전기 자동차 - 배터리의 필요성
태곳적부터 인간은 생활 편의를 개선하고 공장에서 생산성을 높이기 위해 더 새로운 기계를 발명해 왔습니다. 전기자동차는 19세기 중반경에 탄생했고, 현대의 전기자동차/하이브리드 전기자동차는 20세기 말에 개발되었습니다. 이 전기 자동차는 ICE 엔진 차량에 비해 더 편안하고 작동하기 쉬운 것으로 간주되었습니다. 그러나 이제 후자는 환경 문제를 야기했습니다. 환경을 보호하고 지속 가능하고 재생 가능한 에너지원을 더 많이 사용하기 위한 오늘날의 탐구에서 자동차 산업은 수행해야 할 가장 중요한 역할을 합니다.
이 산업은 제품의 배기관 배출 측면에서 가장 오염이 심한 산업입니다. 배터리 산업도 중요한 역할을 합니다. 점점 더 많은 배터리가 전기 자동차(전기 자동차), 태양열 및 풍력 에너지와 같은 재생 에너지원(RES)과 같은 애플리케이션에 사용됩니다. 배터리를 통한 전기 추진은 대기 오염 수준과 운영 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 원유에 대한 의존도를 낮춥니다. 자동차의 전기 추진은 오늘날 가장 화두가 되는 주제입니다.
모든 자동차 제조업체는 전기 자동차 및 전기 자동차 배터리(EVB)에 대한 자체 설계를 가지고 있습니다. 납산 배터리는 최근까지 가장 널리 사용된 EVB였지만 현재는 리튬 이온 배터리가 주도적인 역할을 하고 있습니다. 그러나 초기 비용과 안전 측면을 고려할 때 리튬 이온 전기 자동차 배터리 팩의 비용이 저렴한 수준으로 내려가고 안전 측면이 더욱 개선될 때까지 납축전지를 완전히 폐위할 수는 없습니다.
모든 자동차 제조업체는 전기 자동차 및 전기 자동차 배터리(EVB)에 대한 자체 설계를 가지고 있습니다. 납산 배터리는 최근까지 가장 널리 사용된 EVB였지만 현재는 리튬 이온 배터리가 주도적인 역할을 하고 있습니다. 그러나 초기 비용과 안전 측면을 고려할 때 리튬 이온 전기 자동차 배터리 팩의 비용이 저렴한 수준으로 내려가고 안전 측면이 더욱 개선될 때까지 납축전지를 완전히 폐위할 수는 없습니다.
2010년을 전후해 도로 위의 전기차는 전 세계적으로 20,000대에도 훨씬 못 미쳤습니다. 하지만 2019년에는 400배 이상 늘어난 700만 명에 육박했다.
대기 질 문제의 거의 80%가 자동차 배기 가스와 관련이 있습니다. 서구와 일본의 산업화된 국가에서는 CO의 2/3, 질소 산화물의 1/3, 탄화수소의 거의 절반이 위에서 언급한 배출로 인한 것으로 확인되었습니다. 선진국의 경우 환경 통제가 엄격하게 시행되지 않는 개발 도상국의 경우 더 나을 것이 없습니다.
비효율적인 ICE 차량은 교통 밀도가 낮음에도 불구하고 대기 오염에 크게 기여했습니다. 위의 이유와는 별도로 차량 배출물은 많은 양의 “온실 가스”(GHG), 즉 CO2를 생성합니다. 평균적으로 자동차는 무게의 거의 4배에 달하는 CO2를 생성합니다. 차량 배출은 영국, 미국 및 호주에서 각각 모든 CO2 배출의 20%, 24% 및 26%를 차지합니다. 이러한 모든 이유와 1960년대와 1970년대, 1973년과 1979년의 석유 위기는 전기 자동차와 적합한 전기 자동차 배터리 개발의 진정한 이유였습니다.
전기 자동차 - 제로 배출
전기 자동차는 내연 기관(ICE)이 전혀 없는 견인 목적으로 배터리만으로 구동되는 하나 이상의 전기 모터를 사용합니다(순수 전기 자동차). 따라서 배기관 배기 가스가 없으며 소위 ZEEV(무공해 차량)입니다. 하이브리드 전기 자동차(HEV)에는 두 가지 전원이 있습니다. 하나는 높은 에너지 함량(화석 연료)이고 다른 하나는 고방전율 배터리입니다.
