4. 자전거 포크(Suspension Fork) 장착

자전거/자전거 정비 2021. 2. 27. 00:24 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

4. 자전거 포크(Suspension Fork) 장착

(필요한 공구)

4~6mm 육각렌치

WD40

③ 줄자

TM 포크1

(장착방법)

자전거 포크 장착

① 핸들바를 중앙에 맞춰 스템에 장착한다. 핸들바의 각도는 자전거를 바닥에 내려놓았을 때 핸들바의 양끝이 수평이 되도록 장착한다. 토크렌치(66~60kgf)

② 변속레버와 브레이크 레버를 핸들바에 끼운다. 이때 변속레버와 브레이크 레버의 고정볼트를 미리 조이지 않는다.

③ 그립을 장착하기 위해 먼저 그립안쪽에 WD40을 뿌려 핸들바에 끼운다. 만일 그립이 잘 들어가지 않을 경우 준비한 스포크를 그립과 핸들바 사이에 밀어 넣고 WD40을 뿌려 스포크를 한바퀴 돌리며 그립을 밀어 넣는다. 이때 바앤드를 끼울 자리를 미리 만들어 둔다.

④ 마지막으로 바앤드(bar end)를 장착한다.

그립을 끼울 때 콤프레샤 에어건으로 끼우는 것이 더욱 효과적이다.

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3. 자전거 크라운레이스(Crown race) 장착

자전거/자전거 정비 2021. 2. 26. 22:18 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

3. 자전거 크라운레이스(Crown race) 장착

(필요 공구)

① 스티어러 튜브 절단 공구

② 포크 크라운튜브 컷팅 가이드

③ 헤드셋 포크 크라운 레이스 장착 공구

④ 스타 너트 장착 공구

4~6mm 육각렌치

⑥ 몽키 스페너

⑦ 쇠톱, 망치,

WD40, 구리스

(주의사항)

포크 스티어러 튜브는 잘못 컷팅하게 되면 돌이킬 수 없으므로 신중하게 결정 하여야 한다.

일반적인(크로스컨트리 프레임)인 경우 포크 스티어러 튜브의 길이는 185~190mm 일반적이다.

(장착방법)

①먼저 헤드셋에 들어있는 크라운 레이스를 포크 크라운 튜브에 장착한다.

자전거 크라운 레이스 장착

②크라운 레이스를 장착한 포크를 프레임에 장착된 헤드셋에 임시 장착하여 포크 크라운튜브의 컷팅할 부분을 표시한다. 이때 포크 크라운 튜브를 컷팅하기 전에 라이더가 원하는 높이만큼 스페이서와 핸들스템을 끼워 높이를 정한 후 컷팅한다.

③다음은 컷팅한 스티어러 튜브에 스타너트(해바라기)를 장착한다.

 

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2. 자전거 헤드셋(Head set) 장착

자전거/자전거 정비 2021. 2. 26. 22:09 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

2. 자전거 헤드셋(Head set) 장착

(필요한 공구)

① 자전거 헤드셋 장착 프레스

② 구리스

(장착방법)

①자전거 헤드튜브에 WD40 또는 세정제를 뿌려 깨끗이 닦아내고 구리스를 발라준다.

②자전거 헤드셋 장착(헤드 프레스) 공구를 이용하여 헤드셋컵을 헤드 튜브에 장착한다. 이때 헤드셋과 헤드 튜브가 서로 어긋나지 않도록 주의하여 장착한다.

 

 

 

 

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운전자가 원하는 전기 자동차 충전 시간에 관한 조사결과

자동차 학습/전기자동차 2021. 2. 24. 17:36 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

운전자가 원하는 전기 자동차 충전 시간에 관한 조사결과

 

운전자가 EV 충전을 원하는 속도를 정확하게 알 수 있으며, 이러한 차량들이 속도를 높이고 있다.

 

그동안 전기차의 가장 큰 걸림돌은 거리 불안과 충전의 '불편'이었던 것은 놀라운 일이 아니다.

올해 초, 전 세계 전기차 공공 충전소의 수가 100만 플러그를 넘어섰는데, 이 중 절반 이상이 중국에만 있는 것이다. 그럼에도 불구하고, 전 세계 OEM과 정부는 모든 신축 주택에 의무적으로 충전소 설치를 위한 영국의 선구적인 법률을 포함하여 더 많은 출구를 적극적으로 추진하고 있다.

유럽연합(EU)은 소비자가 사유지에 개인적으로 설치한 충전기 외에 2025년까지 100만 대의 충전기를 설치한다는 목표를 세웠다.

IHS마킷의 대체추진예측(H12020)에 따르면 COVID-19 발생에도 불구하고 2020년에는 배터리 전기차(BEV) 판매량이 NAFTA, EU28, 대중국 전체에서 27% YoY로 성장할 것으로 예상된다. 이러한 지속적인 성장은 보다 매력적이고 유용한 제품들을 시장에 내놓기 위해 큰 발전을 거듭해 온 자동차 회사들에 의해 추진된다.

그러나 여전히 시장 점유율은 전체 경차 시장의 3.6%에 불과할 것으로 예상되며, 특히 플러그인 충전 속도가 추가 채택에 걸림돌이 되고 있다. 또한 기존의 연료 공급 및 하이브리드 차량 제품 및 가장 중요한 것은 BEV와 관련된 비싼 가격표에 비해 부족한 것처럼 보이는 주행 범위로 인해 문제가 되고 있다.

그렇다면, 소비자들은 얼마나 빨리 전기차가 완전히 충전되기를 기다릴 수 있을까요? 8,000여명의 참여자가 8개 주요 자동차 시장에서 실시한 IHS마킷 2019 소비자조사에 따르면 소비자 중 35% 30분 이내, 58% 1시간 이내 완전 충전을 기대하고 있다.

