리튬인산철(LiFePO4) 전지

자동차 학습/전기자동차 2020. 3. 23. 13:18 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

리튬인산철(LiFePO4) 전지

리튬인산철 전지는 양극제로 리튬-인산철을 사용하여 폭발 위험이 없는 안정성을 확보하였다. 전해질은 이온(액체) 전해질을 사용하여 충전 효율도 최대화 하였다. 리튬 인산철 배터리의 화학구조는 올리빈 구조로 매우 안정적인 구조를 가진다. 그렇기에 리튬의 경로 이동이 쉽고 열적으로도 매우 안정적이어서 외부 불순물과 합성되어 다른 변형된 형태로 쉽게 왜곡 되지 않으며 2차 가공에 용이하다. 직류 측 입력 변동이 작아서 PCS 설계가 용이하고 전체적으로 EES 절연전압도 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한 온도특성이 매우 좋아 자체 발열이 거의 없어서 주위온도에 영향을 주지 않는다.

리튬인산철 이차전지는 탁월한 안전성을 가지고 있으며 자가 방전율과 에너지 손실률이 매우 낮아 효율이 뛰어나다. 다른 양극물질과 비교해도 가격 경쟁력, 뛰어난 안정성, 성능, 기리고 안정적인 작동 성능을 확보하였다.

리튬인산철(LiFePO4) 규격

LiFePO4 배터리의 공칭 전압은 3.2V이고 종단 충전 전압은 3.6V이며 종단 된 방전 전압은 2.0V이다. 다양한 제조업체가 사용하는 양극, 음극 및 전해질 소재의 품질과 공정이 다르기 때문에 성능이 다소 다릅니다. 예를 들어 동일한 유형의 용량 (동일한 패키지의 표준 배터리)은 큰 차이가 있다. (10 % ~ 20 %)

 

리튬인산철의 용도

전기 자동차용 배터리와 같은 2차 전지와 전동공구, RC, 골프카, 캠피카, 전동오토바이, 산업용 기기, 하이브리드 자동차에도 많이 사용되며 대용량과 안정성을 동시에 확보하였다.

 

리튬인산철의 특성

 화확적으로 극히 안정되고 값싼 인산철을 사용하여 리튬인산철 전지는 과열, 과충전 상황에도 폭발할 가능성이 적다. 주로 중국에서 독보적 기술과 양산성을 확보한 리튬인산철 전지는 원자재 공급이 안정적이라 기존의 납축전지를 대체할 가능성이 있어 보인다. 이에 따라 현재 국내 캠핑 매니아 및 자동차 매니아를 중심으로 제2의 전지로 중국의 리튬인산철 배터리를 많이 장착하여 기존의 납 배터리의 대용으로 사용되고 있다.

 

 

 

LiFePO4 배터리의 구조와 작동 원리

LiFePO4 배터리의 내부 구조는 왼쪽에는 올리빈 구조의 LiFePO4가 배터리의 양극으로 나타난다. 알루미늄 호일은 배터리의 양극에 연결된다. 중간은 폴리머 분리기이다. 그것은 양극과 음극을 분리하지만, 리튬 이온 Li +는 통과 할 수 있고 전자 e-는 통과 할 수 없다. 우측은 카본 (흑연)으로 구성된 배터리 음극이 구리 호일에 의해 배터리의 음극에 연결된다. 배터리의 상부 및 하부 단부 사이에는 배터리의 전해질이 있으며, 배터리는 금속 케이싱에 의해 밀폐된다.

 

 

 

인산 철 리튬 배터리 작동

위의 LiFePO4의 전지 구조는 양극으로, 알루미늄 호일은 전지의 양극에 연결되어 있고, 왼쪽에는 양극과 음극을 분리하는 고분자 다이어프램이 있으나 리튬 이온 Li는 통과 할 수 있고 전자는 통과 할 수 없으며, 오른쪽은 탄소 포지티브 전극 (흑연)으로 이루어져 있으며, 이는 배터리의 음극에 동박으로 연결되어있다. 배터리의 상부 및 하부 단부 사이에는 배터리의 전해질이 있으며, 배터리는 금속 케이싱에 의해 밀폐된다.

