, 만충전 제어가 필요

방전 특성

니켈 카드뮴 전지의 방전 동작 전압은 방전전류에 의해 다소 변화되지만, 방전기간의 약 90% 1.2 V 전후를 나타낸다. 또한 건전지나 연축전지에 비해 방전 중인 전압변화가 적어 안정된 방전 저압을 나타낸다. 방전 종지 전압은 기기의 설계상 1셀당 0.8V ~1.0V가 적당하다. 또한 내부저항이 작기 때문에 외부 단락 시 대전류가 흐르기 때문에 보호부품 등의 설치도 필요하다.

 

메모리 효과란

 방전 종지 전압이 높게 설정되어 있는 기기나 매회 얕은 방전 레벨에서 사이클을 반복했을 경우, 그 후의 완전방전에서 방전 도중에 0.04 ~ 0.08 V의 전압강하가 일어나는 경우도 있다.

 이것은 용량 자체가 상실 된 것이 아니기 때문에 깊은 방전(1셀당 1.0 V 정도의 완전방전)을 함으로써 방전전압은 원래 상태로 복귀한다. 이 현상을 [메모리 효과]라고 한다. 양극에 니켈을 사용하는 니켈카드뮴 전지나, 니켈수소 전지에서 주로 발생한다.

 최근에는 기기축의 방전 종지전압 설정을 1.1 V/셀 이하로 하는 등 저전압 구동 IC의 사용과 적당한 세트 전지수의 선정으로 문제가 되지 않는다.

 Ni-Cd가 가진 큰 단점은 메모리 효과(memory effect)가 존재 한다는 것이다. 이 현상은 전지를 완전히 방전시키지 않은 상태에서 충전을 하게 되면 일어나는 현상이다. Cd의 결정 구조 때문에 일어나는 현상으로 메모리 효과가 생기면 결과적으로 전지의 충전 가능 용량이 줄어든다. 이 현상이 심해지면 최기 용량의 70%만을 사용할 수 있게 된다. Ni-Cd 전지를 강제 방전함으로써 메모리 효과가 일어난 Cd의 결정 구조를 제거가 가능하다. 에너지 밀도는 1 리터당 90이다.

 이 전지의 에너지 밀도는 최근의 고성능 전기자동차용 납축전지보다 오히려 약간 떨어지나, 대전류 방전 특성이 우수하고, 저온에서도 그 특성이 크게 저하하지 않는 특징이 있다.

 Ni-Cd 전지의 전압은 1.2V인데 , Ni-Cd에서는 1.2V인데, Ni-Cd 전지에서는 전지를 다 사용하기 전에 충전하면 메모리 효과(memory effect) 때문에 다음 충방전시에 용량이 줄어드는 현상이 발생한다.

 메모리 효과의 단적인 예는 전기면도기처럼 매일 일정시간 사용하고 곧 바로 충전하는 기기에서 이상 동작 현상이 발생한다. 메모리 효과인 이 현상은 이 전지를 강제 방전함으로써 메모리를 지울 수 있다. 메모리 효과는 Cd(카드뮴) 금속 고유의 특성이다. 카드뮴 금속은 수정과 같은 결정 구조를 이루고 있는데 방전이 일어나면서, 반응이 일어난 부분은 결정 구조가 흐트러져 비정형 구조로 변한다. 비정형구조와 결정 구조 사이의 경계는 충전과 방전을 거듭하면서 굵어지고, 이런 경계가 메모리 효과의 원인이 된다.

수명 특성

 니켈 카드뮴 전지의 수명은 보통 조건에서는 500회 이상 반복해서 사용할 수 있지만 수명에 영향을 주는 요인은 충전전류, 온도, 방전 심도/빈도, 과충전기간 등이 있다. 수명의 현상은 전지부품의 열화나 활물질의 기능저하에 의한 용량저하를 들 수 있다. 다른 계통의 전지에 비해 보다 안전하게 오래 사용하기 위해서는 특히 온도와 충전 전류를 고려해야 한다.

니켈카드뮴 전지의 특징

1) 사용실적을 뒷받침하는 높은 신뢰성 : 40년 이상의 상용화로 신뢰성이 높다.

2) 수명이 길어 경제성이 우수 하다. : 1회의 방전 용량은 기존의 건전지와 같지만, 일반적으로 500회 이상의 충방전이 가능하여 경제적이다. 최근에는 충전의 제어기술이 발달하여 1000~2000회 이상 사용할 수도 있다.

3) 전지 자체가 견고하여 다소 무리한 조건에서도 오래 사용되므로 기기를 복잡한 회로로 사용 할 필요가 없다. 또 다른 2차 전지에 비해 과충전/과방전에 강한 설계로 되어 있다. 또한 전지 내부에 흡수되지 않았던 가스를 방출하는 복귀식 가스 배출 밸브가 있어 안전성이 뛰어나다. 전동 공구에서의 30A까지 미치는 방전특성 및 10분 이내의 충전 등 다른 2차 전지에 비해 뛰어난 성능을 지니고 있다.

4) 폭넓은 기종과 건전지와의 호환성 : 다양한 용도에 대응할 수 있도록 여러 종류(타입, 사이즈)의 전지와 기기 스페이스에 맞춘 세트 전기가 있다. 또 건전지와 호환성이 있는 카드뮴전지와 충전기도 충실한 라인업을 갖추고 있다.

5) 우수한 신뢰성과 넓은 사용 온도/습도/범위 : 온도에 의한 성능의 변화가 적고 밀폐 구조이기 때문에 습도에 의한 영향도 거의 없다. 방전은 보통 -20~+60를 허용한다. 특히 저온에서 1C[A]를 초과하는 고부하 방전이 가능한 2차 전지가 상용화 되지 않아 니켈카드뮴 전지의 확대에 어려움이 있었다. 비상 조명기기나 자동 화재 경보기 등의 방재기기의 백업 전원으로 전부터 활용되고 있어, 신뢰성이 매우 높다.

6) 보수가 용이하고 견고 : 밀폐구조이기 때문에 보충액이 필요 없이 충방전 상태를 불문하고 보관할 수 있으므로 보수가 용이하다. 또 기기내에 장착이 가능하며 취급이 간단하다. 구조는 견고하고 재질도 금속 용기를 사용하고 있기 때문에 충격이나 진동에 대해 충분한 내구성이 있다.