전기 자동차 및 그 변형에 대한 주제는 방대하며 별도로 자세히 다룰 것입니다. 여기에서 전기 자동차 및 HEV에 대한 간략한 정의를 아는 것으로 충분합니다.
순수 전기 자동차의 구성 요소
I. 전기 에너지 저장(배터리)
Ⅱ. 전자 제어 모듈(ECM)
III. 배터리 관리 시스템(BMS)
IV. 전기 드라이브 트레인
모든 전기 자동차에는 범위 표시기가 있으며 범위는 대시보드에 눈에 띄게 표시됩니다. 일부 전기 자동차에서는 주행 거리가 약 25km 남았을 때 표시등이 깜박이기 시작합니다.
기존 하이브리드 전기 자동차의 구성 요소
I. 전기 에너지 저장(배터리)
Ⅱ. 화학 에너지 저장(연료 탱크)
III. 전기 드라이브 트레인
IV. 연소 드라이브 트레인
전기차용 배터리 소개
전기차 배터리에 요구되는 특성
전기 자동차 배터리에 필요한 몇 가지 특성이 있지만 다음은 가장 중요하며 배터리 실현 가능성에 대한 합리적으로 정확한 평가를 제공합니다.
ㅏ. 배터리 팩의 초기 구매 비용(모든 도구를 포함한 kWh당 비용)
비. 배터리 크기의 지표인 비에너지(Wh/kg)
씨. 가속도와 등반능력을 나타내는 비출력(W/kg)
디. 운영 비용(비용/km/여객)
이자형. 유지보수가 필요 없는 긴 주기 수명
에프. 급속충전(10분내 80%)
G. 회생 제동 시 고전류를 흡수하는 능력.
시간. 안전성, 신뢰성 및 재활용 용이성.
전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차
순수 전기 자동차에서 전원은 연속 모드에서 배터리에 의해 공급됩니다. 배터리의 에너지 용량은 전기 자동차의 전체 설계 범위에 대해 이러한 연속 방전 등급을 공급할 수 있도록 설계되었습니다. 일반적으로 전기차 배터리는 용량의 80% 이상 방전이 허용되지 않아 충전상태(SOC)가 20~25% 이하로 떨어지지 않는다.
전기차 배터리 제품군
이는 배터리가 과방전되지 않도록 보호하고 배터리가 과방전될 경우 발생하는 문제를 방지하기 위한 것입니다. 또한 배터리는 회생 제동 시스템에서 입력되는 에너지를 수용할 수 있어야 합니다. 배터리가 완전히 충전되면 회생 제동 에너지를 배터리에서 수용할 수 없습니다.
상기 연속방전율의 현재 경향은 용량정격의 1배이다. 예를 들어 용량 등급이 300Ah이면 방전율은 300A입니다. 변함없이 전기차 배터리는 하루에 한 번 완전히 방전됩니다. 물론 회생제동을 적용했을 때와 마찬가지로 회생제동으로 인한 복귀 에너지를 받게 된다.
회생 에너지의 평균 백분율은 약 15%입니다. 이 수치는 어떤 경우에는 40% 이상까지 올라갈 수 있습니다. 회생 전력은 40kW를 넘지 않습니다. 가장 높은 값은 특정 감속도에 있습니다.
요즘 전기 자동차 배터리 제조업체는 약 1000 ~ 1000의 사이클 수명을 주장합니다.> 10,000 사이클.
전기차 배터리는 왕복 300~320km를 주행할 때 명목상 36~40kWh(가용 에너지 용량) 배터리가 필요하다. 그러나 대부분의 OEM 제조업체는 이 값 이상, 일반적으로 40~60%를 더 지정합니다. 이는 사이클링으로 인한 수명 감소를 보상하여 보증된 배터리 수명 후에도 EV의 정상적인 작동을 위한 안전한 용량 여유가 있습니다. 전기차의 96kWh 배터리의 가용 용량은 86.5kWh이다.