LiFePO4 배터러ㅣ 충방전 과장

LiFePO4 배터리가 충방전 과정

LiFePO4 양극, 음극 및 배터리는 알루미늄 호일, 리튬 이온의 양극과 음극을 분리하는 중간 중합체 격막으로 연결되지만 리튬은 전자를 통해 전자를 통과 할 수 없으며 오른쪽은 탄소 (흑연 ) 배터리 음극, 양극 및 배터리는 구리 호일로 연결된다. 배터리의 상단과 하단 사이에는 배터리의 전해질이 있으며, 배터리는 금속 인클로저로 둘러싸여 있다.

LiFePO4 배터리 구성

LiFePO4 배터리 가 충전되면 양극의 Li 이온 Li가 폴리머 다이어프램을 통해 음극으로 이동한다. 방전 중에 음극의 리튬 이온 Li가 다이어프램에서 양극으로 이동한다. 리튬 이온 배터리는 충전 및 방전시 리튬 이온이 뒤로 이동하여 이동 한 후에 명명된다.

리튬인산철 배터리 작동원리(LiFePO4)

리튬인산철의 단점

 기전압이 기존 리튬-코발트 전지의 3.7V보다 0.3V 정도 낮은 3.4V라는 점이다. 리튬이온이나 리튬폴리머 전지보다 에너지밀도가 낮다. 그리고 리튬-폴리머 전지만큼 디자인 편의성이 떨어진다. 한국과 일본이 선점한 리튬이온 전지에 비하면 무겁고 다소 성능은 떨어진다. 그러나 동급의 리튬이온 전지 대비 약 30%의 저렴해 아주 우수한 가격 경쟁력을 보유하고 있다.

납산배터리보다 에너지 용량당 가격이 비싸다. 납산전지에 비해 가격이 비싸다는 것. 그러나, 이것도, 3배 긴 수명과 1.8배 더 많은 실질 출력 전력량을 고려하면 큰 단점은 아니다.

 

리튬인산철의 장점

 

 무게가 가볍다

같은 100A 용량의 딥사이클 납산 SLA 배터리의 경우 27~8kg 정도, Flooded AGM 30~33kg 정도 하는 것에 비해, 60% 이상 무게가 가볍다. 또한 실질적으로 사용용량이 같은 용량 대비 훨씬 크기 때문에 실제로 절감되는 사용중량은 80% 이상 가볍다고 볼 수 있다. 그러나 리튬이온 배터리 대비 20% 정도 무겁다.

긴 수명

일반적인 딥사이클배터리의 경우, 자기용량의 50%까지 방전 후 재충전 반복횟수가 400~500회 정도 되는데, 리튬인산철배터리는 자기용량의 90%까지 방전 후 재충전 반복횟수가 1500회 이상으로 납산 배터리에 비해 3배 이상 수명이 길며, 1500회 이상 충방전 후에도 최초 성능용량의 80% 이상을 유지한다. 예를 들면 100A 배터리를 1500회 충방전 시키고 나면, 용량이 80A정도로 줄어든다.

 

리튬이온 전지 대비 가격 경쟁력

동급의 리튬이온 전지 대비 약 30%의 저렴해 아주 우수한 가격 경쟁력을 보유하고 있다. 중국 자동차 메이커는 2000년 초 이후 리듐인찬철 배터리를 개량 및 개선하여 현재는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적극적으로 사용하고 있다.

 

안전성 확보

납산배터리는 과충전이나 과방전시 수소가스가 새어 나오는 위험성이 있고, 고온이나 저온 환경에서 성능이 급격히 떨어집니다. 리튬이온이나 리튬폴리머 배터리는 과충전이나 과방전시 불이나는 수준의 급격한 온도상승과 폭발현상이 발생할 수 있어 매우 위험한다. 그러나, 리튬인산철배터리는 과방전, 과충전시 폭발하지 않고(내부적으로만 손상됨), 강한 외부 충격이나 고온, 화재에도 폭발하거나 가스를 내뿜지 않습니다. 리튬인산철 배터리는 60~70도 정도의 환경에서 오히려 공칭용량보다 10% 정도 더 많은 에너지를 안정적으로 방전시킵니다. 현재까지 상용화된 배터리 중 가장 안전성이 우수한 배터리가 LiFePO4 배터리라고 할 수 있다.