니켈카드뮴 전지의 종류

 밀폐형 니켈 카드뮴 전지의 형태는 원통형, 버튼형, 편평각형(gum)이 있다. 원통 밀폐형 니켈카드뮴 전지는 일본공업규격 JIS C8705-98 24종류의 호칭 방법이 규정되고 있다. , 이것들 외형치수에 의한 분류만이 아니라 많은 용도에 따라 특성을 가지는 전용 전기가 개발되어 있기 때문에 그것들의 특성을 충분히 이해하여 가장 적당한 전지를 선택하는 것이 중요하다.

 니켈 카드뮴 전지는 납축전지에 비해 출력 밀도가 크고, 수명이 길며, 단시간 충전이 쉬운 장점이 있다. 그러나 에너지 밀도와 납축전지와 거의 같은 정밀도로 그 한계성을 많이 갖고 있으면서 가격이 납축전지에 비해 몇 배 높고, 재료의 대량 수급에도 문제가 있다.

니켈 카드뮴 전지 향후 전망

니켈 수소나 리튬 이온이라는 새로운 2차 전지의 등장으로 고용량의 측면에서는 니켈카드뮴 전지의 성능은 저하되지만 전지에서 요구되는 성능은 고용량만이 아니다. 새로운 계통의 전지는 대전류 방전, 온도 특성, 긴 수명 등에서 니켈 카드뮴 전지 정도의 특성을 얻을 수 없다. 현재 전지의 용도가 다양화되고 요구되는 특성도 다종다양하여 니켈카드뮴 전지가 아니면 사용할 수 없는 용도도 있다. 앞으로 니켈카드뮴 전지가 그 특징을 활용 할 수 있는 시장을 소개한다.

1) 동력용도(요구특성: 고출력, 장 수명, 고신뢰성)

어시스트 자동차, 전동차 의자, 스쿠터, 카트, 소형 전동 리프트 등

2) 스탠드바이 용도(요구 특성 : 연속충전, 고신뢰성)

WILL(Wireless Local Loop: 전화 회선용 백업), UPS, 시큐리티, POS 기기 등, SOHO 수요가 기대되는 가운데, 긴 수명, 고신뢰성이 보다 더 요구될 뿐 아니라 소형/경량화/긴수명/대전 방전특성/온도특성이라는 요구사항이 많아지고 있어 니켈카드뮴 전지의 사용 보편화 되고 있다.

3) 태양전지와 변용 기기(요구특성: 과혹한 환경온도에 견딜 수 있는 온도 특성)

셔터, 방범등, 표시등, 태양전지와 조합은 한 여름 고온이나 한 겨울의 영하의 온도에 대해 니켈카드뮴 전지는 온도 내구성에 적합성이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

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전기자동차, 전기 자건거 배터리 용량 계산

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 10. 00:07 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기자동차, 전기 자건거 배터리 용량 계산

Ah/Wh

시간당 방전량(암페어)/시간당 소모 전력량(와트)로 표시하는데, 사실은 같은 단위이다.

500Wh라는 배터리 용량은 500W의 출력으로 페달을 밟았을 때, 1시간 지속된다는 의미이다.

Ah로 변환법은

W(전력) = V(전압) * A(전류)

전기 자전거 배터리의 전압은 36V이며, 이를 근거로 계산하면, 500Wh 용량의 배터리 용량은 13.8Ah, 138000mAh라고 할 수 있다.

아이폰 8 플러스의 배터리 용량이 2675mAh이니 아이폰 플러스를 51.6번 완충할 수 있는 배터리 용량이다. 그럼에도 고출력 모터는 전략을 많이 소모하여 보통 2시간 ~3시간 정도 지속 된다.

 

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인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)

 자동차 산업은 거대한 국제 분업 구조로 이루어져 최적의 가격, 품질 및 납기 경쟁력을 가진 부품을 글로벌 소싱하고 있다. 이에 각국에서 생산되는 부품들은 전 세계로 퍼져 나가는 SCM(Supply Chain Management) 구축하게 되는데, 이 부품을 위한 이동 및 납품 조건은 각각의 조건에 따라 인도된다. 이러한 국제적 약속을 통일 시키는 물류 조건이 인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)의 규정을 따른다. 다음과 위키 백과에 기술된 국제 무래 거래 조건에 대한 정의를 기술하였다. 해외 고객과의 자동차 부품 무역 시 납품 조건으로 꼭 참조하길 바란다.

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인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)는 국제상업회의소가 제정하여 국가 간의 무역거래에서 널리 쓰이고 있는 무역거래조건에 관한 해석 규칙이다. 국제상업회의소는 국제민간조직이므로, 이것은 자치적 관습입법이다.[1]

아래 내용은 Incoterms 2010입니다.

 종래의 공식 명칭은 〈정형거래조건의 해석에 관한 국제규칙〉(International Rules for the Interpretation of Trade Terms) 내지 〈정형거래조건의 해석에 관한 ICC 공식규칙〉(ICC Official Rules for the Interpretation of Trade Terms)이었는데, 국제상업회의소가 〈Incoterms 2010〉을 공표하면서, 그 부제(副題), 이를 〈국내 · 국제거래조건의 사용에 관한 ICC 규칙〉(ICC rules for the use of domestic and international trade terms)이라고 명명하고 있다. 이러한 변화는 인코텀스가국내거래조건이기도 하다는 점을 천명하기 위함인 바, 세계 각처에서 유럽연합과 같은 자유무역지대가 등장하고 범세계적으로 관세자유지역(customes-free zone)이 확대되는 등과 같이 이제는 국제거래에서 국경의 중요성이 점차 퇴색하여 국내거래와 국제거래의 차이가 감소하고 있고, 같은 맥락에서 실무상 순수한 국내매매계약에서 흔히 인코텀스가 사용되고 있는데다가, 미국에서도 국내거래에서 종래 미국통일상법전상의 정형거래조건 대신에 인코텀스를 사용하는 경향이 증가하고 있는 점을 고려하여, 인코텀스가 국제거래는 물론 국내거래에서도 사용가능하다는 것을 강조하는 것이다.[2]

 

무역거래에 가격과 책임에 있어서 구매자와 판매자간의 위험과 비용의 분기점을 제시하며, 최근의 운송관행도 반영하고 있다. 국제물품매매협약과 상응하는 부분이 많다. 1936년 처음으로 제정됐으며 매 10년마다 새로운 개정판이 발표된다. 현재 쓰고 있는 개정판은 2010년에 개정됐다.