자동차 충전시간 소비자 조사(출처: IHS)

완성차 업체들이 시장에서 좀 더 저렴한 BEV를 출시하기 위한 노력의 일환으로, 빠른 충전 시간을 단축하는 데 상당한 진전이 있었다. 예를 들어, 2015년에 제작된 BEV 중 단지 3%만이 100kW DC 피크 충전 기능을 가지고 있었다. 오늘날, 테슬라(Tesla), 포르쉐, BMW, 재규어 Land Rover와 같은 프리미엄 브랜드에서 모두 250~350kW의 고속 충전기를 테스트했는데, 이는 일반적으로 초기 50kW에 비해 5-7배 빠른 BEV 충전 속도를 자랑한다.

이런 노력에도 불구하고 직류(DC) 급속충전 시간은 최소 2015 IHS마킷자동차공급망(SCT)이 연구를 시작한 이후 매년 평균 6% 안팎의 증가세를 보이고 있다. 이는 주로 더 긴 범위를 제공하는 배터리 용량이 증가하면 전체 충전 시간이 길어져 향상된 충전 기능의 효과가 상쇄되기 때문이다.

결과적으로, 구형 BEV는 더 긴 범위의 신형 차량보다 완전 충전 시간이 더 빠른 것으로 보인다. 이에 대응하기 위해 소비자들에게 알리는 보다 효과적인 방법은 km/10(km/10) 측정을 주목하는 것이다.

km/10min 값은 BEV 운전자가 고속도로 또는 장거리 이동 중 휴식 시간 동안 일반적으로 얻을 수 있는 추가 주행 범위를 평가하는 데 적절한 수단이다. , 높은 충전 전력 능력을 가진 BEV는 열 발생을 안정화하고 배터리 성능 저하를 방지하기 위해 10-15분을 초과하여 가장 높은 충전 속도를 반드시 유지하지는 않는다.

IHS마킷 오토모티브SCT팀이 최근 실시한 배터리 기술 및 충전 관련 연구에 따르면 차량 판매 부문별로 km/10min 번호의 중간값은 A세그먼트 24km/10min부터 B세그먼트 36km/10min까지 다양하다. 이러한 차이는 주로 상위 세그먼트 차량과 관련된 더 큰 무게로 인해 발생합니다. A-세그먼트 중위수가 B-세그먼트보다 짧은 이유는 이 작은 BEV들이 일반적으로 30-40kW DC 충전 기능을 가지고 있기 때문이다.

녹색 막대는 IHS Markit이 현재 추적한 세그먼트당 km/10(세그먼트 내 명판에 의해 달성된 최저 값에서 최고 값까지)의 총 km/10분 범위를 나타냅니다. 이미지에서 명명된 차량은 가장 높은 km/10분 단위로 세그먼트당 클래스에서 가장 우수한 반면, 빨간색 선은 중위수를 나타냅니다.

전기자동차 10분당 충전거리 조사(출처: IHS)

벤치마크에서 D세그먼트 테슬라 모델3 V3 슈퍼차저로 주행거리가 261km/10분으로 가장 긴 것이 특징이다. 실제로 테슬라 명판(모델3, 모델Y)만이 전 세계 판매대역 전역을 통틀어 150/10분을 넘는 사거리를 갖고 있는데, 이는 IHS마킷이 소비자 마음속에 충분하다고 판단하는 사거리와 시간이다. 이에 비해 미쓰비시 아웃랜더(Outlander) 30km/10분 미만의 속도로 충전하고 특정 E-세그먼트 상용차 애플리케이션은 구체적인 요구와 사용 사례를 고려할 때 10분 미만의 낮은 속도로 충전됩니다.

E-세그먼트에서 포르쉐 타이칸(Taycon) 300kW CCS 콤보 2에서 220km/10분 충전할 수 있다.

 

이번 아우디(AUDI) e트론(e tron) GT는 테슬라 모델S 150/10분 문턱을 조금 웃도는 등 이 범위/충전 시간과 일치할 것으로 예상된다.

Taycan은 엔트리 레벨 트림의 경우 £84,000, 터보 S 모델의 경우 £140,000에 판매되며, 모델 3는 표준 레인지 모델의 경우 £40,000에 판매되며 성능 레벨은 £56,000을 웃돈다. 폴크스바겐(Volkswagen)의 보다 저렴한 ID 범위인 ID.3 해치백과 ID.4 SUV C-세그먼트의 경우 수십 km/10분이면 충분히 주행할 수 있다.

격차를 줄이기 위해 OEM들은 충전 시간 및 주행 범위에 대한 BEV 운전자의 우려를 완화하기 위해 모든 수단을 탐색하고 있다. 여기에는 전력전자 시스템의 충전력 향상 뿐만 아니라 차량 수준의 에너지 효율 개선과 배터리 기술 고도화가 포함된다.

솔리드 스테이트(Solid State) 배터리의 지속적인 개발은 1세대 BEV의 범위를 잠재적으로 한 번 충전으로 최대 1,000km까지 두 배로 늘릴 수 있는 혁신 중 하나이다. 배터리의 전해질을 액체에서 고체로 전환하면 크기가 절반으로 줄어들어 무게가 줄어들고 궁극적으로 주행 거리가 길어집니다.

여기서는 BMW, 도요타, VW Group과 같은 업체들이 솔리드 스테이트(Solid State) 배터리 채택의 선두 주자가 될 것으로 예상됩니다. 올해 초 삼성은 기술 개발의 돌파구를 밝혔지만 IHS마킷은 10년 후에나 대량 사용이 가능할 것으로 보고 있다.