에너지밀도가 높음

리튬인산철 배터리는 납산배터리, 니켈-카드뮬에 비해 무게당 에너지밀도가 2배가량 높고, 리튬이온배터리는 리튬인산철배터리보다 에너지밀도가 1.5배 더 높아 전기자동차용으로 니켈-수소전지를 대체하고 있으며, 설치/해체가 간단하여 적재 공간 절약 가능하다. 상용화된 배터리 중 가장 에너지밀도가 높은 배터리는 리튬이온 배터리이지만, 리튬인산철 배터리는 그만큼 에너지밀도가 높진 않지만, 수명이 3배 가까이 더 길고, 사용상 위험성이 없다는 장점이 있다.

 

실제 출력에너지 많음

100A 12V 납산배터리와 100A 12.8V 리튬인산철배터리를 비교하면, 납산배터리는 완충 후 배터리 손상이 안가는 정도까지(12.0V까지) 방전 시 출력되는 에너지가 600Wh 정도이다. 리튬인산철배터리는 1050Wh 정도로 거의 두배 가량 많으며, 9V까지 내려가도 배터리가 손상되지 않으며, 이때까지 출력시엔 1150Wh 정도를 사용할 수 있다. , 60kg 무게의 200A 딥사이클 납산배터리를 13kg 110A 리튬인산철 배터리로 대체해도 사용 가능한 전력은 동일한다.

 

낮은 자가방전율

납산 배터리는 월 5~20%의 자가방전이 되며, 리튬인산철배터리는 월 1%의 자가방전이 된다. , 납산배터리는 완충 후 6~12개월동안 재충전을 하지 않으면, 배터리가 자연 방전되어 영구적인 손상을 입지만, 리튬인산철 배터리는 1년간 충전 안 해도 85% 정도의 용량을 유지하고, 손상되지 않습니다. 그래서 ESS, UPS 사용 시 전기료 절감 효과가 크다.

 

높은 충방전 효율

납산배터리는 지속 방전시 배터리가 손상될 수 있지만, 순간 방전량은 많은 자동차 시동용 배터리와 순간 방전량이 적더라도 지속 방전이 가능한 딥사이클배터리로 제품이 구분되지만, 리튬인산철 배터리는 지속방전 특성과 순간방전능력 모두 납산배터리보다 훨씬 뛰어나다. 충방전 효율이 95% 이상으로 우수하여 충, 방전시 적은 전력을 소비하여 전기료 절감효과가 있음. 납축전지는 70% 정도의 충방전 효율로 20~30%의 전기료 절감효과 있다.

 

No Memory Effect

니켈전지에서 문제가 되는 메모리효과가 전혀 없고, 유지보수가 필요 없어서 관리 인력이 별도로 필요 없고, 배터리 활성화 장비도 필요 없다.

 

안정적인 작동전압

모든 배터리(납축전지, 니켈전지, 타 리튬전지)는 사용 중에 작동전압 강하가 심하게 나타나는데, 리튬 인산철은 전압강하가 아주 완만하여, 타 배터리 대비 가장 안정적인 작동성능을 나타낸다.

리듐인산철 배터리 종류(LiFePO4)

친환경 그린제품

, 황산, 니켈, 카드뮴 등의 유해 독성물질이 전혀 없는 친환경 제품이며, 환경보호에도 적합한 녹색상품으로 최근 들어 환경문제가 심각하게 대두되어 기존 납산 배터리의 대체가 필요하다.

 

중국의 리튬인산철 개발 및 적용

중국은 2000년대부터 리튬인산철(LiFePO4)을 개발하기 시작하여 중국에서 생산되는 전기자동차 시장에 저렴하고 안정성이 있는 리튬인산철 배터리를 대중적으로 적용하였다. 자동차 업계는 중국의 BYD와 체리자동차에 리튬인산철 배터리를 사용하고 있다. 최근의 2020년 중국의 테슬라는 중국 전기 자동차 시장에서 가격 경쟁력 확보 차원에서 리튬인산철을 테슬라 모델에 적용 할 계획을 세우고 있다. 이와 더불어 중국에서 가장 많이 쓰이는 리튬이온 배터리는 전기스쿠터이다. 중국산 전기스쿠터는 대부분 리튬이온 배터리를 채택하고 있다.