 

 

목차

1          역사

2          F - 주 운송비 미지급

3          C - 주 운송비 지급

4          E - 출하지 인도조건

5          D - 도착지 인도

6          인코텀스 요약

7          인코텀스 2020 개정안

7.1        DAT → DPU

7.2        DPU - Delivered at Place Unloaded (도착지 양하인도)

8          각주

9          외부 링크

역사

기존에는 국제무역의 거래조건(trade terms)에 관한 해석이 정립되지 않아 거래상의 장애와 분쟁이 다수 발생하였다. 이에 국제상공회의소는 1921년 제1회 총회에서 각국의 무역용어에 대한 정의를 수집하여 간행하였다. 그 후 1936년 이를 다시 정리하여 총 11종류의 국제적 통일초안을 성립하게 되었고, 1953년에 다시 9종의 정형거래조건을 규정하였다. 1967년 국경인도조건 및 반입조건(관세포함)을 보완 하는 무역거래조건을 반영하였고, 1976년에 이것에 항공인도조건을 제정하여 보완하였다. 1970년대 이후 복합운송의 등장에 따라 새로운 운송방식에 적합한 정형거래조건의 출현이 불가피 하여 운송인 인도조건(Free carrier)과 운임 · 보험료지급 조건(Freight or Carriage and Insurance Paid to ... )을 신설하고 종래에 내륙운송에 만 적용되던 운임지급조건을 복합 운송의 경우에도 적용되도록 수정 · 보완하였다. 1990년 전자 문서 교환 통신과 국제복합운송이 고도로 발전됨에 따라 다시 많은 내용을 수정 · 보완하였다.[3] 인코텀스 2010에서 개정된 특징으로는 전체 조건이 기존 13개에서 11개로 축소되었다. (DAF, DES, DEQ DDU를 통합하여 DAT, DAP DDP로 축소)

 

F - 주 운송비 미지급

FCA - Free Carrier (운송인 인도조건)

FCA 조건은 매도인의 구내 혹은 기타 지정된 장소에서 매수인에 의해 지정된 운송인 또는 기타 당사자에게 물품을 인도하는 것을 의미한다. 당사자들은 지정된 인도장소내의 지점을 가능한 한 명확히 명시하는 것이 좋으며, 그로 인해 해당 지점에서 위험이 매수인에게 이전될 수 있도록 한다.

 

 

위험의 분기점 : 인도장소가 매도인의 구내, 매수인이 제공한 운송수단상에 적재된 때 그 밖의 인도장소에는 매도인의 운송수단상에서 양화되지 않은 채 매수인의 임의처분하

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치

FAS - Free Alongside Ship (선측 인도조건)

FAS는 지정된 선적항에서 매수인이 지정한 본선의 선측(, 부두상 혹은 부선상) 물품이 적치되었을 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. 물품의 멸실 또는 손상에 대한 위험은 물품이 선측에 적치될 때 이전하며, 매수인이 그 순간부터 모든 비용을 부담한다.당사자들은 가능한 한 명확하게 지정된 선적항의 적재지점을 기재하여 그 지점까지 비용과 위험을 매도인이 부담하게끔 하는 것이 좋으며, 이러한 비용 및 관련 취급비용은 항구의 관습에 따라 다양할 수 있다. 매도인은 선박의 선측에서 물품을 인도하거나 이미 선적을 위해 인도된 물품을 제공해야 한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선 선측에 두어 인도할 때(부두상, 비지선 혹은 부선내).

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

FOB - Free on Board (본선 인도조건)

FOB는 지정된 선적항에서 매수인이 지정한 본선에 적재가 되었을 때 또는 그렇게 이미 인도된 물품을 제공하는 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. 물품의 멸실 또는 손상에 대한 위험은 물품이 본선에 적재되었을 때 이전하며, 매수인이 그 순간부터 모든 비용을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

C - 주 운송비 지급

CFR - Cost and Freight (운임포함인도)

매도인은 지정된 목적지 항구까지의 운임을 부담해야 한다. 그러나, 위험부담은 물품이 매도인의 국경을 넘어갔을때 매수인에게 넘어간다. 선적인은 지정된 목적지 항구까지의 운송과 통관절차 비용에 대한 책임이 있다. 선적인은 목적지 항구에서 최종 목적지(일반적으로 매수인의 시설)까지의 운송과 보험비용에 대한 책임이 없다. 만일 매수인이 보험료를 요구하는 경우에는 CFR대신에 CIF조건을 고려해야한다. CFR은 컨테이너에 선적되지 않은 해상 운송이나 내륙수로운송에만 쓰일 수 있으며 모든 다른 종류의 운송수단을 이용하는 경우에는 CPT를 사용해야한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 지정 목적항

CIF - Cost, Insurance and Freight (운임, 보험료 포함인도)

매도인이 매수인을 위해 보험계약을 체결하고 보험료를 부담하는 것을 제외하고는 CFR 조건과 동일하다. 해상운송에만 적합한 거래조건이다.

 

 

위험의 분기점 :매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 지정 목적항

CPT - Carriage Paid To (운송비 지급인도)

CFR과 동일하나 일반/컨테이너/복합 운송에도 적합한 거래조건이다. 매도인은 지정된 목적지까지의 운송비를 지급하지만, 위험부담은 물품이 제1 운송인에게 인도됐을때 매수인에게 이전된다.

 

 

위험의 분기점 : 합의된 기간내에 계약된 운송인에게 인도할 때까지 물품의 멸실이나 손상에 대한 위험을 부담하는 때 (수출국내의 합의된 장소나 지점)

 

비용의 분기점 : 수입국내의 지정된 목적지, 물품인도시까지의 비용(수출국내) + 목적지까지 운송하는데 소요되는 비용(수입국내)

CIP - Carrige and Insurance Paid to (운송비, 보험료지급인도)

CIP 조건은 매도인이 합의된 장소(당사자 사이에 그러한 장소가 합의된 경우)에서 매도인이 지정한 운송인 또는 기타 당사자에게 물품을 인도할 때 인도가 완료되는 것을 의미하며, 매도인이 운송계약을 체결하고 지정된 목적지까지의 물품을 운송하는데 필요한 운송비용을 부담하는 것을 의미한다. 매도인은 또한 운송 중 매수인의 화물 멸실 및 손상 위험에 대해 보험부보계약을 체결해야 한다. 매수인은 CIP조건하에서 매도인은 최소담보의 보험만을 부보하도록 요구된다는 사실에 주의하여야 한다.