IHS마킷자동차 수석연구 분석가이자 배터리 부품 전문가인 리처드 김 박사는 "BEV의 주행거리는 이미 수년 동안 1세대보다 신규 진입자가 60%나 향상되는 등 고무적인 진전을 보이고 있다"고 말했다.

"지속적인 배터리 개발과 차량 경량화에 대한 OEM의 노력으로 인해 주행 거리가 계속 개선될 것이라는 데 의심의 여지가 없습니다. 실제로, 급속 충전 기능과 인프라도 세계적으로 상당한 추진력을 얻고 있습니다. 이것이 소비자의 범위 불안감을 완화하고 BEV 판매의 지속적인 성장을 촉진하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

"결국, 이 시나리오는 배터리 기술 비용과 후속 차량 소매 가격이 대량으로 생산될 경우에만 감소하는 닭과 달걀 시나리오로, 첫 번째 사례에서 전기 차량에 대한 수요가 있을 때만 발생할 수 있습니다. 현재 시장에 출시된 매력적인 BEV 옵션(km/10분 이상)은 이러한 사이클을 타개할 수 있는 충분한 장비를 갖추고 있습니다."

※ 전기차 충전시간에 관심 있는 독자는 아래 링크 참조 바랍니다.

2020/12/23 - [세계 자동차 뉴스] - IONIQ 5 한국 CUV가 EV 대히트 예상

2020/06/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 납 축전지 용어 정리(lead–acid battery)

2020/05/26 - [자동차 학습/전기자동차] - LIC(리튬이온 캐패시터) 전지

2020/05/07 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기 자동차용 2차 전지의 조건 및 개발 현황

2020/04/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 니켈 수소 전지(Ni-MH)

2015/12/10 - [자동차 학습/전기자동차] - 4. 친환경 전기 자동차(Electric vehicle: EV)의 구성과 주요 부품 소개

2015/11/24 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 4. 플러그인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV -Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 및 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 비교

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1. 자전거 조향계열 (헤드셋, 스템, 핸들바)

자전거/자전거 정비 2021. 2. 24. 14:02 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

1. 자전거 조향계열 (헤드셋, 스템, 핸들바)

1.1 자전거 Head Sets (헤드셋)

헤드셋은 프레임의 헤드튜브의 장착되는 부품으로 핸들의 조향을 부드럽게 해주는 부품이다. 헤드셋은 헤드튜브의 사이즈와 종류에 따라 다양한 디자인과 사이즈로 만들어 지고 있다.

- 1 1/8 Inch(샥의 스티어러 튜브사이즈) 헤드 SET

1 1/8 인치 헤드 셋(1 1/8 inch head set, 출처: 인터넷)

- 1.5 Inch(샥의 스티어러 튜브사이즈) 헤드 SET

1.5 inch head set(출처: 인터넷)

헤드SET 조립 전 프레임의 헤드 튜브 사이즈를 측정하여 알맞은 부품을 사용해야 한다

헤드튜브의 규격은 28.6mm/30mm/34mm등이 있다.

일반 생활 자전거에는 표준 나사타입으로 되어있다.

1.2 스템(Stem)

스템은 핸들과 포크, 프레임을 연결해 주는 부품이다.

자전거 스템의 종류

스템은 라이더의 신장과 프레임 사이즈에 비례하며 길이와 각도가 결정되며 스템의 사이즈는 길이뿐 아니라 포크 스티어러 사이즈에 맞추어 1“ 1” - 1/8인치가 있으며 각도 또한 다양하다.

소재는 알루미늄, 티타늄 등으로 만들어진다. 또한 핸들 바와 연결되는 클램프의 사이즈는 핸들 바의 두께에 따라 달라진다.

스템 역시 샥의 스티어러 튜브의 직경에 맞는 것을 사용해야 하며 라이더의 취향 라이딩 자세에 따라 스템의 길이(50~130mm)와 핸들 높이를 조정하기 위하여 각도가 있는 스템을 사용하기도 한다.

또한 핸들 바의 결합 부분의 두께에 따라 오버사이즈(31.8mm)와 일반사이즈(25.4mm)로 나누어진다

 

일반자전거의 스템은 스레드스템을 사용하고 있다.

1.3 핸들바(Handle bar)

핸들은 방향을 바꿀 때 사용되는 부품이며 스템과 연결이 되어있다.

용도에 따라 일자형과 라이져(갈매기형)형으로 나어진다.

일자형은 XC에 라이져형은 DH 또는 프리라이딩에 주로 사용된다.

사이클용으로는 일반적으로 드롭 바와 에어로 바(U) 있다.

스템의 클램프 사이즈에 따라 체결부위의 두께가 달라진다.

자전거 핸들의 소재는 알루미늄, 티타늄, 카본 등으로 만들어진다.

-MTB용 핸들바

일반적으로 MTB 용으로 많이 쓰이지만 생활 자전거, 하이브리드 등에도 사용된다.

- 티피걸 드롭바(Tybical drop bar)

※ 자전거 구조의 다른 내용은 아래 링크를 참조 바랍니다.

2020/12/28 - [자전거/자전거 정비] - 자전거 체인(Chain)

2020/12/27 - [분류 전체보기] - 자전거 일체형 BB(BB: Bottom Bracket) 장착

2020/12/25 - [자전거/자전거 정비] - 자전거 버텀 브라켓(BB: Bottom Bracket) 장착 방법

2020/12/24 - [자전거/자전거 정비] - 자전거 Cassette Sprockets (카세트 스프라켓)

2020/12/22 - [자전거/자전거 정비] - 2. 자전거 크랭크 셋(Crank Set)

2020/12/20 - [자전거/자전거 정비] - 1. 자전거 바텀브라켓(Bottom Bracket) [자전거 구동계열]

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전기차(electric car)의 구성 및 주요 부품

자동차 학습/전기자동차 2021. 2. 5. 18:27 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기차(electric car)의 구성 및 주요 부품

전기차(electric car)의 주요 부품과 구성에 대하여 알아보자.

