때와 장소가 맞아 중국 전기차 기업이 모두 점령됐다. 중국은 이제 세계 전기차 산업의 중심지가 된 것 같다.
실제로 독일에서는 장치에 충전 파일이 제공되지 않으면 직접 구매해야 할 수도 있습니다. 문앞에. 하지만 우리는 왜 이렇게 많은 우수한 독일 자동차 회사들이 테슬라를 만들지 못하는지에 대해 늘 논의해 왔고, 이제 그 이유를 찾는 것은 어렵지 않습니다.
2014년 뮌헨공대 리엔캄프 교수는 무료로 사회에 공개된 신간 '전기이동성 현황 2014'를 펴내며 "전기차에는 여러 가지 결함이 있지만 그런 자동차를 본 적이 없다"고 말했다. 이미 전기 이동성을 소유하고 있습니다. 자동차의 운전자, 다시 전통 자동차의 품에 안겨보세요. 가장 흔한 전기차라도 휘발유차와 비교할 수 없는 운전의 즐거움을 선사합니다.” 그런 차는 정말로 자동차 소유자가 갱신하지 못하게 만들 수 있습니다. 다시 전통적인 자동차의 품에 안기게 될까요?
다들 아시다시피 전기차의 핵심은 배터리입니다.
일반 전기 자동차의 경우 유럽 표준 테스트에 따르면 100km당 에너지 소비량은 약 17kWh, 즉 17kWh입니다. Thomas Pesce 박사는 최적의 구성에서 소형 차량의 에너지 소비를 연구했습니다. 비용을 고려하지 않으면 기존 기술을 활용해 얻은 100km당 최적 에너지 소비량은 15kWh를 약간 넘는 수준이다. 이는 단기적으로는 자동차 자체의 효율을 최적화하여 에너지 소비를 줄이려고 노력하더라도 추가 비용을 고려하지 않더라도 에너지 절약 효과가 상대적으로 작다는 것을 의미합니다.
Tesla의 85kWh 배터리 팩을 예로 들어 보겠습니다. 공칭 주행 거리는 500km이다. 다양한 노력을 통해 에너지 소비량을 15kWh/100km로 줄이면 주행거리는 560km까지 늘어날 수 있다. 따라서 자동차의 배터리 수명은 배터리 팩의 용량에 비례하며, 비례계수는 상대적으로 고정되어 있다고 할 수 있습니다. 이러한 관점에서 볼 때, 더 높은 에너지 밀도(단위 중량당 에너지 Wh/kg 및 단위 부피당 에너지 Wh/L를 모두 고려해야 함)를 갖는 배터리의 사용은 전기 자동차의 성능을 향상시키는 데 큰 의미가 있습니다. 전기차에서는 배터리가 전체 무게의 큰 부분을 차지한다.
모든 종류의 리튬 이온 배터리는 가장 기대되고 가장 널리 사용되는 배터리입니다. 자동차에 사용되는 리튬전지에는 주로 니켈코발트망간산리튬삼원전지(NCM), 니켈코발트리튬알루미네이트전지(NCA), 리튬인산철전지(LPF) 등이 있다.
1. 니켈코발트망간산리튬삼원전지 NCM열 발생률이 낮고, 안정성이 비교적 좋으며, 수명이 길고, 에너지 밀도가 150~220Wh/kg에 불과해 해외에서 많은 전기차에 사용되고 있다.
2. NCA 니켈-코발트 알루미네이트 리튬 배터리
Tesla는 이 배터리를 사용합니다. 에너지 밀도는 200~260Wh/kg으로 높으며, 곧 300Wh/kg에 도달할 것으로 예상된다. 가장 큰 문제는 이 배터리를 현재 파나소닉만이 생산할 수 있다는 점과 가격이 비싸고, 안전성이 리튬 배터리 3개 중 최악이라는 점이다. 이를 위해서는 고성능 방열과 배터리 관리 시스템이 필요하다.