오늘날의 리튬 이온 전지는 170Wh/kg의 비에너지를 쉽게 전달하지만 팩의 비에너지는 35% 감소합니다. 결과적으로 전체 비에너지는 120Wh/kg으로 감소합니다. 2019년에는 비셀 구성 요소의 팩 비율이 약 35%에서 약 28%로 떨어졌습니다. 그러나 cell-to-pack 기술(중간 에이전트인 모듈 제거)과 같은 기술 혁신은 미래 EV 배터리의 비에너지를 더욱 향상시킬 수 있습니다. 현재 EV 배터리의 비전력 특성은 매우 만족스럽기 때문에 R&D 엔지니어와 과학자들은 더 높은 비에너지를 목표로 하고 있습니다.
전기 자동차의 전기 구동 트레인
트랙션 모터는 순수 전기 자동차에 동력을 공급합니다. 그러나 전기 모터의 성능을 조작하기 위한 컨트롤러가 있습니다. 전기 모터에는 AC 및 DC 모터의 두 가지 유형이 있습니다. 후자는 제어하기 쉽고 비용도 저렴합니다. 단점은 더 무거운 무게와 더 큰 부피입니다. 전력 전자 장치의 급속한 발전으로 인해 작동 범위가 더 넓지만 비용이 많이 드는 고효율 AC 모터가 추가되었습니다. EV에서 모터에 입력되는 에너지는 ECM(Electronic Control Module)이라는 매우 복잡한 전자 회로에 의해 제어됩니다. EV 운전자는 가속 페달을 통해 입력을 제공합니다.
전기차의 배터리 관리 시스템(BMS)
위에서 언급한 전자 제어 모듈과 유사하게, EV 배터리의 성능을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS)이라고 하는 배터리 제어 시스템도 있습니다. BMS에는 종종 전압 온도 모니터(VTM) 보드라고도 하는 셀의 온도와 전압을 모니터링하는 셀 또는 모듈 수준에 설치된 별도의 전자 장치가 있을 수 있습니다.
이 외에도 인클로저를 열 방열판으로 사용하는 것과 같은 수동 솔루션에서 냉각(또는 가열) 공기 또는 배터리 팩을 통해 액체. 전류 흐름을 켜고 끄는 스위치와 배선도 시스템의 일부입니다. 이러한 서로 다른 모든 시스템은 배터리 기능을 안전하게 유지하고 수명 및 성능 기대치를 충족하기 위해 단일 시스템 솔루션으로 함께 제공되어야 합니다.
전기, 배터리 및 전기 자동차의 역사
전기 및 배터리
왜 전기 배터리와 전기 자동차의 역사를 논의해야 할까요? “과거를 기억하지 못하는 자는 과거를 되풀이한다”는 옛말이 있다. 따라서 기술이 어떻게 발전했는지에 대한 기본적인 이해가 필요합니다. 이것은 미래 경로와 진정한 성공을 이루기 위한 핵심 이해 관계자를 이해하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 존 워너(John Warner)가 리튬 이온 배터리에 관한 그의 책에서 말했듯이 “당시 세계 박람회는 일반적으로 세계의 기술 혁신과 변화의 속도를 잘 보여줍니다”[1. John Warner, The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design, Elsevier, 2015, 14페이지].
세계 박람회가 다른 기술의 상태에 대한 당시의 그림을 제공했다는 것을 이해할 수 있습니다. 배터리 기술의 발전은 당시의 전기와 전기 네트워크의 가용성, 확장 및 성장 덕분에 가능했습니다. 여기서 우리는 배터리(에너지 저장)에 대한 “수요”가 “공급”이기 때문에 생성되었음을 이해해야 합니다. 그렇지 않으면 에너지 저장 장치가 전혀 등장하지 않았을 수 있습니다.
전기차용 배터리 개발
독자들은 일반적으로 배터리를 최근 발명품 중 하나로 생각합니다. 그들은 대부분 Leclanché 세포와 납산 세포에 대해 알고 있습니다. 그러나 배터리가 기원전 250년경에 사용되었다는 증거가 있습니다. 1930년대에 독일 고고학자는 바그다드의 건설 현장에서 일하고 있었고 말 그대로 배터리의 역사를 다시 쓴 무언가를 발견했습니다. 발굴 중에 발견한 것은 약 1-2V의 전기를 생성할 수 있는 갈바니 전지처럼 보였습니다.