전기차의 주요 부품으로는 전기차 2차 배터리, 전기차 구동 모터, 감속기, DC-DC 컨버터, 인버터(Inverter)와 이를 총괄하는 VCU(Vehicle Control Unit)등이 있다.

 

 


최근에 전기차 판매량의 증가에 따라 전기차의 대중화 시대도 멀지 않았다. 그러면 전기차와 기존에 우리가 타고 다녔던 내연기관 자동차와의 차이점은 무엇일까?

전기자동차의 구동 원리와 더불어 주요 부품의 종류와 기능들에 대하여 알아 보도록 하자.

아이오닉(IONIQ) 전기차 구조


전기차는 배터리에 저장된 전력으로 모터를 회전하여 주행합니다. 화석 연료를 연소 시켜 구동 에너지를 얻는 내연기관차와 가장 큰 차이점이다. 따라서 전기차에는 기존 자동차에서 가장 중요한 요소였던 엔진과 변속기가 없습니다. 대신, 전기 동력과 관련된 부품이 자리를 잡고 있다. 구동모터, 감속기, 배터리, 온보드차저, 통합전력제어장치 등이 바로 그것이다. 모두 배터리의 전력으로 모터를 구동하기 위한 부품이다.

전기차 구동모터(출처: 현대차)


구동모터
구동모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 바퀴를 굴린다. 모터를 구동 장치로 사용하며 얻는 장점은 다양하다. 일단, 주행 중에 발생하는 소음과 진동이 매우 적다. 그래서 전기차에 처음 탑승한 분들은 전기차 특유의 조용하고 안락한 승차감에 놀라곤 합니다. 또한 전기차의 파워트레인은 엔진보다 크기가 작아 공간활용성을 높이는데 유리하다. 남는 공간을 실내 공간이나 짐 공간 확장에 활용할 수 있다.

구동모터는 발전기로도 변환한다. 내리막길 등 탄력 주행 시 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 전환해 배터리에 저장할 수 있다. 주행 중 속도를 줄일 때도 마찬가지이다. 이는 회생제동 시스템이라고 한다. 현재 일부 전기차에는 회생제동을 단계별로 조절할 수 있는 장치가 마련되어 있다. 스티어링 휠의 패들시프트(paddle shift)를 통해 감속과 회생제동 수준을 단계별로 조작할 수 있고, 이를 통해 효율을 개선하는 것은 물론 운전의 재미까지 느낄 수 있다.

감속기
감속기는 모터의 특성에 맞춰 동력을 바퀴에 더 효율적으로 전달하기 위해 고안된 일종의 변속기이다. 하지만 변속기가 아닌 감속기라고 부르는 데에는 이유가 있다. 모터는 분당 회전수(RPM)가 내연기관 엔진보다 훨씬 높다. 회전수를 상황에 맞게 바꾸는 변속이 아닌, 회전수를 하향 조정(감속)해야 하죠. 감속기는 모터의 회전수를 필요한 수준으로 낮춰 전기차가 더 높은 회전력(토크)을 얻을 수 있도록 한다.


전기차 감속기(출처: 현대차)

 

배터리
배터리는 전기 에너지를 저장하는 부품으로, 내연기관차의 연료탱크와 동일한 기능이다. 전기차의 주행거리는 보통 배터리 용량에 따라 좌우됩니다. 배터리 용량이 클수록 주행거리도 늘어나는 것이죠. 그러나 배터리 용량을 키우는 일은 그리 간단하지 않습니다. 배터리가 차지하는 부피와 무게 때문입니다.

큰 배터리를 얹으면 실내 공간 및 짐 공간이 줄어들고, 에너지 효율이 떨어진다. 운동성능에도 부정적인 영향을 미치죠. 따라서 전기차의 주행거리를 효율적으로 늘리기 위해서는 배터리의 에너지 밀도를 높여야 한다.

전기차 배터리 충전시간 및 항속 거리

크기가 작고 가벼우면서 전기 에너지를 최대한 효율적으로 저장해야 한다.

주행가능 거리가 길수록 충전 횟수가 줄어들어서 전기차 생활이 한층 더 편리해진다. 아이오닉5는 전기차 전용 플랫폼인 현대차 e-GMP를 사용하고 개선된 배터리 시스템을 채용하여 최근에는 800V 고전압 직류 전압을 하여 10분만에 몇백 킬로를 갈 수 있다. 최근 출시된 전기차는 배터리 기술 발전에 따라 에너지 밀도가 크게 높아졌습니다. 덕분에 1회 충전 주행거리도 초기 전기차보다 크게 늘었습니다. 기아자동차 쏘울 부스터 EV의 경우 64kWh 용량의 리튬이온 배터리를 탑재해 최대 386km를 달릴 수 있습니다(국내 인증 기준).

 

배터리 수명 연장

배터리 수명도 크게 개선됐습니다. 전기차의 리튬이온 배터리는 충전 패턴에 따라 수명이 달라지는데, 일상적인 사용 조건이라면 폐차할 때까지 배터리 내구성에 대한 걱정 없이 운행할 수 있습니다. 통상적으로 배터리 전력을 100% 방전될 때까지 주행하고 다시 충전하는 경우라면 1,000, 배터리 전력 50%를 사용하고 다시 충전하는 경우라면 5,000, 전력 20%를 사용하고 다시 충전하는 경우라면 8,000회까지 배터리 사용이 가능합니다. 따라서 쏘울 부스터 EV를 하루에 약 77km(전력 20% 사용 시)를 운행한다고 가정하면 8,000( 22) 동안 배터리 교체 걱정 없이 차량을 사용할 수 있는 것입니다.