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6. 가상엔진 사운드 시스템(VESS, Virtual Engine Sound System) [자동차 용어: 전기 자동차, 플러그 인 하이브리드 자동차]

일반적으로 하이브리드(Hybrid Vehicle) 차량이나 플러그 인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid electric Vehicle)의 경우에 전기 모터로 단독 구동시에 엔진음이 전혀 들리지 않는 경우에는 전방의 보행자나 주위의 운전자가 자신의 차량의 접근을 인지하지 못하는 경우가 있다. 

이럴 때 보행자에 게 차량접근을 인식시켜 주기 위한 안전 장치로 모터 주행 시 엔진 작동음이 발생되지 않는 경우에 가상의 엔진 작동음을 발생시킨다.



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5. 자동차 전기 42V 시스템은 왜 필요한가?

자동차 학습/전기자동차 2015. 12. 14. 22:01 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

자동차 전기 42V 시스템은 왜 필요한가?

차량용 42V 전원 시스템은 늘어나는 차량 내 전기 용량으로 인해 기존 14V의 전원으로는 부족하여, 고효율 고용량의 발전시스템을 구축한 시스템이다. 42V 전원 체계는 신호 대기나 정차 시 엔진 정지와 가속 혹은 오르막길에는 모터를 이용하여 엔진 출력을 지원함으로써 연료 소모량 감소와 더불어 매연을 줄이는 장점도 있다.

자동차 42V(High Voltage)전원 시스템의 장점

□ 전류를 감소 시킬 수 있다

- 전체 시스템의 효율 증대

- Wiring 시스템의 크기와 무게 감소

- 자동차용 반도체 가격과 크기를 감소 시킬 수 있다.

□ 새로운 전장 시스템의 도입이 가능하다

- 전자기계 밸브(electromechanical valves), 전자 서스펜션(electro active suspension)

- 통합 starter-generator, 전자 브레이크 및 스티어링(electric brakes and steering)

- 전자 열 촉매기(electrically heated catalysts)

□ 기타 적용 부품

- 열선 시트(Heated seat)

- 연료펌프의 크기 및 size 축소 가능

- 모바일 멀티미디어



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친환경 전기 자동차(Electric vehicle: EV)의 구성과 주요 부품 소개

전기 자동차(Electric vehicle: EV) 정의

전기자동차(Electric vehicle: EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차이다.


전기 자동차(Electric vehicle: EV)의 역사

가솔린 자동차가 출현되기 훨씬 이전인 1873년 영국의 R. Davidson에 의해 최초로 제작되었으나 1차 세계대전 후 정유 산업의 발달과 내연 기의 기술적 진보에 따라 자취를 감추게 되었다. 80년대에 들어서 자동차 배출가스에 의한 공해문제가 대두되면서 그 해법으로 전기자동차의 사용이 제시되었으나 축전지 기술부족으로 상용화가 미루어져 왔다. 그러나 전자 산업의 발달에 따른 2차 전지의 용량 및 안전성 개선으로 1990년 이 후 급격한 상용화가 이루어 지게 되었다.


전기 자동차 주요 부품 

전기 자동차(Electric vehicle: EV)의 주요 부품은 전지, 모터, 인버터/컨버터, 회생제동장치, 전지 시스템(BMS) 등이 있습니다. 먼저는 전지는 재충전이 가능한 2차 전지를 이용하며, 전기 자동차에 가장 중요한 부품이다. 모터는 전지를 통해 구동력을 발생시킨다. 인터버/컨버터는 직류와 교류를 변환시키는 역할을 한다. 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 전지의 충전, 방전을 조절하고 보호하는 역할을 하며 전지를 성능을 종합적으로 관리하는 역할을 합니다.


그림1. 전기자동차 주요 부품

모터

모터의 종류에는 직류모터와 교류 모터가 있으며, 축전지로부터 전원을 공급 받아 자동차를 구동하는 역할을 합니다. 교류모터는 브러시가 필요 없으나 교류의 타이밍을 모토로 얻고 싶은 토크와 회전수를 맞춰 조정하기가 어려워 효율은 낮습니다. 최근에는 회전자와 고정의 위치 관계를 정확하게 알아서 교류 전류를 흘리는 방식이 개발되어 브러시 없는 직류모터와 같은 성능을 낼 수 있다. 모터에 부과되는 전압은 회전수와 전류 모든 관계가 있습니다. 전기 자동차로 평지 주행 시 속도를 높이려면 전압을 올리면 되고 오르막길에서 같은 속도로 달리고 싶으면 전압을 올리고 회전수를 유지한 채 전류를 증가시키면 됩니다. 요즘에는 브러시리스 DC 모터(BLDC)라고 불리는 유도식 교류모터가 많이 사용하기도 합니다.