1700년대 중반까지 배터리 개발은 거의 진전이 없었습니다. 1745-1746년에 두 명의 발명가가 평행하지만 별개의 트랙으로 전기를 저장하는 “라이덴” 항아리로 알려진 것을 발견했습니다. 그런 다음 Benjamin Franklin, Galvani, Volta, Ampere, Faraday, Daniel 및 Gaston Planté와 같은 전기화학자들은 몇 명의 발명가를 언급하면서 전기 및 전기화학의 지평에 나타났습니다. 다음 표는 배터리의 발전을 시간순으로 보여줍니다.
배터리 개발의 놀라운 역사
1 번 테이블 –
| 기원전 250년경 | 바그다드 또는 파르티아 포대(바그다드) | 이집트인들은 아마도 고급 보석에 은을 전기도금하기 위해 배터리를 사용했을 것입니다. |
|---|---|---|
| 긴 간격 | 그리고 약간의 진행 | |
| 1600 | 길버트(잉글랜드) | 전기화학 연구의 설립 |
| 1745년 10월 | Kliest, 독일 물리학자 | 라이덴 항아리 |
| 1745-1746 | 네덜란드 라이덴 대학의 과학자 Pieter van Musschenbroek, | 라이덴 항아리 |
| 1700년대 중반 | 벤자민 프랭클린 | "배터리"라는 용어가 만들어졌습니다. |
| 1786 | 루이지 갈바니 (1737-1798) | 1차 전지 발견의 토대 마련("동물전기") |
| 1796 | 알레산드라 볼타 (1745-1827) | 서로 다른 금속 디스크("볼타 파일")를 습윤 페이스트 보드 분리기(염수로 포화됨)를 사이에 두고 교대로 쌓을 때 상당한 전류를 지속적으로 제공할 수 있음을 발견했습니다. |
| 1802 | 크루익생크 (1792 - 1878) | 밀봉된 상자에 동일한 크기의 Zn과 함께 Cu 시트를 배열했습니다. 염수는 전해질이었다. |
| 1820 | 이다 암페어 (1755 - 1836) | 전자기학 |
| 1832년 및 1833년 | 마이클 패러데이 | 패러데이의 법칙 |
| 1836 | JF 다니엘 | CuSO4의 Cu 및 ZnSO4의 Zn |
| 1859 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (프랑스) | 납-이산화납 전지의 발명 |
| 1860 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (프랑스) | 파리 프랑스 아카데미 발표 |
| 1866년 [5] | 독일 전기 엔지니어의 Werner von Siemens | 전기기계식 발전기 개발 |
| 1873 | 벨기에 과학자 Zenobe Gramme | 자기 발전기 및 최초의 DC 모터 발명 |
| 1866 게로주 리오넬 르클랑슈 | Geroge-Lionel Leclanche (프랑스) (1839-1882) | 르클랑슈 셀의 발명 |
| 1881 | Camille A Faure(프랑스) 1840 - 1898) | 리드 그리드 붙여넣기 |
| 1881 | 셀론 | 납과 안티몬의 Sellon 합금 |
| 1880년대- | -- | 상업 생산은 프랑스, 영국, 미국 및 소련과 같은 여러 국가에서 시작되었습니다. |
| 1881 - 1882 | 글래드스톤과 부족 | 납산 전지 반응에 대한 이중 황산염 이론 |
| 1888 | 가스너(미국) | 건전지의 완성 |
| 1890년대- | -- | 전기 도로 차량 |
| 1899 | 융너(스웨덴)(1869-1924) | 니켈-카드뮴 전지의 발명 |
| 1900 | 미국과 프랑스에서 | 1900 주택, 공장 및 조명 기차. |
| 1900 | a.Phillipart 개별 링 | 관형 납산 셀 플레이트 |
| 1900 | b.우드워드 | 관형 납산 셀 플레이트 튜브형 가방으로 |
| 1901 | TA 에디슨(미국)(1847-1931) | 니켈-철 커플의 발명 |
| 1902 | 웨이드, 런던 | "이차 전지" 예약 |
| 1910 | 스미스 | 슬롯형 고무 튜브(Exide Ironclad |
| 1912 100 EV | 미국에서 | 제조업체는 6000대의 전기 승용차와 4000대의 상용차를 제작했습니다. |
| 1919 | G. 시마즈(일본) | 산화납 제조용 볼밀 |
| 1920 | -- | 납산 세포의 네거티브 플레이트에서 리그닌 사용. |