 

 

위험의 분기점 : 합의된 기간내에 계약된 운송인에게 인도할 때까지 물품의 멸실이나 손상에 대한 위험을 부담하는 때 (수출국내의 합의된 장소나 지점)

 

비용의 분기점 : 수입국내의 지정된 목적지, 물품인도시까지의 비용(수출국내) + 목적지까지 운송(수입국내) + 보험료

E - 출하지 인도조건

EXW - Ex Works (공장인도)

EXW는 매도인이 매도인의 영업소 또는 기타 지정된 장소(예를 들면, 작업장, 공장, 창고 등)에서 물품을 매수인의 임의처분상태로 놓아두었을 때 매도인이 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 어떤 수집차량에도 적재할 의무가 없으며, 수출통관이 필요한 경우 수출통관을 이행해야 할 의무도 없다. 당사자들은 지정된 인도장소 내에 인도지점을 가능한 한 명확하게 기술하는 것이 좋으며, 이로써 해당 지점까지의 비용과 위험을 매도인이 부담하게 된다. 매수인은 지정된 인도장소 내의 합의된 지점(있는 경우)으로부터 물품을 인수하는데 수반되는 모든 비용과 위험을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 지정된 인도장소에서 매수인의 수취차량에 적재되지 않은 상태로 매수인의 임의처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치

D - 도착지 인도

이 규칙은 선택된 운송형태에 관계없이 사용 가능하며, 하나 이상의 운송방식이 사용되는 경우에도 사용될 수 있다.

DAT - Delivered At Terminal (도착터미널인도)

DAT 조건은 지정된 도착항 또는 도착장소의 지정된 터미널에서 도착한 운송수단 상에서 한차례 양육된 채로 매수인의 임의 처분하에 적치 된 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. “터미널은 지붕 유무에 관계없이 부두, 창고, 컨테이너 야드 또는 도로/철도/항공 화물 터미널과 같은 모든 장소를 포함한다. 매도인은 지정된 도착항 또는 도착장소의 터미널까지 물품을 운송하고 그 곳에서 양육하는데 수반되는 모든 위험을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 항고 또는 장소의 터미널에 도착한 운송수단으로부터 양화한 물품을 매수인의 임의의 처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

 

***** INCOTERMS 2020에서는 삭제됨 / DPU (Delivered at Place Unloaded) : 도착지 양하인도 신설 *****

DAP - Delivered At Place (도착장소인도)

DAP 조건은 지정된 도착지에서 양육준비를 마친 상태로, 도착한 운송수단 상에서 매수인의 임의처분하에 적치될 때 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 지정된 장소까지 물품을 운송하는데 필요한 모든 비용과 위험을 부담한다. 당사자들은 가능한 한 정확하게, 매도인이 비용을 부담해야 하는 합의된 도착장소 내의 지점을 특정해야 한다. 매도인은 상기 선택 지점에 정확하게 일치하는 운송계약을 체결할 필요가 있다. 만약 매도인이 지정된 도착장소에서 양육과 관련하여 운송계약상 비용을 부담해야 한다 하더라도, 당사자간 별도 합의가 없는 한, 매도인은 그러한 비용을 매수인으로부터 반환받을 권리는 없다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 합의된 지점에서 양화를 위하여 준비된 도착 운송수단상에서 물품을 매수인의 임의처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

DDP - Delivered Duty Paid (관세지급인도)

DDP 조건은 수입통관된 물품이 지정된 도착지에서 양육준비를 마친 상태로, 도착한 운송수단 상에서 매수인의 임의처분하에 적치될 때 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 도착지까지 물품을 운송하는데 필요한 모든 비용과 위험을 부담하며, 물품의 수출통관뿐 아니라 수입통관의 의무가 있으며, 수출과 수입을 위한 모든 관세 및 세관절차 이행의 의무가 있다. DDP는 매도인에게 가장 최대 의무를 나타낸다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 합의된 지정 목적지에서 양화를 위해 준비된 운송수단상에서 수입통관된 물품을 매수인의 임의처분하에 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

인코텀스 요약

아래의 표에서 ""는 매도인이 비용을 부담하며, "아니오"는 매수인의 부담을 뜻한다. 운송에 대한보험계약이 명시되지 않은 경우 보험에 대한 부담은 해당 운송 시점에 매수인과 매도인 중에 누가 물품의 소유권을 지니고 있는지에 따른다. 예를 들어, 특정 구간에서 CIF CIP 조건이 매도인이 보험을 부담하는데에 반해, CFR의 경우 매수인이 부담한다.

인코텀즈

차량 적재

수출 통관

수출항까지 운송

수출항에서 차량으로부터 양하

수출항에서의 선적

수입항으로 운송

수입항에서의 양하

수입항에서 차량에 적재

목적지까지 운송

보험

수입 통관

수입 관세

EXW

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

FCA

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

FAS

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

FOB

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

CFR

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

CIF

아니오

아니오

아니오

아니오

CPT

아니오

아니오

아니오

CIP

아니오

아니오

DAT

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

DAP

아니오

아니오

아니오

아니오

DDP

 

 

인코텀스 2020 개정안

10년마다 새로 개정되는 인코텀스(Incoterms) 2020 1 1일부터 INCOTERMS 2020으로 바뀌었다.

 

이에 무역조건 및 규칙들이 변경되었는데, 그 중 D군에 관한 내용을 살펴보자.

 

DAT → DPU

DAT(Delivered At Terminal)는 인코텀스 2010에 새로 신설된 조건이다. 상기 표를 보면 알듯이, DAT 조건은 매도인이 지정된 터미널에서 물품을 양하한 상태로 매수인에게 물품을 인도하는 방식이다.

 

만약 매수인이 터미널이 아닌 매수인이 원하는 장소까지의 물품 이동을 원할 경우, 우리는 DAT 조건이 아니라 DAP(Delivered At Place)조건을 사용해야한다. 그런데 여기서 약간의 문제가 발생한다. DAP 조건은 매도인이 지정된 장소까지 물품을 운반하지만 물품의 양하의무 조건이 포함되지 않는다. 따라서 많은 사람들이 매도인이 지정된 장소에서 물품을 양하까지 해주는 조건을 신설해 달라고 요청을 해 생긴 조건이 바로 DPU 조건이다.

