연료 전지 자동차의 핵심 기술
전기 자동차의 핵심 에너지 동력 기술로는 배터리 기술, 모터 기술, 컨트롤러 기술이 있습니다. 배터리 기술, 모터 기술 및 컨트롤러 기술은 전기 자동차 고유의 기술이며, 이 세 가지 기술은 전기 자동차의 대규모 시장 진입을 제한하는 핵심 요소이기도 합니다. 배터리는 전기 자동차의 동력 원천이자 전기 자동차의 발전을 제약해 온 핵심 요소이기도 하다. 전기자동차용 배터리의 주요 성능 지표는 비에너지 (E), 에너지 밀도 (Ed), 비동력 (P), 주기 수명 (L), 비용 (C) 등이다. 전기자동차가 연료차와 경쟁할 수 있도록 하기 위해서는 에너지보다 높고, 전력보다 크고, 수명이 긴 효율적인 배터리를 개발하는 것이 관건이다. < P > 전기자동차용 배터리는 3 세대의 발전을 거쳐 이미 파격적인 진전을 이루었다. < P > 1 세대는 납산 배터리로 현재 주로 밸브 제어 납산 배터리 (VRLA) 로, 에너지보다 높고, 가격이 낮고, 고배율 방전이 가능하기 때문에 현재 대량으로 생산할 수 있는 유일한 전기자동차 배터리다. < P > 2 세대는 알칼리성 배터리로 주로 니켈 카드뮴, 니켈 수소, 나트륨 황, 리튬 이온, 리튬 폴리머 등 다양한 배터리를 갖추고 있어 에너지와 전력보다 납산 배터리보다 높기 때문에 전기자동차의 동력 성능과 속주행 거리가 크게 향상되었지만 가격은 납산 배터리보다 높다. < P > 3 세대는 연료 전지 위주의 배터리로, 연료 전지는 연료의 화학에너지를 전기로 직접 변환하고, 에너지 변환 효율이 높고, 에너지와 전력보다 높으며, 반응 과정을 제어할 수 있고, 에너지 변환 과정을 지속적으로 진행할 수 있어 이상적인 자동차 배터리로 개발 단계에 있으며, 일부 핵심 기술은 아직 돌파해야 한다. < P > 전기자동차에 널리 사용되는 연료전지는 양성자 교환막이라는 연료전지 (PEMFC) 로, 순수소를 연료로, 공기를 산화제로 사용하며, 열기과정을 거치지 않고 열순환에 구애받지 않기 때문에 에너지의 변환 효율이 일반 내연 기관의 열효율보다 2 ~ 3 배 높다. 또한 소음, 오염 없음, 수명, 시동 속도, 전력보다 크고 출력 전력이 언제든지 조정될 수 있는 기능을 갖추고 있어 PEMFC 는 교통수단의 동력원으로 사용하기에 매우 적합합니다. 미국과 캐나다는 연료전지 개발과 시범의 주요 지역으로, 미국 에너지부 (DOE), 교통부 (DOT), 환경보호국 (EPA) 등 정부 부처의 지원을 받아 연료전지 기술이 크게 발전했다. 제너럴모터스, 포드 자동차, 도요타, 다임러 벤츠, 닛산, 현대 미국의 UTC (연합기술회사), 캐나다의 발라드 등 국제적으로 유명한 연료전지 개발 및 제조업체인 미국 제너럴모터스 (American Driveway) 가 27 년 가을에 시작한 Project Driveway 프로그램을 육성해 시보레 Equinox 연료전지 자동차 1 대를 소비자에게 투입해 29 년 총 마일리지가 16 만 km 에 달했다. 같은 해 제너럴모터스 (WHO) 는 새로운 세대의 수소 연료 전지 시스템 개발을 발표했습니다. 새로운 시스템은 시보레 Equinox 연료 전지차의 연료 전지 시스템에 비해 차세대 수소 연료 전지 부피가 절반으로 줄어들고 품질이 1 kg 감소했으며 백금 사용량은 1/3 에 불과했습니다. 제너럴모터스 차세대 연료전지 자동차의 백금 사용량은 이미 3 g 로 떨어졌다. 현재 국제시장가격에 따르면 백금은 3~4 원 /g, 1 kW 연료전지의 백금 비용은 약 1 만 위안으로 연료 전지 비용이 크게 떨어졌다. 217 년까지 1 kW 연료 전지 엔진의 백금 사용량이 1~15 g 로 감소해 전통적인 휘발유 엔진 3 효과 촉매기의 백금 사용량 수준에 이를 것으로 예상된다.