전지

전지는 주행 시 잔여 전력량을 표시 주는 기능이 중요한데, 일반적으로 전지액의 비중이나 전압을 측정하여 전력량을 표시합니다. 그러나 전지 중에는 주위 온도에 따란 남아 있는 전력량을 변화하는 것도 있어 계기판에 표시하는 것이 어려운 기술적 과제입니다.

DC/AC Converter

인버터는 컨버터와 같은 작용을 하면서 직류를 교류로 변환시키는 기능입니다. 직류를 교류로 만들기 위해 변조기를 사용합니다. 이로 인해 인버터는 컨버터에 비해 구조가 복잡합니다.

모터 제어기

엑셀 페달 조작량과 속도를 검출하여 운전자가 의도한 구동 토크 변화를 가져 올 수 있도록 차속이나 부하 등의 조건에 따라 모터의 토크 및 회전속도를 제어합니다. 직류모터는 전류의 크기를 제어하며, 교류모터는 진폭이나 주파수/위상을 바꾸어서 자동차의 주행 조건을 변경합니다.

회생제동 장치

전기 자동차의 에너지를 절감시키는 가장 중요한 핵심 기술 중의 하나이다. 전기 자동차 모터는 발전기와 구조가 같아 전류를 흘리면 회전하고 반대로 밖에서 힘을 걸어 회전시키면 발전기 되는 원리입니다. 자동차 감속 시 제동할 때 그 힘으로 모터를 회전시켜 전기를 발전시켜 축전지로 보내는 장치를 만들면 전기소모량이 많이 절감할 수 있습니다. 전기 자동차에 쓰이는 모터들은 저속에서 고속까지 무단으로 부드럽게 변환시킬 수 있으므로 반드시 변속기와 감속기가 필요하지는 않습니다.


그림2. 전기자동차 구조

그러면 전기자동차 Electric vehicle: EV)의 요소 기술에 대하여 알아 보기로 하겠습니다.

전기자동차(Electric vehicle: EV) 요소기술

1) 전지 기술

가) 전기자동차의 가장 핵심기술은 성능이 우수한 축전지의 개발이다. 물론 구동장치나 제어 장치 및 경량화를 위한 재료개발이 필요합니다.

나) 축전지 성능향상에 영향을 주는 주요인자로는

  ① 에너지 밀도 → 자동차 운행거리 결정

  ② 출력 → 가속력, 최고속도 결정이 있으며 이외에도 안정성, 수명, 충전용이성, 충전효율, 충전시간, 저온 성능등 다양한 요구를 만족하여야 한다.

2) 모터/제어기술

  모터/제어기술도 점점 발달하여 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있습니다. 모터/제어계통의 주요 과제로서 최근 개발상황은 다음과 같습니다.

가) 고출력화

 DC모터를 AC모터로 변환함에 따라 출력과 EV의 동력성능(가속성능, 최고속도)이 크게 향상되어 내연 기관 자동차에 비하여 동일한  수준에 도달하였다.

나) 경량•소형화

  고출력화를 추진하면서 고회전화(~10,000rpm이상)함에 따라 모터가 경량•소형화되어 탑재중량이나 용적도 크게 감소하였다. 최근에는 1kW/kg의 출력 밀도를 초과하는 모터도 개발되고 있고, 모터와 동시에 감속기나 차동장치도 소형화되고 있습니다.

다) 고효율화

  효율이 높은 교류유도 모터에서 동기모터로 변환함으로써 저회전에서 고회전 영역까지 효율이 더욱 향상되었다. 동기 모터는 약한 계자제어에 의해 토크(torque) 특성이 향상되었고, 제어를 포함한 종합효율도 매우 높다.

라) 제어의 고속화/고효율화/소형화

  제어장치나 제어방법의 개발로 제어기술이 크게 발달하였다. 구체적으로는 파워소자인 IGBT 개량, 인버터 개량, 고속마이크로 컴퓨터 사용 및 한 개 칩화, 냉각방법 개선, 제어방법 개선에 따른 고속화, 고효율화를 도모하면서 제어장치의 소형화를 실현하고 있습니다.