| 1920년 이후 | 전세계에 | 비상 전원 공급, 철도 차량의 에어컨 및 선박, 항공기, 버스 및 트럭의 기타 서비스 호스트와 같은 새로운 애플리케이션 |
| 1938 | AE 랑게 | 산소 순환의 원리 |
| 1943- 1952 | 레빈 & 톰슨; Jeannin, Neumann & Gottesmann; 뷰로 테크닉 고트랏 | 밀봉된 니켈 카드뮴의 건설 |
| 1950 | 협곡 나무 병 | 기본 배터리 예약 |
| 1955 | 협곡 나무 병 | 저장 배터리에 관한 책(4판) |
| 1965 | Gates Corporation의 존 데빗 | 봉인된 납산에 대한 프로젝트 제안 배터리 |
| 1967 | Ni-MH 배터리에 대한 작업은 1967년 이 기술이 발명된 후 Batelle-Geneva 연구 센터에서 시작되었습니다. | |
| 1969 | 루에치와 오커만 | 봉인된 납축전지의 재조합 과정 |
| 1970년 중반 | - | VR LAB 개발 |
| 1971 | 게이츠 에너지 제품 | Gate Energy Products(미국 콜로라도주 덴버)에서 도입한 D-cell |
| 1973 | 아담 헬러 | 리튬 티오닐 클로라이드 1차 전지 제안 |
| 1975 | 도널드 H. 맥클리랜드 그리고 존 데빗 | 산소 순환 원리에 기반한 상업용 밀폐형 납산 배터리 |
| 1979 - 1980 | JB Goodenough와 동료들 | 약 3V 이상의 전위에서 리튬과 반응하는 양극 물질은 이미 리튬을 포함하고 이 리튬을 전기화학적으로 추출할 수 있습니다. |
| 1980년대- | -- | 1980년대에 발견된 새로운 수소화물 합금 |
| 1986 | 스탠포드 오브신스키 | Ni-MH 배터리는 Ovonics에서 특허를 받았습니다. |
| 1989 - 1990 | -- | 니켈금속 상용화 수소화물 배터리 |
| 1991 | 니시 요시오 | 리튬 이온 전지 |
| 1992 | 니시 요시오(소니) | 1995년 제30회 도쿄 모터쇼에서 리튬 이온 배터리를 탑재한 EV가 전시되었습니다. |
| 1996 | Goodenough, Akshaya Padhi 및 동료 | 제안된 리튬인산철 양극재 |
| 1992 | KV 코르데쉬(캐나다) | 충전식 알카라인 이산화망간전지(RAM) 상용화 |
| 1993 | -- | OBC, 니켈-메탈 전기차 세계 최초 시연 1993년 수소 배터리. |
| 1997 | M. 시오미와 동료들, 일본 스토리지 Battery Co., Ltd., 일본 | 네거티브 HEV 또는 태양광 발전 시스템 애플리케이션에 탄소 양을 증가시킵니다. |
| 1999* | -- | 리튬이온 상용화 고분자 세포 |
| 2002 - 2003 D. Stone, E. | MJ 켈러웨이, P. 제닝스, 크로우, A. 쿠퍼 | 다중 탭 VRLAB |
| 2002 | Y. 오가타 | Ba가 첨가된 Pb–Ca–Sn과 Ba가 포함된 새로운 포지티브 그리드 납 합금 |
| 2004 -2006 | 램과 동료들, CSIRO 에너지 기술, 호주 | HEV용 울트라 배터리 |
| 2006 | SM Tabaatabaai & 동료 | 유기 발포체 화합물로 만들어진 3차원 망상 시트로 형성된 그리드 재료. 동도금을 이용하여 폼 그리드에 전기 전도성 부여 |
| 2006 | Changsong Dai & 동료들 | 납 도금 구리 폼 그리드 네거티브 플레이트 |
| 2008 | EALABC, 일본 Furukawa Battery Co., Ltd., 호주 CSIRO Energy Technology 및 영국 Provector Ltd. | HEV용 울트라 배터리(144V, 6.7Ah)는 100,000마일의 도로 테스트를 거쳤습니다. Ni-MH 배터리를 능가하는 성능 |
| 2011 | 아르곤 국립 연구소 | 니켈-망간-코발트 양극재(NMC) |
| 2013 | N. Takami et al. | 리튬 티타늄 산화물 양극 |
| 2018 | N. Takami et al | TiNb2O7 양극 |
| 2020 | 블룸버그NEF | LIB 팩 비용은 US$ 176/kWh = 127 셀 비용 + 49 팩 비용으로 내려갑니다. |
전기차의 놀라운 역사!!