배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)
배터리 관리 시스템(이하 BMS)은 이런 수많은 배터리()를 하나의 배터리처럼 사용할 수 있도록 관리합니다. 전기차의 배터리는 수십 개에서 수천 개에 이르는 셀로 이뤄져 있는데, 각 셀의 상태가 비슷해야 배터리의 내구성과 성능이 최적의 컨디션을 유지할 수 있기 때문이다.

BMS
는 배터리와 일체형으로 설계되는 경우가 많으며, 통합전력제어장치(EPCU)에 포함되기도 합니다. 셀의 충전 및 방전 상태를 감시하고, 배터리에 이상이 감지될 경우 릴레이(특정 조건에서 다른 회로를 개폐하는 장치)를 통해 자동으로 배터리의 전원을 잇거나 끊습니다.



 

현대차 아이오닉5(IONIQ5)72kWh 용량의 리튬이온 배터리를 탑재해 최대 550km를 주행 가능하다.

배터리 히팅 시스템
배터리는 낮은 온도에서 충전량이 감소하며 충전 속도도 느려진다. 배터리 히팅 시스템은 배터리를 최적의 온도로 유지시켜 동절기 성능 저하를 예방하고 주행거리를 확보하는 장치이다. 또한 충전 시에도 적정 온도를 유지해 충전 효율성을 높여준다.

온보드차저(On Board Charger, OBC)
온보드차저(이하 OBC)는 완속 충전을 하거나, 휴대용 충전기로 가정용 플러그에 꽂아서 충전할 경우, 차량에 입력된 교류 전원(AC)을 직류 전원(DC)으로 변환하는 장치이다. 교류를 직류로 전환한다는 점에서 인버터와 비슷해 보이지만, OBC는 충전을 위한 장치이며 인버터는 차량 가속과 감속과 관련된 장치라는 점에서 그 역할이 다르다. 참고로 급속 충전은 직류를 이용한다.


전기차 온보드 차저(충전기)(출처: 현대차)

 

 


통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)
통합전력제어장치(이하 EPCU)는 차량 내 전력을 제어하는 장치를 통합하여 효율성을 높여주는 역할을 하며 인버터, LDC, VCU로 구성되어 있다.

1.
인버터(Inverter)
인버터는 배터리의 직류 전원(DC)을 교류 전원(AC)으로 변환하여 모터의 속도를 제어하는 장치이다. 가속과 감속 명령을 담당하므로 전기차의 운전성을 높이는 데 있어서 매우 중요한 기능을 한다.

2. LDC(Low voltage DC-DC Converter)
LDC
는 전기차의 고전압 배터리의 전압을 저전압(12V)으로 변환해 전장 시스템에 전력을 공급하는 장치이다. 고전압 배터리는 높은 전압을 사용하지만, 자동차의 전장 시스템은 낮은 전압을 사용하기 때문에 이를 변환하는 장치가 반드시 필요하다.

 

3. VCU(Vehicle Control Unit)
VCU
EPCU에서 가장 중요한 부품 중 하나이다. 차량 내 전력 제어기를 총괄하는 컨트롤 타워에 해당하기 때문이다. 모터 제어, 회생제동 제어, 공조 부하 제어, 전장 부하 전원공급 제어 등 차량의 전력 제어와 관련된 대부분을 관장하고 있다.

 

전기차 자동차의 기본 구조는 배터리, 모터, 감속기 순으로 동력이 전달되고 이를 제어하기 위해서 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System), VCU(Vehicle Control Unit)이 꼭 필요하다. 각 자동차 메이커 및 배터리 제조기술의 발전에 따라 전기 자동차의 항속거리가 점점 길어지는 추세이다.

 

 

 

위 글은 현대차 홈페이지를 참조하여 작성하였습니다.

 

※자동차 2차 전지에 대하여 좀 더 알고 싶으면 아래 링크를 참조 바랍니다.

2021/02/04 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기 자동차 전지의 종류와 요구 특성

2021/01/08 - [자동차 학습/전기자동차] - KONA Electric(코나 전기차 사양 및 취급설명서 공유)

2015/11/27 - [자동차 학습/전기자동차] - 3. 전기 자동차/하이브리드 자동차, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)

2015/11/24 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 4. 플러그인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV -Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 및 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 비교

2020/10/05 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 마일드 하이브리드 전기차(Mild Hybrid)– architectures

2020/10/03 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 마일드 하이브리드 전기 자동차 (Mild Hybrid Electric Vehicle,MHEV) – 소개

2020/06/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 납 축전지 용어 정리(lead–acid battery)

2020/05/06 - [자동차 학습/전기자동차] - 이차 전지의 개념 및 종류

2020/04/06 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기자동차용 리튬이온(lithium ion) 배터리(Battery)

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전기 자동차 전지의 종류와 요구 특성

자동차 학습/전기자동차 2021. 2. 4. 18:53 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기 자동차 전지의 종류와 요구 특성

 내연 기관의 핵심 기술은 엔진 및 파워 트레인이 핵심으로, 하나의 차량 개발 시 대부분의 리소스가 여기에 집중되고 있다. 그러나 전기 자동차 개발에 있어 전지 기술은 핵심 기술로서 전체 개발 과정에서 가장 큰 역할을 한다고 할 수 있다. 특히 전지의 종류, 패키지 레이아웃, BMS, PMS에 따라 다양한 종류의 시스템을 개발 해야 한다.