3) 기타 기술 개발

충전기로서는 주로 직류 전도방식과 교류 유도방식이 검토되고 있으며, 일본. 미국. 유럽 에서는 충전방식이나 형태, 통신방법 등의 표준화를 추진하고 있습니다. 충전장소는 주간의 보조충전용 충전스탠드와 야간의 각 가정이나 사업소에서의 주충전을 검토하고 있으며, 이에 대응한 충전기를 개발하고 있습니다. 그러나 인프라정비에는 아직 좀더 시간이 걸리기 때문에 자동차 업체에서는 자부담으로 자체충전기(차량탑제형 또는 고정설치형)를 개발하고 있습니다.


이상으로 전기 자동차의 주요 기술과 내용에 대하여 살펴 보았습니다. 전기 자동차의 다른 부분이 궁금하시면 아래 링크를 참조 바랍니다.


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3. 전기 자동차/하이브리드 자동차, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)

BMS(Battery Management System)은 전기 자동차(electric car) 혹은 하이브리드 전기 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)의 2차 전지의 전류, 전압, 온도 등의 여러 가지 요소를 측정하여 배터리의 충전, 방전 상태와 잔여량을 제어하는 것으로, 전기 자동차 및 하이브리드(Hybrid Electric vehicle)자동차 내 타 제어 시스템과 통신하며 전지가 최적의 동작 환경을 조성하도록 환경을 제어하는 2차 전지를 제어하는 시스템이다.



사진1. 모비스의 신개별 BMS(Batter Management System)시스템

전기 자동차의 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System) 주요 기능

1) 배터리를 이루는 개별 셀의 상태를 제어한다.

2) 비상시에는 배터리를 분리한다.

3) 통합된 배터리 내에 셀 매개 변수에 있는 뷸균형을 조정한다.

4) 배터리의 충전 정보 제공한다.

5) 배터리 상태에 대한 정보를 제공한다.

6) 드라이버 디스플레이 및 경보에 대한 정보를 제공한다.

7) 배터리의 사용 가능 범위를 예측하고 알려 준다.(주행 가능 거리 등)

8) 통합된 배터리 셀의 충전을 위한 최적의 충전 알고리즘을 제공한다.

9) 개개의 셀을 충전이 가능한 접근 수단을 제공한다.

10) 챠량 주행 모드 변화에 대하여 대응한다.

또한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 단순히 배터리만 관리하기 보다는 차량의 주행 모드에 맞는 전기 및 모터 제어 시스템을 제공한다. 가속 제동, 공회전 여부, 차량 운행 모드(전기차 모드, 하이브리드 모드)에 맞추어 배터리 성능을 조절한다.

전기자동차에 좀 더 자세한 자료를 보고 싶으면 아래 링크를 참조 바랍니다.

감사합니다.


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

2015/11/11 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 3. 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Car)가 연비가 좋은 이유

2015/10/20 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 2. 하이브리드 자동차(Hybrid Car) 시스템의 주요 구성 부품 소개 [자동차 전문용어: 하이브리드 자동차]

2015/10/19 - [자동차 학습/하이브리드 자동차/PHEV] - 1. 하이 브리드 자동차(Hybrid Car)의 종류와 장단점 [자동차 전문용어: 하이브리드 자동차]






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2. 엘론 머스크(Elon Musk)가 개발한 전기 자동차 테슬라 모터(Tesla Motors) 모델 X(Model X) 소개

오늘은 여러분이 너무 잘 아시고, 최근의 엘론 머스크의 전기로서 잘 알려진 모델인 테슬라 모터(Tesla Motors)의 3번째 모델인 모델X에 대하여 소개하기로 한다. 


7인승 SUV 모델 X

일단 모델 X는 현재 가장 성장하는 세그먼트인 SUV 시장을 공략하기 위한 전략적 모델이다. 최초의 테슬라 모터의 모델이 로드스터(2인용 쿠페)이고 다음이 4DR 세단인 모델 S이다. 모델 S의 성공에 힘입어 SUV 모델까지 출시하게 되었다. 일단 모델 X의 제원 특징 중에 가장 눈에 띠는 부분은 7인승이라는 점이다. 기존의 전기 자동차 주로 2인승이나 4인승 세단 시장을 공략했다면 SUV라는 좀 더 대중적인 전기 자동차 시장까지 들어 왔다. 당연히 패키지 레이아웃을 2인승에서 4인승 이제는 7인승까지 확대 하였다. 