3. LPF 리튬인산철 배터리 마지막으로 국내 전기차에 가장 많이 사용되는 LPF 배터리를 살펴보자. 이러한 유형의 배터리의 가장 큰 단점은 에너지 밀도가 100-120Wh/kg에 불과할 정도로 매우 낮다는 것입니다. 또한 LPF는 자체 방전율도 높습니다. EV 제조업체는 이 중 어느 것도 원하지 않습니다. 중국에서 LPF가 널리 채택되는 것은 고가의 배터리 관리 및 냉각 시스템에 대해 국내 제조업체가 타협한 것과 같습니다. LPF 배터리는 안정성과 안전성이 매우 높으며 배터리 관리 시스템이 좋지 않고 배터리 수명이 길어도 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다. 이 기능이 가져오는 또 다른 이점은 일부 LPF 배터리가 방전 전력 밀도가 매우 높아 차량 동적 성능을 향상시킬 수 있다는 것입니다. 또한, LPF 배터리의 가격이 상대적으로 저렴해 현재 국내 전기차의 중저가·저가 전략에 적합하다. 하지만 미래 배터리 기술로 본격화될지는 여전히 의문이다.
일반 전기 자동차의 배터리는 얼마나 커야 합니까? 수천 개의 Tesla 배터리가 직렬 및 병렬로 구성된 배터리 팩입니까, 아니면 BYD의 몇 개의 대형 배터리로 제작된 배터리 팩입니까? 이는 연구가 진행 중인 질문이며 현재 명확한 답변이 없습니다. 여기서는 대형 셀과 소형 셀로 구성된 배터리 팩의 특성만을 소개한다.
배터리가 작을 경우 배터리의 총 방열 면적은 상대적으로 커지며, 합리적인 방열 설계를 통해 전체 배터리 팩의 온도를 효과적으로 제어하여 고온이 가속 및 성능 저하를 방지할 수 있습니다. 배터리 수명. 일반적으로 단일 용량이 작은 배터리의 전력 및 에너지 밀도는 더 높습니다. 마지막으로 더 중요한 것은 일반적으로 단일 배터리의 에너지가 적을수록 전체 차량의 안전성이 높아진다는 것입니다. 다수의 작은 셀로 구성된 배터리 팩은 단일 셀이 고장나더라도 큰 문제를 일으키지 않습니다. 하지만 대용량 배터리 내부에 문제가 생기면 안전 위험은 훨씬 커진다. 따라서 대형 셀에는 더 많은 보호 장치가 필요하며, 이는 대형 셀로 구성된 배터리 팩의 에너지 밀도를 더욱 감소시킵니다.
그러나 Tesla의 솔루션을 사용하면 단점도 분명합니다. 수천 개의 배터리에는 매우 복잡한 배터리 관리 시스템이 필요하며 추가 비용은 과소평가할 수 없습니다. 폭스바겐 E-골프에 사용되는 BMS(배터리 관리 시스템)는 12개의 배터리를 관리할 수 있는 서브모듈로 가격은 17달러이다. 테슬라가 사용하는 배터리 개수 추정에 따르면, 자체 개발한 BMS의 원가가 낮더라도 테슬라가 BMS에 투자하는 비용은 5000달러 이상으로 전체 사업비의 5% 이상을 차지한다. 차량 전체. 이런 관점에서 볼 때, 큰 배터리가 좋지 않다고 말할 수는 없습니다. BMS의 가격이 크게 떨어지지 않은 경우에는 차량의 위치에 따라 배터리팩의 크기를 결정해야 한다.
전기차의 또 다른 핵심 기술로 모터는 종종 화제의 핵심이 되기도 하는데, 특히 스포츠카 성능을 갖춘 테슬라의 수박 크기 모터는 더욱 놀랍다. 토크는 600Nm이고 피크 출력은 고속 EMU의 단일 모터 출력에 가깝습니다. 독일 자동차 산업의 일부 연구자들은 다음과 같이 논평했습니다.
Tesla는 기존 부품(알루미늄 본체,추진용 비동기 모터, 공기를 이용한 기존 섀시 기술서스펜션, ESP 및 전기 진공 펌프가 포함된 기존 브레이크 시스템, 노트북 셀 등)
Tesla는 알루미늄 차체, 비동기 모터, 기존 자동차 구조, 브레이크 시스템 및 노트북 배터리 등 모든 기존 부품을 사용합니다.
유일한 진정한 혁신은 배터리를 연결하는 기술에 있습니다.Tesla가 특허를 취득한 본딩 와이어를 사용하는 셀과 배터리"공중"으로 플래시할 수 있는 관리 시스템입니다.차량은 더 이상 소프트웨어 업데이트를 받기 위해 작업장으로 운전할 필요가 없습니다.
Tesla의 유일한 천재적인 발명품은 배터리를 다루는 것입니다. 특수 배터리 케이블과 소프트웨어를 업데이트하기 위해 공장으로 돌아갈 필요 없이 직접 무선 네트워킹을 가능하게 하는 BMS를 사용합니다.