EV의 역사는 19세기 초부터 오랜 기간에 걸쳐 펼쳐져 있습니다.
다음 표는 오늘날의 EV로 이어진 사건의 세부사항을 제공합니다.
표 2
| 발명자 | 국가 | 기간 | 세부 | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Anyos Istvan Jedlik | 헝가리 물리학자 | 1828 | 최초의 전기 모델 자동차 |
| 2 | 토마스 대번포트 | 미국의 발명가 | 1834 | 상업적으로 성공한 최초의 전기 모터 |
| 3 | 시브란두스 스트라팅과 크리스토퍼 베커 | 네덜란드 교수 | 1834-1835 | 1835년, 1834년 증기 세발자전거 1835년 최초의 배터리 중 하나가 장착된 완전 전기 세발자전거 |
| 4 | 로버트 데이비슨 | 스코틀랜드 발명가 | 1837-1840 | 1837년에 배터리를 직접 만들고 처음으로 적당한 크기의 전기 모터를 만들었습니다. |
| 5 | 구스타브 트루베 | 1881 | Starley 축전지를 사용하여 Siemens가 개발한 개선된 소형 전기 모터. 그는 이 엔진을 영국식 세발자전거에 설치하여 역사상 최초의 EV를 발명한 것입니다. | |
| 6 | 윌리엄 모리슨 | 미국 | 1892 | 약 14마일/h의 최고 속도를 낼 수 있는 6인승 4마력 객차 개발 |
| 7 | 헨리 포드 | 디트로이트 | 1893 | 1893년 가솔린 엔진 테스트 성공 [https://www .history.com/topics/inventions/model-t]. |
| 8 | 헨리 G 모리스와 페드로 G 살롬 | 필라델피아 | 1894 | Electrobat는 가동 중지 시간이 짧고 이동 횟수가 많기 때문에 마차에 비해 수익성이 높은 사업을 제공했습니다. |
| 9 | 벨 연구소, | 미국 | 1945 | 진공관을 빠르게 대체한 사이리스터 발명 |
| 10 | 윌리엄 쇼클리 | 벨 연구소, | 1950 | 실리콘 제어 정류기(SCR) 또는 사이리스터 |
| 11 | Moll 및 기타 전력 엔지니어 | 제너럴 일렉트릭 | 1956 | 윌리엄 쇼클리의 SCR |
| 12 | 제너럴 모터스(GM) | 제너럴 모터스(GM) | 1966 | 일렉트로밴 |
전기차에 대한 재미있는 사실!!