DPU - Delivered at Place Unloaded (도착지 양하인도)

목적지나 약속한 합의장소에서 수출자가 양하를 한 후 인도가 이루어지는 조건이다. 수출자는 양하 시 모든 위험과 비용을 책임진다. DAP 조건에서 매도인의 양하의무가 추가한 조건으로 순서는 'DAP - DPU - DDP'이다.

 

국제상공회의소(ICC)를 참고해 보면 DAT에서 DPU의 변경은 규칙의 내용을 보다 더 정확하게 반영하기 위해서임을 알 수 있다.

 ※ 출처 : 위키백과 사전

 

링크: https://iccwbo.org/resources-for-business/incoterms-rules/what-are-the-key-changes-in-incoterms-2020/

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하이브리드 자동차(Hybrid Car)의 배터리 조건

자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV 2020. 5. 8. 23:34 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

하이브리드 자동차(Hybrid Car)의 배터리 조건

하이브리드 자동차는 전기 자동차에 비교하여 다음의 조건을 갖추어야 한다.

 첫째, HEV는 사용하는 동안 빈번하게 충방전이 되며 순수 전기 자동차는 사용하는 중에 완전 충전으로부터 계속적으로 전기를 사용한다. 즉 전기 자동차는 회생제동이 작동하는 동안에만 충전될 수 있다. 즉 전기 자동차 배터리(*2차 전지) 사용의 경우 어떤 충전조건하에서 충전이 된 후 연속적으로 방전이 되며 마치 휴대용 전자제품과 같이 사용된다. 반면에 하이브리드 자동차는 사용하는 동안 회생제동 뿐 아니라 엔진을 구동시켜 발전기로부터 나오는 전기를 전지로 자주 충전을 해준다. 특히 빈번히 전지를 충전시키는 조건 즉 자주 충전하는 것은 전기자동차와 같이 연속적으로 충전하는 방법과는 차이가 있다. 따라서 HEV(하이브리드 전기 자동차)용 전지의 경우 용량이 작지만 모터를 구동시키기 위해서는 출력밀도가 전기 자동차용 보다 2~3배 이상 되어야 하며 또한 수시로 발생하는 회생제동 에너지를 효율적으로 받아들일 수 있도록 충전 수입성이 좋아야 한다.

 둘째, HEV는 완전 충전되고 완전 방전되는 경우는 거의 없다. HEV용 전지의 경우 충전 상태는 다음과 같다. 따라서 전지의 상태는 항상 출력을 발생시키거나, 회생제동 시 충전이 되게 된다. 따라서 전지는 완전 방전되거나 완전 충전되는 경우는 없어야 한다. 즉 전지는 항상 중간 정도의 충전 상태를 유지하여야 하면 이와 같은 운전 특성은 HEV만의 고유의 특징이다. 따라서 HEV용 전지는 중간 정도의 충전상태에서 충방전을 반복할 경우 용량의 감소가 없이 안정적이이야 하며, 전기 자동차용 전지의 용량의 10~40% 정도이지만 차량을 구동하여야 하므로 고율방전특성이 좋아야 하며 따라서 전지의 신뢰성이 있어야 한다.

 

 

 

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전기 자동차용 2차 전지의 조건 및 개발 현황

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 7. 23:28 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기 자동차용 2차 전지의 조건 및 개발 현황

전기 자동차용 2차 전지의 현황

 전기 자동차의 대중화를 위해서는 전지기술의 발전이 절대적이다. 안전, 충전 시간, 전력 전달, 극한 온도에서의 성능, 환경 친화성, 수명이 오늘날 전기자동차에 이용할 수 있는 충전식 전지 기술의 문제이다.

 전기 자동차는 리튬이온 전지, 리튬폴리머 이온 전지를 제풍에 채용하는 추세이다. 예를 들면 도요타 자동차의 프리우스, 캠리, 하이랜더는 밀폐형 Ni-MH 전지팩을 사용하여 전기모터에 공급하였으나 리튬이온 전지와 비교할 때 Ni-MH의 전력 수준이 낮고 자가 방전율이 높아 전기 자동차에는 극히 불리하고, 보관 수명이 3년에 불과한 Ni-MH EV에는 적합하지 않다.

  현재는 거의 대부분의 전기 자동차에 리튬이온 전지를 사용하지만, 높은 가격, 극한 온도의 불용, 안전(리튬이온 전지의 가장 큰 장재 요인임) 때문에 이 전지는 적합하지 않다. 사실 토요타는 안전에 대한 검증 문제로 리튬이온 전지를 장착한 신형 장거리 주행 하이브리드의 출시를 연기 한 적이 있다. 기존 리튬이온 전지는 수명이 3~5년이고 충전 주기는 1,000싸이클이다. 다른 문제는 전지 수명 범위를 보장할 수 있는 리튬이온 전지의 크기이다. 랩톱이나 휴대폰의 경우 사용하는 동안 전원연결이 가능하기에 기존에 알려진 작동 시간보다 짧아도 가능하지만 자동차에는 배터리가 보장 성능을 만족하지 못하는 경우 많은 문제를 발생한다.

전기 자동차용 2차 전지의 조건

첫째, 자동차 자체의 보조금과 더불어 전지에 대한 보조금 또는 기술적 발전을 통한 생산성, 효율성 향상으로 전지 자체의 가격을 낮추는 것이 과제이다.

둘째, 안전성 확보이다. 휴대용 전지가 폭발로 크고 작은 사건 사고가 발생하는 것을 볼 수 있다. 그런데 그 보다 수십, 수백 배 큰 자동차 전지가 폭발하는 사고가 발생한다고 했을 때 그 피해는 대단하다. 또한 교통 사고 시 충격으로 인한 전지 폭발 등이 발생하지 않도록 내구성과 충격 흡수율을 높이기 위한 방안 등을 수립해야 한다.

셋째, 전지의 수명이다. 차량을 교체하는 시기를 5~10년 정도 사용한다고 봤을 떼 그 전지 수명 역시 이와 비슷하거나 그 이상의 수명을 지니고 있어야 한다. 이는 가격과 관련성이 높다. 전지 수명이 짧다고 하여도 그 전지 교환 비용이 적절한 가격에 책정 된다면 사실 수명은 기준 이상만 유지하면 된다.

넷째, 집적화이다. 무게나 부피 등을 줄 일 수 있는 기술력이 필요하다. 전지가 크고 무거울 경우 결국 효율대비 사용시간은 턱없이 줄어 들 수 밖에 없다. 따라서 집적화 된 기술력을 바탕으로 작은 가볍고 출력과 수명이 긴 전지를 개발해야 한다.