사실 Tesla의 고출력 밀도 비동기 모터는 그리 새로운 것은 아닙니다. 테슬라의 초기 로드스터 모델에는 대만 토미타 일렉트릭(Tomita Electric)의 제품이 사용됐으며, 파라미터는 모델S가 발표한 파라미터와 크게 다르지 않다. 현재 연구에서는 국내외 학자들이 저비용, 고출력을 위한 설계를 갖고 있다. 신속하게 생산에 투입할 수 있는 모터. 따라서 이 분야를 볼 때 신화적인 Tesla를 피하십시오. Tesla의 모터는 충분히 훌륭하지만 다른 사람이 만들 수 없을 만큼 좋지는 않습니다.
많은 모터 유형 중에서 전기 자동차에 일반적으로 사용되는 모터는 주로 비동기 모터(유도 모터라고도 함), 외부 여자 동기 모터, 영구 자석 동기 모터 및 하이브리드 동기 모터입니다. 처음 세 개의 모터가 전기 자동차에 대한 지식을 가지고 있다고 믿는 사람들은 몇 가지 기본 개념을 가지고 있을 것입니다. 비동기식 모터는 저비용과 높은 신뢰성을 갖고 있으며, 영구자석 동기모터는 높은 전력밀도와 효율, 소형이지만 가격이 비싸고 복잡한 고속 구간 제어가 가능합니다. .
하이브리드 동기 모터에 대해 많이 들어보셨을 수도 있지만 최근에는 유럽의 많은 모터 공급업체에서 이러한 모터를 제공하기 시작했습니다. 출력밀도와 효율이 매우 높고, 과부하 용량도 강하지만 제어가 어렵지 않아 전기차에 매우 적합하다.
이 모터에는 특별한 것이 없습니다. 영구 자석 동기 모터와 비교하여 영구 자석 외에도 회전자는 기존 동기 모터와 유사한 여자 권선을 추가합니다. 이러한 모터는 영구 자석이 가져오는 높은 전력 밀도를 가질 뿐만 아니라 각 속도 구간에서 쉽게 제어할 수 있는 여자 권선을 통해 필요에 따라 자기장을 조정할 수 있습니다. 대표적인 예가 스위스 BRUSA에서 생산하는 HSM1 시리즈 모터입니다. HSM1-10.18.22 특성 곡선은 아래 그림과 같습니다. 최대 출력은 220kW, 최대 토크는 460Nm이지만 부피는 24L(직경 30cm, 길이 34cm)에 불과하고 무게는 약 76kg이다. 출력 밀도와 토크 밀도는 기본적으로 Tesla 제품과 비슷합니다. 물론 가격은 저렴하지 않습니다. 이 모터에는 주파수 변환기가 장착되어 있으며 가격은 약 11,000유로입니다.
전기차 수요에 대해서는 모터 기술 축적이 충분히 성숙됐다. 현재 부족한 것은 전기자동차 전용으로 설계된 모터이지, 그런 모터를 만드는 기술이 아니다. 시장의 점진적인 성숙과 발전에 따라 출력 밀도가 높은 모터가 점점 더 대중화되고 가격도 점점 더 대중에게 가까워질 것으로 믿어집니다.
전기자동차에 대한 수요에 대해서는 현재 전기자동차용으로 특별히 설계된 모터가 부족할 뿐입니다. 시장의 점진적인 성숙과 발전에 따라 출력 밀도가 높은 모터가 점점 더 대중화되고 가격도 점점 더 대중에게 가까워질 것으로 믿어집니다.
전기차 연구는 본질로 돌아가야 한다. 전기자동차의 본질은 이동형 기술 연구소가 아닌 안전하고 저렴한 교통수단이며 반드시 가장 진보되고 유행하는 기술을 사용할 필요는 없습니다. 최종 분석에서는 지역의 요구에 따라 계획하고 설계해야 합니다.
Tesla의 등장은 사람들에게 미래는 전기 자동차에 속해야 한다는 점을 보여주었습니다. 미래의 전기차는 어떤 모습일지, 앞으로 중국이 전기차 산업에서 어떤 위치를 차지하게 될지는 아직 알 수 없다. 이것이 산업노동의 매력이기도 합니다. 자연과학과 달리 사회과학의 법칙이 가리키는 필연적인 결과라도 인간은 고된 탐색과 노력을 통해 그것을 성취해야 합니다!
(저자: 뮌헨공과대학 전기자동차공학 박사과정생)
게시 시간: 2022년 3월 24일