전기 자동차 장점 및 단점

 유해 가스 배출이 없으며, 소음이 적으며, 운전이 용이하고, 구조가 간단하여 고장률이 적으며, 운전 경비가 적게 든다. 그러나 현재 탑재되고 있는 전지는 무겁고, 1회 충전 거리가 짧으며, 최고속도와 가속력이 작은 단점이 있다.

전기 자동차에 요구되는 배터리 특성

 전기 자동차 전원으로서 갖추어야 할 전지의 조건은 가볍고, 에너지 밀도(Wh/kg) 및 출력 밀도(W/kg)가 커야 한다. 기존의 전지를 전기자동차용으로는 사용이 불가하기에는 성능이 상당히 떨어지기 때문에 우수한 성능의 전지 개발을 위해 선진 각국에는 연구개발에 적극적으로 나서고 있다.

전기 자동차 배터리의 조건

전기자동차가 실용화되기 위한 전제로는 전지 가격이 저렴해야 하므로 우선 주재료인 전극재료가 자원적으로 풍부해야 하고, 폐전지로부터 금속의 회전 및 리싸이클이 용이해야 하며, 경제성이 좋아야 한다.

아래 표는 현재 전기 자동차용으로 사용되고 있는 주요 전지의 특성을 나타낸 것이다.

<리튬계 전지의 종류와 특징>

전지 종류

리튬이온 전지

리튬폴리머 전지

리튬금속폴리머 전지

음극

탄소

탄소

리튬

전해질

액체전해질

고분자 전해질

고분자 전해질

양극

금속산화물

금속산화물

금속산화물

 

LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4

LiCoO2, LiNiO2, LiMn2,O4

유기설퍼, 전도성고분자

평균전압

3.7V

3.7V

2.0~3.6V

에너지 밀도

높은

높음

아주 높음

저온 특성

아주 우수

좋음

나쁨

안정정

나쁨

보통

좋음

 

 <2차 전지의 주요 특징>

리튬폴리머 전지

전압은 3.6V로 폭발위험이 없고, 전해질이 젤타입이기 때문에 전지 모양을 다양하게 만들 수 있다. 일부는 휴대폰 사용되고 있으며 리튬이온 전지를 대체할 차세대 전지이다. 현재는 양산하는 곳이 많으나 가격 경쟁력 때문에 보편화 되는 못하고 있다. 리튬폴리머 전지는 양극, 전해질, 음극으로 구성되어 있고 양극과 음극 사이의 전해질이 양극과 음극을 분리하는 분리막과 리튬이온의 전달역할을 수해한다. 고분자 겔 형태의 전해질을 사용함으로써 과충전과 과방전으로 인한 화학적 반응에 강하게 만들 수 있어 리튬이온 전지에 필수적인 보호회로가 불필요하다.

리튬이온 전지

전압은 3.6V로 휴대폰, 휴대용 게임기기, 디지털 카메라, 노트북, MD 등에 사용된다. 양산 전지 중성능이 가장 우수하며 가볍다. 현대 일본 소니사가 가장 앞선 기술을 보유하고 있으며 가장 먼저 양산하였다. 리튬이온 전지는 폭발 위험이 있기 때문에 일반 소비자들은 보호회로가 장착된 PACK 형태로 판매된다. 위험성만 제거되면 가볍고 높은 전압을 갖고 있어 현재 가장 많이 보편화 된 전지이다. 리튬이온 전지는 양극, 분리막, 음극, 전해액으로 구성되어 있고 리튬이온의 전달이 전해액을 통하여 이루어 진다. 전해액이 누수 되어 리튬 전이 금속이 공기 중에 노출될 경우 전지가 폭발할 수 있고 과충전 시에도 화학반응으로 인해 전지 케이스내의 압력이 상승하여 폭발할 가능성 있어 이를 차단하는 보호회로가 장착된다. 현재 자동차에 가장 많이 쓰이는 2차 전지이나 충돌 혹은 과충전 시 폭발의 위험 때문에 안정성에 특히 취약하다. 2020년에서 2021년초에 일어나 현대차 코나 전기차(KONA Electric car)의 주차 중 혹은 충전 중에 일어난 잇다른 화재는 리튬이온 전지의 발화성을 잘 보여준다. 리튬이온 전지의 가장 큰 취약점인 충격과 폭발에 약하여 화재를 방지하는 재료적, 구조적 배터리를 개발하는 것이 최우선 과제이다.

니켈-수소 전지

Ni-Cd Li-ion 중간 단계의 전지로 특정 사이즈만 생산된다. 디지털 카메라, 노트북, 캠코더 등에 사용되면 리튬이온(Li-ion) 전지가 안정화 되면 Ni-MH 전지는 특수 제품을 제외하고는 사용에 제한이 있을 것으로 예상하나 최근에는 많은 성능 개선(용량 증대)과 상대적으로 낮은 가격으로 낮은 전압에는 여전히 많이 사용된다. 전압은 1.2V이며 니카드 전지와 혼용하여 사용하는 제품이 많고 니카드 전지보다 2배의 용량을 갖는다. 이전에 일본 자동차 메이커에서 하이브리드용 자동차 2차 전원으로 많이 사용되었으나 최근에는 무게당/체적당 에너지 밀도가 낮아 거의 사용하지 않는다.