 이 외에도 전지 충전 시간’, ‘충전을 위한 인프라 구축등의 과제가 있다.

전기 자동차용 2차 전지의 조건

1) 고전압

2) 대용량

3) 고출력

4) 긴 사이클 수명

5) 적은 자기방전

6) 넓은 사용온도

7) 안전하고 높은 신뢰성

8) 쉬운 사용법

9) 저 가격

전기 자동차용 전지의 구성요소

 전지에는 산화제인 양극 활물질과 환원제인 음극 활물질, 양 활물질간의 있어 이온 전도에 의해 산화반응과 환원 반응을 중개하는 전해액, 양극과 음극이 직접 접촉하는 것을 방지하는 격리판이 필요하다. 또한 이러한 구성요소를 넣는 용기(전지캔), 전지를 안전하게 작동 시키기 위한 안전 밸브나 안전장치 등이 필요하다.

1) 양극, 음극 활물질

 에너지 밀도가 큰 전지를 만들기 위해서는 기전력(electro motive force : EMF)이 크고 용량이 큰 활물질을 사용한다.

 전지의 음극 활물질에는 아연이나 카드뮴, 납이 이용되어 왔지만 최근에는 리튬 전지나 Ni-MH 전지는 리튬 또는 그것과 같은 정도의 환원력을 가진 리튬을 삽입한 탄소재료나 수소흡장 합금에 흡장시킨 수소가 음극 활물질로서 이용되고 있다. 리튬은 가장 환원력이 강한 재료이고 전기 화학당량도 적어 음극재료로서는 가장 우수한 재료라고 할 수 있다. 리튬을 음극에 이용하는 전지는 리튬의 극히 강한 환원력을 이용하고 있기 때문에 이것과 조합시키는 재료는 여러 가지가 있다. 따라서 현재 리튬 전지는 다양성이 있고 기술 발전도 빠르게 이루어지고 있다. 개발 중인 2차 전지지에서는 금속 나트륨이나 아연 등의 금속과 더불어 철이나 바나듐 등의 산화환원제가 검토되고 있다.

 2차전지의 양극에는 수용액계에서는 납, 니켈, 은 등과 같은 산화물이나 수산화물이 이용되고 있다. 또한 산화수은도 우수한 양극 활물질로서 소형전지에 이용되어 왔지만 환경면에서 현재는 사용되지 않는다. 리튬 2차 전지에는 비수용액이 이용되므로 망간이나 니켈, 코발트 등과 같은 산화물이 이용되고 있다. 그리고 또 바나튬 산화물이나 금속유화물 등도 검토되고 있다.

 2차 전지는 몇 번이고 충방전을 반복할 수 있는 것이 요망된다. 이를 위해서는 충전하면 원래의 활물질 상태로 흔적을 남기지 않고 되돌릴 필요가 있다. 리튬이온 전지에는 음극에는 탄소재료가, 양극에는 코발트산 리튬 등이 이용되고 있다. 이 전지는 방전상테로 제조된 후, 양극에서 리튬 이이온을 빼고 음극의 탄소내에 리튬을 삽입하는 충전과정이 있다. 이 전지의 충방전에서 양극, 음극의 반응은 모두 리튬의 삽입 탈피라고 하는 토포케미컬(Topochemical) 반응이 된다. 토포케미컬 반응이 진행 할 때 호스트 재료의 구조 변화가 완전히 가역이면 사이클 수명이 긴 전지가 된다.

 리튬이온 전지에는 가역성이 높은 토포케미컬 반응을 하는 재료가 선택되고 있다. Ni-MH 전지의 경우에도 충방전에 수소가 양극과 음극간에서 왕래하는 반응이 진행한다. 최근에 개발된 리튬이온 전지와 Ni-MH 전지가 함깨 토포케미컬 반응을 이용하고 있다. 이것은 납 축전지와 비교해 보자.

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

 이와 같이 음극 활물질 Pb와 양극 활물질 PbO2 이외에 유산과 물이 반응에 관여한다. 엄밀하게 말하면 유산과 물도 활물질이며 이것들은 전해질 용액으로서 존재한다. 전지반응이 진행하면 그것들의 농도가 변화한다. 따라서 일정량 이상의 전해액이 필요하다. 한편, 리튬 전지나 Ni-MH 전지에는 전해질의 양이 극히 적어도 되게 된다.

2) 전해액

 이온 전도성 재료는 전지내에서 전기화학 반응이 진행되는 중요한 구성요소이다. 그러나 이전에 기술한 연축전지의 경우와 같이 기전반응에 관여하는 물질이 용존하는 경우를 제외하고 원리적으로는 그 양은 소량이어도 된다. 이 이온 전도체는 유산수용액이나 알카리수용액, 리튬 전지에 사용되는 비수전해액 등과 같이 용액이 이용되는 일이 많지만 폴리머 전해질이나 무기고체 전해질, 이온 전도성 글라스 등도 검토되고 있다.

 전해액은 이온 전도성이 높을 것이 요구되는 외이 충전 시라고 해도 양극이나 음극과 반응하지 않을 것, 전지 작동 범위에서 산화환원을 받지 않을 것, 열적으로 안정될 것, 독성이 낮으며 환경 친화적 일 것, 가격 경쟁력이 있어야 한다. 전지의 활물질은 분말로 만들어져 전해액에 점결제나 도전조제를 혼합해서 합제하여 이것을 집전체에 도포, 전지의 전극이 된다. 이 합제전극이 효율적으로 기능하기 위해서는 합제내의 이온 전도성이 높아야 한다.

3) 격리판

 전지의 기전물질은 산화제와 환원제이다. 이것들이 직접 접촉되면 자기방전을 일으킬 뿐만 아니라 반응이 급격히 진해되어 위험하다. 격리판은 양극과 음극 사이에 있어 양자의 접촉을 방지하고 있다. 물론 격리판도 이온 전도성을 나타내지 않으면 안 된다. 따라서 다공성 재료를 이용하여 그 구멍 속에 전해액이 침투하여 이온 전도성을 발현 시킨다. 높은 이온 전도성을 나타내는 동시에 양극과 음극의 접촉을 방지하도록 다공재료가 연구되고 있다. 그리고 산화제인 양극과 환원제이니 음극에 직접 접촉되므로 화학적으로 안정되어야 하는 것이 중요하다. 2차 전지의 격리판 재료로서 현재 연축 전지는 글라스 매트 등이, 알카리 2차 전지나 리튬 전지에는 폴리머의 부직포나 다공성막이 이용되고 있다.