| Srl 아니요 | 세부 |
|---|---|
| 1 | 1897년부터 미국에서는 전기 자동차 경주가 많은 애호가들을 매료시켰습니다. 그 해에 Pope Manufacturing Company는 약 500대의 EV를 만들었습니다. |
| 2 | 20세기의 처음 30년(1910-1930)은 전기 자동차의 전성기였습니다. 이 기간 동안 전기 자동차는 가솔린 자동차와 경쟁했습니다. 당시 미국 도시의 비포장 도로에서는 좁은 주행 거리가 전혀 문제가 되지 않았습니다. 그러나 유럽에서는 포장 도로가 장거리 여행을 개선하기 때문에 대중은 ICE 차량이 제공할 준비가 된 장거리 차량을 원했습니다. |
| 3 | 미국의 대도시들은 1910년대에 전기의 혜택을 누리기 시작했습니다. 당시 전기차는 주행거리가 협소한 것이 유리했다. EV는 택시 및 배달 밴에 대한 차량 소유자와 함께 시장에서 쉽게 수용되었습니다. |
| 4 | ICE 차량의 역사에서 세 가지 중요한 사건은 급속한 발전에 자극을 주면서 동시에 EV의 관에 마지막 못을 박았습니다. ㅏ. 1908년 Henry Ford의 "저비용, 대용량" Model T 도입. [https://en .wikipedia.org/wiki/Ford_Model_T] 비. 1912년 Charles Kettering이 전기 자동차 스타터를 발명했습니다. 씨. 미국 고속도로 시스템이 미국 도시를 연결하기 시작했습니다 |
| 5 | 1960년대와 1970년대의 환경 문제는 EVB에 대한 R&D 작업에 엄청난 자극을 주었습니다. 범위와 성능은 여전히 극복해야 할 장애물이었습니다. |
| 6 | 다시 1973년과 1979년의 오일 위기는 EVB 개발을 더욱 고무시켰습니다. |
| 7 | ICE 차량의 엄청난 인구는 대기 질 기준을 위반함으로써 대기 질 문제를 야기했습니다. 특히 세계의 선진 도시에서는 더욱 그러했습니다. 이로 인해 미국 캘리포니아주는 1990년 초 전기차 보급을 위해 청정 공기법을 채택했습니다. |
| 8 | 청정 공기법(Clean Air Act)은 원래 주에서 판매되는 모든 신형 경량 차량의 2%가 1998년까지 ZEV(30,000대), 2001년 5%(75,000대)에서 2003년(1,50,000대)까지 10%로 증가할 것을 의무화했습니다. 이 외에도 캘리포니아의 프로그램을 따르지 않는 주에서 자동차 제조업체는 1994년과 1996년 사이에 소형 차량에서 NOx와 총 탄화수소의 배기관 배출을 각각 60%와 39% 줄여야 합니다. 2003년에 환경 보호국(EPA)에서는 배출량을 50% 더 줄여야 했습니다. |
| 9 | 1996년 3월 29일 캘리포니아 대기 자원 위원회(CARB)의 1998 ZEV 명령은 부정적인 영향을 받은 자동차 제조업체와 석유 공급업체의 강한 압력의 결과로 완화되었으며, 독립 패널은 고급 배터리를 올해까지 사용할 수 없다는 평가를 받았습니다. 2001년도 또 다른 이유였다. 위 패널의 평가에 따르면 이러한 개선된 배터리는 2018년이 되어서야 다소 저렴한 가격으로 제공되었습니다(팩 비용 US$ 176/kWh = 127 셀 비용 + 49 팩 비용). 배터리 전문가들은 EVB 비용이 2025년까지 100 USD/kWh 미만, 2030년까지 62 USD/kWh로 떨어질 것으로 예측했습니다(외삽법). |
| 10 | 미국 첨단 배터리 컨소시엄(USABC): 미국 연방 정부와 3대 미국 자동차 제조업체(Chrysler, Ford 및 General Motors)는 3년 동안 배터리 연구에 자원(약 2억 6200만 달러)을 투자하기로 결정했습니다. 이러한 제조업체는 EPRI(Electric Power Research Institute)와 같은 다른 조직과 함께 1991년에 USABC(United States Advanced Battery Consortium)를 설립했으며, 여기에는 미국 정부가 동등한 자금을 지원했습니다. |
| 11 | USABC는 1단계(1994-95년)를 위한 중간 배터리 팩을 개발하기 위해 EV 배터리에 대한 두 가지 목표(표 3)를 공식화했으며, 장기적 목표는 EV 성능이 IC 엔진 차량과 경쟁할 수 있도록 합니다. |
| 12 | 고급 납축전지 컨소시엄(ALABC): 알라바크 [5. RF Nelson, The Battery Man, 1993년 5월, pp. 46-53]은 4개년 연구 계획을 관리하기 위해 1992년 3월에 설립되었습니다. -단기적으로 EV 시장의 상당 부분을 차지할 고성능 EV 납산 배터리. ALABC는 ILZRO(International Lead Zinc Research Organization)에서 관리하며 14개 최대 납 생산업체, 12개 배터리 제조업체, 전기 설비, 모터 제조업체, 충전기 및 커플링 제조업체, 파워 트레인 공급업체, 컨트롤러/전자 제품 제조업체, 및 EV 무역 조직. |
| 13 | 1991년부터 에너지부(DOE) 산하 차량 기술 사무소(VTO)와 미국 첨단 배터리 컨소시엄(USABC) 간에 협력 R&D 계약이 체결되었습니다. |
| 14 | 연간 리튬 이온 배터리 시장 규모는 250억 달러(2019년)에서 1,160억 달러(2030년)로 증가할 수 있습니다. |
| 15 | 배터리 팩의 비용은 2019년에 1100$/kWh에서 156$로 줄어들었고 2030년에는 62$/kWh로 예상됩니다. (블룸버그NEF) |
전기차용 니켈수소전지 기술
Ni-MH 배터리 시스템의 발명은 Ni-Cd 및 Ni-H2 배터리의 파생물입니다. Ni-Cd 시스템의 Cd는 위험한 물질로 간주됩니다. 새로운 시스템의 관련 이점은 더 높은 비에너지, 더 낮은 압력이 필요하고 Ni-MH 전지의 비용이었습니다. 이 작업은 20년 동안 두 독일 자동차 제조업체의 지원을 받았습니다.