니카드(Ni-Cd) 전지

전압은 1.2V이며 무선전화기, 무선자동차, 소형 휴대기기에 많이 사용하였으나 최근에는 유해한 카드뮴 사용과 성능이(용량이 작음) 좋지 않아 거의 사용되지 않는다. 초기 니카드 전지는 대부분 일본산이었으나, 현재는 중국 및 동남아 제품도 성능이 안정화 되어 있고, 고가의 제품은 일본산이 주류를 이룬다. 니켈-카드뮴 전지는 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 동일하다. 망간 건전지와 비교 하여 내부 저항이 낮으며 단시간 내 큰 에너지 출력이 가능하다(큰 전류를 낼 수 있다) 충전 가능한 전지 중에서는 수명이 긴 편이고 방향을 무시하고 사용이 가능하다. 충전 시 단시간 충전이 가능하다. 외부의 충격, 열에 약하며 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고 약품은 극약이다. 방전전압을 2단계로 내릴 수 있다. 전기 자동차 및 하이브리드용 2차 축전지로서는 거의 사용되지 않는다.

납 축전지(Lead-Acid)

납축전지는 전압이 2V로 자동차용 시동용 및 전기 기구 전원 공급용 전지로 가장 많이 사용된다. 자동차용 전지는 12V 2V 전지를 직렬로 6개가 내부에 연결된다. 구형 AIWA 워크맨 전지에 사용되었으며, 소니 무선전화기에도 일부 사용된다. 과방전 시 전지 수명이 급속히 단축되는 특성이 있으며 특히 자동차의 경우 재충전이 안 될 경우 전지를 교체해야 하는 경우도 자주 발생한다. 가격도 상대적으로 싸나 에너지 밀도가 너무 낮아 구동용 2차 전지로는 사용하지 않는다. 최근에는 납 축전지 기반의 내구성이 강한 AGM 배터리가 개발되어 하이브리드 자동차인 ISG(Idle stop and go)에 사용되고 있고. 그러나 AGM 배터리는 일반 납 축전지 대비 고가인 것이 단점이다.

 

※전기 자동차 배터리에 대한 좀 더 다양한 자료는 아래 링크를 참조 바랍니다.

2020/06/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 납 축전지 용어 정리(lead–acid battery)

2020/05/21 - [자동차 학습/전기자동차] - 납축 전지

2020/05/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd, 니카드 전지)

2020/05/10 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기자동차, 전기 자건거 배터리 용량 계산

2020/05/07 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기 자동차용 2차 전지의 조건 및 개발 현황

2020/05/06 - [자동차 학습/전기자동차] - 이차 전지의 개념 및 종류

2020/04/28 - [자동차 정비/전기/전자] - 전지(배터리, battery)의 종류

2020/04/21 - [자동차 학습/전기자동차] - 자동차용 리튬 폴리머 전지(Lithium polymer battery)

2020/04/12 - [자동차 학습/전기자동차] - 니켈 수소 전지(Ni-MH)

2020/04/06 - [자동차 학습/전기자동차] - 전기자동차용 리튬이온(lithium ion) 배터리(Battery)

2020/03/23 - [자동차 학습/전기자동차] - 리튬인산철(LiFePO4) 전지

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VGT(Variable Geometry Turbocharger) 가변 흡기 제어 시스템의 구성

자동차 부품 2021. 2. 1. 22:43 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

VGT(Variable Geometry Turbocharger) 가변 흡기 제어 시스템의 구성

 

VGT의 용어 정의

이 장치는 Variable Geometry Turbocharger의 약자로서 일명 VGT라고 한다.

배기가스의 흐름을 이용하여 엔진으로 흡입되는 공기량을 증가시키는 터보차저의  한 종류이다.
현재 D-엔진 커먼레일에 설치되며 차후에 출시되는 거의 모든 디젤 엔진에도 적용되고 있다.

 

현대자동차는 최근 인기를 끌고 있는 직접연료분사방식의 기존 커먼레일 디젤엔진(CRDi)에서 출력이 크게 향상된 친 환경적인 최첨단 VGT(Variable Geometry Turbocharger) 디젤엔진을 적용하고 있다.

 

VGT 디젤 엔진의 특징

최첨단 VGT 디젤엔진은 국내최초로 전자식 가변용량 터보차저를 적용한 엔진으로 개발기간은 약 3년이 소요되었다. 이 엔진은 터보차저를 통과하는 배기가스의 양과 유속을 정밀하게 제어 해 저속 및 고속 전구간에서 최적의 동력성능을 발휘할 수 있어 출력과 가속성능, 연비가 향상됐고 유해가스 배출량도 줄어든 것이 특징이다.

 

VGT(가변흡기 제어 과급기) 적용 원리 및 효과

VGT 디젤엔진은 유체가 흐르는 통로입구를 좁게 해 유속을 빠르게 함으로써 강한 힘을 발생시키는 것과 같은 원리를 이용한 것으로 전자제어를 통해 배기가스가 적게 배출되는 저속구간에서는 터보챠저로 유입되는 배기유로를 축소, 흐름을 빠르게 함으로써 터빈의 구동력을 높여 가속성능을 향상시키고 배기가스가 많이 배출되는 고속구간에서는 배기유로를 넓혀 많은 양의 배기가스로 터빈의 구동력을 높여 줌으로써 출력을 대폭 향상시켰다.

최고출력은 126마력으로 기존 커먼레일 엔진 대비 11마력이 높아졌고 최대토크도 29.5kgm 3kgm가 향상되었다.

 

흡기장치의 변천사

우선 가변용량제어 터보차저에 대해 알아보기 이전에 흡기장치가 어떤 발전가정을 거쳐 왔는지 알아본다면 좀 더 쉽게 VGT를 이해하실 수 있을 것이다

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

가장 먼저 자연 흡입방식의 흡기장치인데 일명 NA라고도 한다. NA라고도 한다(Natural - Aspiration의 약자). 과급기의 도움없이 공기를 있는 그대로 받아들이고 혼합기를 만들어 엔진을 작동시키는 방식이다.