사진1. 테슬라 모터(Tesla Motors) 모델 X


세상에서 가장 안전한 전기자동차 모델 X

엘론 머스크(Elon Musk) 주장에 의하면 자체 테스트 결과를 토대로 모델 X가 미국 도로교통안전국(NHTSA) 충돌테스트에서 모든 부문에 걸쳐 만점인 '별 다섯 개'를 받을 것이라고 자신했다. '도로 위를 달리는 자동차 중 가장 안전한 자동차 중 하나'라고 주장하였다. 머스크는 차체 하부에 장착된 배터리 덕분에 무게중심이 낮아져 전복 가능성이 크게 낮아졌고, 차체 전면에 무겁고 큰 엔진이 존재하지 않기 때문에 충돌 시 엔진으로 인해 탑승자가 상해를 입을 가능성도 낮아졌다는 점 등을 그 근거로 들었다. 하지만 충돌 결과는 미국 도로 교통 안전국의 충돌 테스트 결과를 두고 봐야 할 것 같다. 필자 생각은 안전에 대해서는 유보적인 입장이다.


협소한 주차에 공간에서 승객의 승하차가 편리한 펠컨 도어(Falcon Door) 적용

머스크는 발표회에서 (옆이 아니라) 위로 열리는 이 뒷좌석 도어를 설명하며 좁은 공간에서도 쉽게 타고 내릴 수 있다는 점을 강조했다. 특히 3열 시트 승객들이 더 편리하게 승하차를 할 수 있다는 것. 2열 시트를 굳이 힘들게 접을 필요도 없다. '버튼' 하나만 누르면 6~7초 만에 자동으로 2열 시트가 움직여 맨 뒷좌석 탑승 승객의 승하차를 돕는다. 옆 차나 장애물에 문이 부딪힐 것을 걱정할 필요도 없다. 양쪽 문에 각각 탑재돼 2~4인치(약 5~10센티미터) 크기의 물체까지 인식할 수 있는 '울트라소닉 센서'가 장애물을 감지해 펠컨 도어의 열리는 각도를 조절한다. 측면에 최소 12인치(약 30센티미터) 공간만 확보되면 문을 열고 닫을 수 있다. 장애물을 발견하면 바로 동작을 멈추는 기능도 포함됐다.


사진2. 모델 X 펠건 도어


2.2톤의 트레일러를 끌 수 있는 최초의 전기 자동차 SUV

액세서리를 이용해 캠핑 트레일러 같은 것들을 끌 수도 있다. 테슬라는 "모델 X는 5000파운드(약 2.2톤) 무게를 끌 수 있는 최초의 전기자동차"라고 밝혔다. 모델 X는 팔콘윙이 적용됐기 때문에 루프 레일이 없다. 이와 관련해 엘론 머스크는 테슬라가 디자인 한 화물 운반용 액세서리를 제안했다. 이 액세서리에는 4개의 자전거 또는 6개의 스키를 실을 수 있다.


사진3. 캠핑카를 연결한 모델 X 확장 패키지(출처: AP통신)


사진4. 스키 및 기타 아웃도어를 장착한 확장 패키지


계속 연기되는 모델 X의 출시 싯점

원래 모델 X는 2013년 생산 예정이었으나 내년(2106년)에나 가능 할 것 같다. 아무래도 완전 전기 자동차라 기술적인 검증과 양산성이 아직 해결 되지 않은 것 같다. 그럼에도 불구하고, 테슬라 모터 발표 의하면 가격은 옵션에 따라 최대 14만4000달러(약 1억7000만원)에 달할 것으로 보인다. 머스크는 이미 2만5000명 가량이 예약주문을 해놓은 상태이며, 지금 주문하면 8~12개월 뒤에 차를 인수할 수 있을 것이라고 전망했다.