미국은 26 년 National Fuel Cell City Bus Program (NFCBP) 을 전문적으로 출범시켜 광범위한 차량 개발 및 시범을 실시했다. 211 년 미국 연료전지 혼합동력공 * * * 자동차 미국은 연료전지 혼합동력 지게차 측에서도 대규모 시범을 펼쳤다. 211 년까지 미국에는 약 3 대의 연료전지 지게차가 있어 수명이 1 만 25h 에 달했다. 연료 전지 지게차는 실내 공간에서 사용되며 소음이 적고 제로 배출의 장점을 가지고 있다. 유럽의 연료전지버스 시범프로그램은 6 번 프레임 계획 (Framework Program, 22-26) 과 7 번 프레임 계획 (27-212) 을 완성하여 연료전지와 수소에너지 발전의 주요 기술적 어려움을 돌파하기 위해 Cute (Clean) 에서 유럽 청결도시교통) 및 유럽연합 기타 관련 프로젝트의 지원을 받아 각 도시에서 연료전지공 * * * 자동차 시범운행을 실시하고 있으며, 올해 새로운 프로그램인 Chic (Clean Hydrogen Ineuropean Cities, 유럽 청결도시교통) 이 실시되고 있습니다. 암스테르담, 바르셀로나, 함부르크, 런던, 룩셈부르크, 마드리드, 포르토, 스톡홀름, 슈투트가르트, 아이슬란드, 오스트레일리아 퍼스, 오스트레일리아 STEP 프로젝트 (Sustainable Transport Energy Program) 를 포함합니다. < P > 독일, 212 년 6 월, 주요 자동차 및 에너지 회사는 정부와 함께 광범위한 전국 수소 연료 충전 네트워크를 구축하고 개발 인센티브 프로그램을 지원하겠다고 약속했다. 215 년까지 전국에 5 개의 수소역을 건설하여 전국 5 대의 연료 전지 자동차에 수소화 서비스를 제공하였다. 다임러 벤츠는 211 년 연료 전지 자동차의 글로벌 투어 전시회를 벌여 연료 전지 승용차의 성능이 이미 전통 승용차의 성능에 도달했으며 산업화 보급 능력을 갖추고 있음을 검증했다. 다임러 그룹은' 하이 fleet: cute (23-29)' 프로젝트에 참여했다. 메르세데스-벤츠 Citaro 연료 전지 버스 36 대는 이미 2 개 교통사업자가 운영해 14 만 H 이상, 마일리지가 22 만 km 을 넘는다. 하지만 1 세대 순수 연료전지인 버스는 수명이 2,h 에 불과해 경제성이 떨어진다. 다임러 그룹과 29 년부터 2 세대 윤변 모터로 구동되는 연료 전지 버스를 출시했는데, 주요 성능은 국제 선진 수준에 이르렀고, 그 경제성은 크게 향상되었으며, 연료 전지의 내구성은 1 만 2 천 H 에 달했다. 독일 지멘스가 개발한 연료 배터리는 독일의 214 형 잠수함 (수소산소형) [11] 에 성공적으로 적용되었다. 27 년 독일 다임러 벤츠, 미국 포드 자동차 회사와 캐나다 발라드 (Ballard) 는 자동차 연료 배터리를 개발하고 보급하기 위해 AFCC (Automotive Fuel Cell Cooperation) 를 설립했다. 213 년 초 BMW 는 연료 전지 기술 1 위인 도요타 자동차와 합작하여 도요타가 BMW 에 연료 전지 기술을 제공하기로 했다. 전 세계적으로 일본과 한국의 연료 전지 R&D 수준이 세계 선두를 달리고 있다. 특히 도요타, 닛산, 현대자동차는 연료 전지 자동차의 내구성, 수명, 비용 면에서 미국과 유럽을 능가하고 있다. 