전기자동차 동력원 및 축전지 기술

본 내용은 " 전기자동차전기 ) 1. 하이브리드 자동차이 구조적 분류한 후 동력전달 구조에 대하여 설명하시오. 2. 자동차 동력원으로서의 연료전지의 장, 단점을 기술하시오. 3. 연료전지의 수명 판정 기준에 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.14

문서 내 토픽

• 1. 하이브리드 자동차의 구조적 분류 및 동력전달

  하이브리드 자동차는 내연기관과 전동기의 결합 형태에 따라 직렬-하이브리드, 병렬-하이브리드, 동력 분기 하이브리드로 분류된다. 직렬-하이브리드는 내연기관이 발전기를 구동하여 전기를 생산하고 이를 전동기에 공급한다. 병렬-하이브리드는 내연기관과 전동기가 차륜에 직접 연결되며 클러치로 분리 가능하다. 동력 분기 하이브리드는 기계적 경로와 전기적 경로를 통해 동력을 전달한다. 각 방식은 시내 주행에서 에너지 절감 효과가 크지만 고속 주행에서는 연료 소비율이 높다.

• 2. 연료전지의 장단점

  연료전지의 장점은 소음 수준이 낮고 효율이 높으며 부분부하 효율이 특히 우수하고 유해물질 배출이 거의 없으며 가동 부품이 없다는 점이다. 단점으로는 백금 등 촉매 금속의 가격이 비싸고 수소 저장 및 충전 장치가 복잡하며 비용이 높다. 이동식의 경우 수명이 짧고 비출력이 작으며 출력 밀도가 낮아 큰 설치공간이 필요하다. 전부하 효율이 불량하고 극저온 환경에서 친화성이 제한적이다.

• 3. 연료전지의 수명 판정 기준

  연료전지의 수명은 시간당 열화 백분율을 측정하여 판정한다. 점진적으로 감소하는 전압 비율을 mV/1000h로 표시한다. 예를 들어 정격 10kW인 연료전지의 경우 10kW의 출력을 공급하지 못하게 되는 시점까지가 수명이 된다. 이는 연료전지의 성능 저하를 정량적으로 평가하는 중요한 지표이다.

• 4. 리튬-이온 축전지의 특성

  리튬-이온 축전지는 Ni-MH 축전지와 납 축전지에 비해 비에너지, 비출력, 셀 전압, 사이클 수명에서 우위에 있다. 전극 재료 혼합과 전극쌍 연결이 다양하여 성능과 특성값이 다양하다. 하이브리드 및 전기자동차의 구동 축전지로 적합하나 가격이 비싸고 대전류 친화성, 화재 위험 등 안전 문제가 있다. 리튬 매장량 제한으로 인해 제품 가격이 높은 단점이 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 하이브리드 자동차의 구조적 분류 및 동력전달

  하이브리드 자동차는 현대 자동차 산업에서 중요한 과도기 기술로서 의미가 있습니다. 직렬식, 병렬식, 직병렬식 등의 구조적 분류는 각각의 장단점을 가지고 있으며, 동력전달 방식에 따라 연비 효율성과 성능이 크게 달라집니다. 특히 병렬식 하이브리드는 기존 자동차 플랫폼에 적용하기 용이하고, 직렬식은 전기모터의 효율성을 극대화할 수 있다는 점에서 각각의 가치가 있습니다. 다만 구조의 복잡성으로 인한 유지보수 비용 증가와 배터리 기술의 발전에 따라 순수 전기차로의 전환이 가속화되고 있어, 하이브리드 기술의 미래는 신중하게 평가해야 합니다.

• 2. 연료전지의 장단점

  연료전지는 청정 에너지 기술로서 높은 에너지 효율성과 환경친화성을 제공합니다. 주요 장점으로는 배출물이 물뿐이며, 소음이 적고, 충전 시간이 빠르다는 점이 있습니다. 그러나 수소 생산, 저장, 운송 인프라의 부재가 가장 큰 단점입니다. 또한 연료전지 스택의 높은 제조 비용, 내구성 문제, 그리고 현재의 수소 대부분이 화석연료에서 생산된다는 점도 고려해야 합니다. 장기적으로는 재생에너지 기반 수소 생산 기술 발전과 인프라 구축이 이루어진다면 매우 유망한 기술이 될 수 있을 것으로 판단됩니다.

• 3. 연료전지의 수명 판정 기준

  연료전지의 수명 판정은 출력 감소율, 전압 강하, 그리고 누적 작동 시간 등 다양한 지표를 종합적으로 고려해야 합니다. 일반적으로 초기 출력의 80% 이하로 감소하는 시점을 수명 종료로 판정하는 것이 업계 표준입니다. 그러나 연료전지의 성능 저하는 운전 조건, 온도, 습도, 그리고 수소 순도 등 다양한 환경 요인에 영향을 받으므로, 단순한 시간 기준만으로는 부족합니다. 따라서 실시간 모니터링 시스템과 예측 유지보수 기술의 개발이 중요하며, 이를 통해 연료전지의 신뢰성과 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 기대됩니다.

• 4. 리튬-이온 축전지의 특성

  리튬-이온 축전지는 현대 전자기기와 전기차의 핵심 기술로서 높은 에너지 밀도, 긴 수명, 그리고 빠른 충방전 특성을 가지고 있습니다. 무메모리 효과와 낮은 자방전율은 사용자 편의성을 크게 향상시켰습니다. 그러나 열 관리의 어려움, 과충전 시 화재 위험, 그리고 환경 오염 문제는 여전히 해결해야 할 과제입니다. 또한 코발트, 니켈 등 희귀 광물 채굴의 윤리적 문제와 재활용 기술의 미흡함도 지적됩니다. 향후 고에너지 밀도, 빠른 충전, 향상된 안전성을 갖춘 차세대 배터리 기술 개발이 필수적이며, 동시에 순환 경제 체계 구축이 중요합니다.