모델 X 배터리 및 모터 서능

테슬라 모델 X는 총 2개의 전기모터가 탑재된다. 각 모터의 최대 출력은 65kWh, 85kWh이다. 모델 X는 테슬라의 여느 전기차와 마찬가지로 거대한 패터리팩이 차체 밑바닥에 깔렸다. 배터리의 용량은 90kWh로 모델 X 90D는 최대 414km, 모델 X P90D는 최대 403km까지 달릴 수 있다. 공차중량은 2468kg이다. 전기차의 배터리 및 전기모터 냉각은 가솔린 및 디젤 엔진의 냉각만큼이나 중요하다. 테슬라는 파나소닉에서 배터리셀을 공급받고 이를 패키징했다. 이탈리아의 쿨링 팬 제조업체인 ‘스팔 오토모티브(Spal Automotive)’가 배터리 쿨링 팬을 공급했다. 미국의 쿨링 시스템 제조업체인 ‘모딘(Modine)’이 배터리 쿨링 시스템과 쿨링 모듈을 제작했고, 독일의 ‘프랑크쉬 인더스트리얼 파이프(Frankische Industrial Pipes )’가 쿨링 시스템에 필요한 케이블을 공급했다..


모델 X의 두 가지 사양 및 성능

고성능 모델과 일반 모델 등 두 종류로 출시되는 '모델 X'의 주요 사양은 아래와 같다.

P90D (Performance All-Wheel Drive): 고성능 4륜 구동

1회 충전 주행거리 : 250마일(약 402킬로미터)

0-60 mph(약 96 km/h) : 3.8초/ 3.2초 (Ludicrous Speed Upgrade)

전륜 259마력, 후륜 503마력 모터

최고속도 : 155mph(약 249km/h)


90D (All-Wheel Drive) : 4륜 일반 모델

1회 충전 주행거리 : 257마일(약 413킬로미터)

0-60 mph(약 96 km/h) : 4.8초

전/후륜 259마력 모터

최고속도 : 155mph(약 249km/h)


이상으로 현존하는 가장 하이엔드 전기 자동차 테슬라 모터(Tesla Motors) 모델 X를 소개하였습니다.

읽어 주셔서 감사합니다. 테슬라 모터의 경영자인 엘론 머스크(Elon Musk)에 대하여 궁금하시면 아래 링크 자료를 참조 바랍니다.


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1. 전기 자동차의 종류 [자동차 전문 용어: 전기자동차]

자동차 학습/전기자동차 2015. 10. 25. 21:24 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

1. 전기 자동차의 종류 [자동차 전문 용어: 전기자동차]

전기 자동차는 현재까지 여러 종류가 있으나, 순수 전기 자동차는 높은 제조 원가로 완전한 대중화에 어려움을 겪고 있다. 그러면 전기 자동차의 종류를 대하여 살펴 보도록 하자.

1. 하이브리드 전기 자동차(Hybrid EV, HEV)

보통 하이브리드 자동차라고도 하면 토요타의 프리우스가  가장 대중화 된 자동차이다. 가격과 연비에서 압도적인 성능을 보이고 있다.

동력으로 전기 모터와 내연기관을 동시에 쓰는 자동차이다. 전기화 정도에 따라 직렬 히이브리드와 병렬 하이브리드 방식이 있다.

1) 직렬 하이브리드 시스템(Series Hybrid System)

엔진으로 발전기를 구동하고 그 전력으로 모터를 구동한다.

2) 병렬 하이브리드 시스템(Parallel Hybrid System)

엔진과 모터로 어시스트 하여 엔진의 부담을 경감시킨 시스템

2. 플러그인 HEV(Plug-in Hybrid EV, PHEV)

2015년 현재 국내 자동차 시장에 막 보급이 시작된 자동차로 동력은 전기만 쓰지만 충전에 필요한 내연기관을 내장한 자동차를 지칭한다. 가정용 전기를 배터리에 충전해서 쓸 수 있는 하이브리드차를 말한다. 하루 주행거리가 50~60km 미만이라면 충전 전기로도 충분히 주행 가능하다.

3. 전기 자동차(Battery Electric Vehicle, BEV)

순수하기 전기를 동력원으로 하여 구동하는 자동차이다. 즉 엔진이 없고 전기 모터의 힘으로만 달린다. 현재 기술로서는 1회 충전시 약 200~300km의 주행 할 수 있다. 대표적으로 닛산의 리프가 현재까지 전 세계에서 10만 이상 판매하여 가장 보편적인 전기 자동차이다.


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