도요타의 28 판 FCHV-Adv 는 실제 테스트에서-37 C 에서 순조롭게 시동을 걸었고, 1 회 수소화 마일리지는 83km, 단위 마일리지는 수소 소비량 .7 kg/(1 km) 로 휘발유 3L/(1 km) 에 해당했다. 도요타는 213 년 11 월' 제 43 회 도쿄 모터쇼 213' 에서 215 년 시장에 진출할 예정인 연료전지 컨셉트카를 전시했고, 기술의 핵심인 연료전지팀은 현재 당시 공개된 세계 최고 3 kW/L 전력밀도를 실현하고 있다. 이 연료 전지팀은 가습 모듈을 제거하여 비용, 차 품질, 부피를 낮출 뿐만 아니라 연료 전지의 열용량을 줄여 저온 조건에서 연료 전지를 빠르게 냉각시키는 데 도움이 된다. 그림 5 에는 도요타의 FCHV-Adv 가 나와 있습니다. < P > 현재 도요타 자동차는 하이브리드 자동차를 확대하는 동시에 연료 전지 자동차 산업화에 중점을 두고 215 년 차세대 연료 전지 승용차를 투입해 대량 생산을 진행할 예정이다. 216 년 차세대 연료 전지 버스를 생산하다. 도요타 자동차와 마찬가지로, 닛산 자동차도 연료전지 원자로와 승용차 개발에 막대한 투자를 했고, 211 년 닛산 연료전지 원자로, 전력 9 kW, 품질 43 kg, 212 년 닛산 자동차가 개발한 원자로의 전력 밀도는 2.5 kW/L 로 당시 국제 최고 수준 [14] 이었다. 또한 혼다가 새로 개발한 FCX Clarity 연료 전지 자동차는-3 C 에서 순조롭게 가동되어 마일리지가 62 km[15] 에 달했고, 214 년에는 혼다가 발표한 차세대 연료 전지 스택 전력 밀도도 3 kW/L 에 달했다. 한국현대는 22 년부터 연료전지 자동차 개발을 시작했고, 25 년 바라드를 활용한 원자로는 스포츠 다목적 차량 32 대 (SUV) 를 조립하고, 26 년 자체 개발한 1 세대 원자로를 출시하며 SUV 3 대, 버스 4 대를 조립하고 시범운행을 진행했다 29-212 년 2 세대 원자로를 개발하고 1 대의 SUV 를 조립하며 국내에서 시범과 테스트를 시작하고 원자로 성능을 개선했습니다. 212 년 3 세대 연료전지 SUV 와 버스가 출시돼 글로벌 시범이 시작됐다. 213 년 한국현대는 2 년 앞당겨 천대급 연료전지 SUV (ix35) 생산을 앞당겨 세계 최초로 연료전지 천대급 소규모 생산 단계에 들어설 것이라고 발표했다. 이 SUV 는 1 kW 연료전지, 24 kW 리튬 이온 배터리, 1 kW 모터, 7 MPa 수소병을 사용하여 5.6 kg 수소를 저장할 수 있으며, 새로운 유럽 주행주기 (New European Drive Cycle, NEDC) 순환공사 속주행 마일리지 588 km, 최고 속도 16km 중국 국가' 863' 하이테크놀로지 프로젝트,' 15 계획' 의 전기자동차 중대 기술전문과' 11 5 계획' 에너지 절약 및 신에너지 자동차 중대 프로젝트의 지원을 통해 산학연 공동 연구개발팀의 고투를 통해 중국의 연료전지 자동차 기술 연구개발에 중대한 진전을 이루며 차량, 동력 시스템, 핵심 부품의 핵심 기술을 초보적으로 파악했습니다. 자체 지적 재산권을 지닌 연료 전지 승용차와 연료 전지 도시 버스 동력 시스템 기술 플랫폼을 기본적으로 구축했으며, 연료 전지 엔진, 동력 배터리, DC/DC 변환기, 구동 모터, 수소 공급 시스템 등 주요 구성 요소의 연구 개발 체계를 초보적으로 형성하여 1 대의 동력시스템과 차량 생산 능력을 실현하였다. 