 최근의 전지는 고성능이므로 전압이 높고, 에너지 밀도가 높기 때문에 폭주하면 폭발의 위험이 있다. 예를 들면 리튬이온 전지는 이상반응이 일어나기 시작하여 전지온도가 상승하면 다공막이 반응하여 구멍이 막히면 그 이상의 반응이 진행하지 않게 되어 있다. 이와 같이 하이테크 전지에는 격리판이 극히 중요한 재료 중의 하나이다.

 

 

 

 

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이차 전지의 개념 및 종류

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 6. 00:42 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

이차 전지의 개념 및 종류

이차 전지(secondary cell, storage battery, rechargeable battery), 이전 명칭 축전지(accumulator)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차 전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-금속 수소 전지(Ni-MH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.

이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다. 이차 전지는 표준 AA, AAA, C, sub_C, D, 9볼트 등의 규격을 따라 생산되는 것이 시중에서 판매되고 있으며, 이러한 종류의 전지를 구매하는 소비자들 또한 이에 친숙해 있다. 여러 번 충전할 수 있다는 것이 장점이지만 일차 전지에 비해 더 비싸고 이러한 전지에 쓰이는 화학부나 금속의 독성이 더 강한 편이다. 반면 일차 전지는 환경에 영향을 주는 독성 물질을 땅에 축적시키지 않는다. 니켈 수소 축전지를 생산하는 일부 업체들은 이 전지를 최대 3,000번까지 다시 충전해 사용할 수 있다고 주장하고 있다.

이용

이차 전지는 충전후에 자가방전(Self Discharge)에 의해서 에너지를 잃는 속도가 일차 전지에 비해서 매우 높기 때문에 사용하기 전에 충전해야 한다.

일회용 전지에 충전을 시도하면 전지 폭발의 가능성이 있으니 주의해야 한다.

어떠한 종류의 이차 전지(: 리튬이온전지)는 완전히 충전되었을 경우 역충전이라는 위험에 노출된다.

또다른 종류의 이차 전지(: 니켈-카드뮴 전지)는 용량을 유지하기 위해 주기적으로 충분히 방전해 주어야 한다.

이차 전지는 현재 높은 전력을 사용하는 곳에 쓰인다. 이를테면 자동차의 시동을 돕는 기기, 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원 장치를 들 수 있다. 여기에 더 응용하여 하이브리드 자동차, 전기 자동차가 이러한 전지를 사용하여 값과 무게를 줄이고 수명을 늘리는 기술을 채용하고 있다.

니켈-카드뮴 전지는 기억 효과가 있어서 완전 충전과 완전 방전을 하지 않으면 전지 축전 용량이 줄어든다.

전기 오토바이(바이크)에는 보편적으로 납축전지가 이용되고 있으며,, 중국은 리튬인산철 배터리를 많이 사용한다. 2020년 이후에는 전기 오토바이에도 성능 및 환경 문제로 리튬이온 배터리가 보편화 될 것으로 예상된다. 전기 자동차의 대부분은 리듐이온 배터리를 채용하고 있으며, 안전 및 제조 형상의 자유도가 높아 리튬폴러머 배터리도 많이 채용되고 있는 추세이다. 휴대폰에는 대부분 리튬이온 배터리를 사용하고 있으며, 일반적 1.2V의 전압에는 대부분 Ni-MH(니켈 수소)전지가 보편 되었다.

2차 전지별 주요 특징 정리

1) 리튬폴리머 전지

-전압은 3.6V로 폭발 위험이 없고, 전해질이 젤형태이기 때문에 전지 모양을 다양하게 만들 수 있는 것이 장점이다.

-현재는 일부 휴대폰에 사용되고 있으며 리튬이온 전지를 이을 차세대 전지이다. 현재는 거의 모든 배터리 기업이 연구 개발 및 생산 중이다.

-리튬폴리머전지는 양극, 전해질, 음극으로 구성되어 있고, 양극과 음극 사이의 전해질이 음극과 양극을 분리하는 분리막과 리튬이온의 전달역할을 수행한다.

-고분자 겔 형태의 전해질을 사용하여 과충과 과방전으로 인한 화학적 반응에 강하게 만들 수 있어 리튬이온 전지에 필수적인 보호회로가 불필요하다.

2) 리튬이온 전지

-전압은 3.6V로 휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라, 노트북, MD 등에 사용된다.

-양산 전지 중 성능이 가장 우수하고 가볍다.

-현대 일본, 한국, 중국 메이커의 기술이 선두에 있으면 최초에는 소니가 기술을 개발 및 양산하였다.

-리튬이온 전지는 폭발 위험이 있기 때문에 일반 소비자들은 구입할 수 없으며 보호회로가 장착 된 팩 형태로 판매한다.

3) 리튬이온 전지

-위험성만 제거되면 가볍고, 높은 전압을 갖고 있어 앞으로 가장 많이 사용될 전지이다.

-리튬이온전지는 양극, 분리막, 음극, 전해액으로 구성되어 있고 리튬 이온의 전달이 전해액을 통해 전달된다.

-전해액이 누수되어 리튬 전이금속이 공기 중에 노출될 경우 전지가 폭발 할 수 있고 과충전 시에도 화학반응으로 인해 전지 케이스내의 압력이 상승하여 폭발 할 가능성이 있어 이를 차단하는 보호회로가 장착된다.

4) 니켈 수소 전지

-Ni-Cd Li-ion 중간단계의 전지로 특정 사이즈만 생산

-워크맨, 디지털 카메라, 노트북, 캠코더 등에 사용되며 리튬이온(Li-ion) 전지가 안정화 되며, Ni-MH 전지는 특수제품을 제외한 곳에는 보편적 보급이 어려울 것으로 예상

-전압은 1.2V이며 니카드 전지와 혼용하여 사용하기도 하며, 니카드 전지보다 2배의 용량을 가진다.

5) 니카드(Ni-Cd) 전지

-전압은 1.2V이며 무선전화기, 무선 자동차, 소형 휴대기기에 가장 많이 사용된다.