그 다음으로 흡기장치에 터보차저가 등장하면서 배기가스를 이용, 흡입공기량을 추가적으로 공급하게 된다. 일반적으로 엔진출력이 NA 대비 약 10% 정도 향상되었다.

그리고 터보차저를 후속이 바로 터보차저 인터쿨러이다. 이것은 터보차저에서 나오는 더운 공기를 인터쿨러를 통해 흡입공기의 온도를 낮춰 공급하게 만들어 주는 장치로 이것 또한 터보차저 대비 약 10% 이상의 엔진출력 향상 효과가 있다.

자 그럼 정리해 보면 터보 차저(과급기)의 역사는

1. 자연 흡입방식(Natural Aspiration) : 출력이 떨어지고,연비가 안 좋음

2. 터보차저만 적용(Turbo Charger Only) : 배기가스를 재 순환 시켜 흡입 공기량을 추가공급

3. 인터 쿨러 적용 : 터보차저로 해서 들어오는 배기가스의 흡입공기의 온도를 낮춰준다.

 

VGT 효과

VGT시스템의 엔진출력 부분을 보면 일반 터보차저와 비교해 VGT는 최대출력이 약 10% 향상된 것을 알 수 있고 최대토크는 약 14% 향상된 것을 알 수 있다. 연료소비율은 일반 시내주행 구간에서 약 8% 정도 연비 향상 효과가 있다. 이외에도 배출가스 저감의 효과도 있다.

 

VGT 작동원리 및 구조

1. 작동원리

일반 터보차저의 경우 배출가스량이 적고 유속이 느린 저속구간에서는 효과를 발휘할 수가 없다. VGT는 저속구간에서 배출가스의 통로를 좁힘으로써 배출가스 속도를 빠르게 해 터빈을 빠르고 힘 있게 구동시키게 된다.

이것은 벤츄리의 원리를 이용한 것인데 이는 벤추리관으로 공기가 흐른다고 할 때 면적이 작아지는 A지점에서는 속도는 빨라진다. 이러한 상태에서 벤추리관의 내경을 더 좁히면 속도는 점점 커진다는 원리이다.

 

 

 

<그림 > 벤추리관

 

고속구간의 경우를 살펴보면 배기가스의 양이 많이 나오게 되며 그 배출가스는 많은 힘을 동반하고 있다. 그럴 때 베추리관의 내경을 넓혀 준다면 다량으로 배출되는 배기가스에 의해 터보차저의 터빈은 더욱 커진 에너지를 컴프레서에 전달하게 되는 것으로 흡입공기량이 더욱 더 많아지는 것이다.

, 저속구간에서는 벤츄리관을 좁혀 유속을 증가시킴으로써 터빈을 구동하고 고속구간에서는 벤츄리관을 넓혀서 배기가스를 그대로 이용, 터빈을 구동함으로써 전 구간에 걸쳐 엔진 성능의 향상 효과를 얻을 수 있게 된다.

 

VGT와 e-VGT의 차이

흡입구의 흡입 공기량을 어떤 방식으로 했는지가 VGT eVGT의 차이이다. VGT가 진공 엑츄에이터로 조절했었고, eVGT e가 들어간 걸 보면 느낌이 올 수도 있겠는데 모터로 Geometry variable하는 것이다. 모터로 하면 장점이 뭔가. 더 정밀한 제어가 가능하다. 상황에 맞춰서 더욱 즉각적으로 모양을 변형시키게 된다.

 

2. VGT 구조

VGT는 터빈과 컴프레서가 이렇게 한 축상에 설치되어 있다. 그리고 터빈 측에는 배출가스의 유속을 변화시키기 위한 가변 터빈 인렛 베인이 11개가 설치되어 있다. 11개의 베인을 동시에 모두 작동하도록 하기 위해 원형으로 된 유니슨 링이 베인 뒤쪽으로 설치된다. 터빈과 컴프레서를 감싸주는 터빈 하우징과 컴프레서 하우징이 설치가 되고 터빈 하우징 쪽으로는 유니슨 링을 작동하기 위해서 베인 컨트롤 액츄에이터가 설치되어 있다.

 

VGT 작동방법

 VGT 작동방법을 보면 유니슨 링은 시계방향 및 반 시계방향으로 움직일 수 있도록 되어 있다. 유니슨 링은 베인 컨트롤 액츄에이터와 기구적으로 연결되어 있고 액츄에이터의 작동에 따라 유니슨 링도 시계방향 또는 반시계방향으로 작동하게 된다. 가변 터빈 인렛 베인은 유니슨 링과는 베인 암을 통해 연결되어 있다. , 액츄에이터가 작동하게 되면 11개의 베인이 움직이게 된다. 11개의 베인은 터빈 입구 배기가스의 통로 역할을 하고 있으므로 이 베인의 움직임에 따라 배기가스의 유로 면적이 변하게 되는 것이다. 저속에서는 <그림 7>과 같이 좁혀서 배기의 속도를 높여 터빈의 전달 에너지를 증대시키고 고속에서는 넓혀서 많은 배출가스로 인해 더욱 더 큰 터빈의 전달 에너지를 증대하는 것이다.

베인 컨트롤 액츄에이터는 엔진 ECU에 의해 듀티 제어하는 VGT 솔레노이드 밸브와 진공호스로 연결되어 있어 엔진 ECU가 운전조건에 따라 솔레노이드 밸브의 듀티율을 변화시킴으로써 액츄에이터의 움직임을 제어할 수 있는 구조로 되어 있다.

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