중국 연료전지자동차는 상업화 시범 운영 심사와 적용 단계에 있으며 베이징 올림픽 연료전지 자동차 규모 시범, 상하이 엑스포 연료전지 자동차 규모 시범, UNDP (United Nations Development Programme) 에서 유엔개발계획) 연료전지도시버스 시범과' 1 성천대', 광저우 아시안게임, < P > 선전 유니버시아드 등 시범응용 중 좋은 사회적 효과를 거뒀다. 중국 연료전지 승용차는 독특한' 전기-전기 혼합' 동력시스템 플랫폼 기술 방안을 채택하여' 동력 시스템 플랫폼 차량 적응, 전기-전기 혼합 에너지 동력 제어' 를 갖추고 있다 1 번째 5 개년 계획' 개발에 기초하여 차세대 연료 전지 자동차 동력 시스템은 차량 플랫폼의 변화와 결합하여 평평한 동력 시스템 배치 방식을 채택하고, 연료 전지 엔진 수소 하위 시스템, 공기 하위 시스템 및 냉각 시스템은 모듈식 분산 배치 모델을 채택하고, 동력 시스템과 차량 적응의 유연성을 높이고, 차량 전체의 인체 공학적 성능을 현저히 높인다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언 동시에, 통합 DC/DC 변환기, DC/AC 컨트롤러, 전기 에어컨 및 저전압 변환기와 같은 전력 구성 요소를 최적화하는 전력 시스템 제어 장치는 모듈화를 향상시키는 동시에 전자기 호환성, 시스템 냉각 및 전기 안전 문제를 중앙 집중식으로 처리할 수 있도록 합니다. 전기 < P > 자동차 전력 시스템 통합 설계의 방향을 반영합니다. 차세대 동력 시스템의 성능은' 1 계획' 연료 전지 승용차 동력 시스템에 비해 더욱 최적화되고 향상되었다. 주로 연료 전지 엔진 동력이 4 kW 에서 55KW 로 증가했다는 것을 알 수 있습니다. 파워 배터리 용량이 48 kWh 에서 26KWH 로 감소했습니다. 모터 전력이 6 kW 에서 9kw 로 증가했습니다. 모터 컨트롤러 (DC/AC) 전력은 35%, 부피는 전력보다 12.5% 증가했습니다. 한편, 동력시스템은 연료경제의 기술적 우위를 계속 유지하며 차량 정비품질이 약 25kg 에 육박하는 상황에서 차량 동력성이 눈에 띄게 높아지고, 연료경제성은 < P > 가 여전히 1.2 kg/(1 km) 의 원래 수준을 유지하고 있다. 중국 국가' 863' 하이테크 프로젝트는 연료 전지 자동차의 기술 연구 개발을 지속적으로 지원하고 있으며,' 12 5 계획' 기간 동안 중국 전기 자동차 기술의 고지를 유지하기 위해 연료 전지 자동차에 대한 지지력을 계속 유지하고 있다. 산업계에서 볼 때,' 15, 11, 15 계획' 연료 전지 자동차의 글로벌 산업화 열풍에도 불구하고 중국 자동차 업계는 연료 전지 자동차에 뚜렷한 투자를 하지 않고' 12, 5 계획' 에 들어간 뒤 연료 전지 자동차 산업화가 이성적인 배경 아래 연료 전지 자동차 발전을 위한 5 년 계획을 세웠고, 신원 동력을 연료 전지 원자로 공급업체로 삼았다. 현재 3 세대 연료전지 승용차 FCV 개발이 진행 중이며, 211 년 필비등대회에서 상차가 개발한 FCV 가 연료전지 승용차 그룹 중 3 위에 올랐다. < P > 동제대는 이미 다륜 연료전지 승용차의 연구개발을 실시했으며, 개발한 연료전지 승용차는 올림픽 엑스포에서 대규모 시범운영을 진행했다. 12 번째 5 개년 계획' 기간 동안 동제대는 중국 제 1 차그룹, 동풍자동차회사, 기서자동차주식유한공사, 중국 장안자동차그룹 주식유한공사를 위해 연료전지 승용차를 통합할 예정이다. 중국 도시순환 조건 하에서 대표적인 연료 전지 하이브리드 승용차의 기술 매개변수는 표 6 에 나와 있다.