-순간 방전량이 우수하여 레이싱카에 많이 사용된다. 초기에는 휴대폰, 무전기, 노트북, 캠코더에 많이 사용되었으나 용량이 적어 거의 사용되지 않고 있으며, 현재는 동남아 등지에서 저가의 제품이 많이 생산된다.

니켈 카드뮴 전지의 장점

-망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 일정하다.

-망간건전지와 비교 내부 저항이 낮으며 단시간에 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.(큰 전류를 낼 수 있다)

-충전 가능한 전지 중에서는 수명이 긴편이며 방향을 생각하지 않고 사용할 수 있다

-충전하지 않고 사용할 수 없고 단시간에 충전 가능하다.

니켈 카드뮴 전지의 단점

-외부의 충격, 열에 약하며, 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고, 약품은 극약이다.

-방전 전압이 2단계로 내리는 것이 있다.

6) 납축전지(Lead –Acid)

-납축전지는 전압이 2V로 자동차용 전지로 가장 많이 사용된다.

-자동차용 전지는 12V 2V 전지를 직렬로 6개가 내부에 연결시켰다.

-구형 워크맨 전지나 소니 무선 전화기에도 사용되었으나 현재는 환경 및 성능 문제로 휴대용 기기에는 거의 사용되지 않는다.

-과방전 시 전지 수명이 급속히 단축되는 특성이 있으며 특히 자동차의 경우 재충전이 안 될 경우는 전지의 수명이 종료 되어 신품 배터리를 구매해야 한다.

* 참조 : 인터넷 위키백과

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전기 자동차/전기 자전거의 출력 및 토크 값의 정의

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 5. 00:27 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기 자동차/전기 자전거의 출력 및 토크 값의 정의

W(와트) Nm(뉴톤.미터)로 표시 차이점

전기 자전거 및 자동차의 모터 규격을 보면 모터의 출력표시가 상이하게 나타난다.

300W /500W / 750W 와 같이 W로 표시하는 제조사들이 있고, 65Nm / 70Nm Nm로 표시하는 메이커가 있다.

W은 출력이고, Nm는 토크이다.

1. 토크의 정의

토크의 단위는 Nm를 사용하며, 10Nm = 1kgf 1m 거리에서 들릴 수 있는 힘 1kgf×중력가속(축의 거리 1m)

Kgf(킬로그램 포스) 1Kg의 물체가 중력에 의해 누르는 무게이고, 이를 Nm으로 변환하기 위해서는 중력가속도 9.8m/s를 곱하면 Nm로 변환된다.

1kg×9.8 m/s  , 1Kgf = 9.8Nm

(보통 계산의 편의를 위해 중력 가속도를 9.8이 아닌 10을 곱하기도 한다)

 

토크 =순간 낼 수 있는 힘이다.

2.출력

출력의 단위 W(와트)를 사용하며 1W=1N의 물체를 1초 동안 1m 움질이게 할 수 있는 출력, 즉 단위 시간 당 발생되는 힘이다. 앞에서 언급한 토크를 얼마나 많이 회전 시킬 수 있는가를 나타낸다.

공식은 토크(Nm) × 분당 회전수(RPM) = 출력(W)

) 5Nm의 토크로 분당 100회의 회전을 할 경우 500W의 출력이 나온다.

다시 말하면

도로에서는 출력이 중요하고, 산에서는 토크가 중요하다.

도로 라이딩에서의 케이던스(RPM)은 보통 80~110 정도이다. 산악 라이딩에서는 보통 좀 더 느린 회전수로 라이당을 한다.

500W의 출력이 나오는 모터의 경우는 케이던스 60으로 나눌 경우, 평소 페달링에서 발생하는 토크는 8.3Nm가 됨을 알 수 있다. 250W의 경우는 4.15Nm이다.

500W의 출력이라고 표시된 모터는 그 출력을 얻기 위해 60 RPM의 속도로 8.3Nm의 토크를 가해 주어야 한다.

하지만 이와 같이 최대 토크가 아니 출력만을 표시한 모터의 경우 최대 토크가 얼마인지 모르기 때문에 실제는 체험하는 수 밖에 없다. 500W로 출력이 높다고 구매했는데 실제 급경사 구간에서 페달링을 하면 힘을 못 쓰고 페달링이 멈춰 버리는 경우도 있다.

급경사에서의 순간적인 힘보다는, 도로 라이딩에서의 지속적인 힘을 강조하는 제조사들이 보통 W를 많이 표기 한다.

전기 산악자전거가 아닌, 도로용, 시티라이딩용 전기자전거 키트들이 주로 그러하다.

그러나 출력과 최대토크를 전부 표기하는 회사들도 있다. 예를 들자면 350W/75Nm 이런 식으로 기재되는 경우이다.

350W 75Nm라는 성능의 모터가 75Nm라는 최대 토크를 발생 시킬 때의 케이던스는 4.66 즉 초당 0.07 바퀴의 속도이다.

다사 말하면 순간적으로 밟았을 때의 최대 토크가 75Nm라는 것인데, 급경사를 올라갈 때 내는 순간적인 토크값이다. 물론 순간적으로 75Nm의 힘을 내어 급경사를 극복한 뒤로는 부하가 덜 걸리기 때문 케이던스가 올라가면서 자연스러운 라이딩이 가능해 진다.

W만 봤을 때 최대 출력은 350W가 나오기 때문에, 500W 모터보다 힘이 안 좋을 것이다 라는 생각을 할 수 있는 있는데 사실은 최대 출력은 속도와 연관되어 있기 때문에 산악 자전거용 모터에서는 출력보다는 토크를 중심으로 검토하는게 맞다.

속도를 급격하게 올리고 싶지 않는 이상 300W라는 출력도 자전거에서는 과한 출력이다. 물론 최대 토크가 낮은데 출력도 낮으면 모터가 힘이 없다고 판단 할 수 있다.

국내 법규상 전기자전가는 25km/h 이하의 속도록 운행하게 되어 300W 이상의 출력에서는 제한 속도를 넘어 설 수 있는 출력이다.

토크는 낮아도 출력이 높다는 것은 말 그대로 도로에서 50km/h 60km/h 이상으로 오토바이처럼 속도를 낼 수 있는데 이 정도 급이면 그냥 오토바이를 검토하는 것이 낫다.

일반적으로 출력이 높으면 토크가 높다. 토크가 낮을 경우 RPM의 한계가 있기 때문에 출력이 높을 수는 없다. 하지만 출력이 낮아도 토크가 높을 수는 있다.

 

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