에너지 생성 전기화학 반응:
음극을 제외하고 Ni-Cd와 Ni-MH 전지 사이에는 많은 유사점이 있습니다. Ni-Cd 전지의 경우와 마찬가지로 방전 중에 양극 활물질(PAM)인 옥시수산화니켈이 수산화니켈로 환원된다. (따라서 양극은 음극으로 작용합니다):
NiOOH + H 2 O +e – 방전↔충전 Ni(OH) 2 + OH – E° = 0.52 Volt
음극 활물질(NAM)은 아래와 같이 반응합니다. (따라서 음극은 양극으로 작용합니다):
MH + OH – 방전↔충전 M + H 2 O + e – E° = -0.83 Volt
즉, 방전 중에 수소의 탈착이 일어난다.
방전 중 총 반응은
NiOOH + H 2 O + e – 방전↔충전 Ni(OH) 2 + OH
MH + OH – 방전↔충전 M + H 2 O + e –
NiOOH + MH 방전↔충전 Ni(OH) 2 + M E° = 1.35볼트
기억해주세요
셀 전압 = V 양수 – V 음수
따라서 0.52 – (-0.83) = 1.35V
여기서 주의할 점은 반쪽 세포 반응에서 나타난 물 분자는 전체 또는 전체 세포 반응에서 나타나지 않는다는 점이다. 이것은 에너지 생성 반응에 참여하지 않는 전해질(수산화칼륨 수용액) 때문이며 전도 목적으로만 존재합니다. 또한, 납산 전지에서 전해질로 사용되는 황산 수용액은 실제로 아래와 같이 반응에 참여하고 있음을 유의하십시오.
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 방전↔충전 2PbSO 4 + 2H 2 O
이것은 납산 전지와 알칼리 전지의 중요한 차이점입니다. 역 과정은 전하 반응 중에 발생합니다.
밀봉된 니켈 금속 수소화물 전지는 VRLA(밸브 조절 납산 전지) 전지에서 발생하는 것과 유사한 산소 재결합 반응을 사용하므로 끝으로 갈수록 가스 생성으로 인한 내부 압력의 원치 않는 증가를 방지합니다. 충전 및 특히 과충전 중.
충전하는 동안 PAM은 NAM보다 먼저 완전 충전에 도달하므로 양극이 산소를 방출하기 시작합니다.
4OH – → 2H 2 O + O 2 + 4e –
따라서 위의 반응에서 발생된 가스는 전해질 구성이 부족하고 적절한 분리기를 사용하여 분리기의 다공성 매트릭스를 통해 NAM으로 이동합니다.
O 2 가 MH 전극과 결합하여 음극에 물을 생성하기 때문에 배터리 내부의 압력 상승이 방지됩니다. 그럼에도 불구하고 장기간 과충전 또는 충전기 오작동을 대비한 안전 밸브가 있습니다.
4MH + O 2 → 4M + 2H 2 O
또한 설계상 NAM은 완전히 충전되지 않으므로 수소 생산 가능성이 방지됩니다. 부가적으로, 전지의 재결합 효율의 능력 이상으로 O2 생성을 제한하기 위해 지능형 충전 알고리즘을 따르는 것이 매우 중요하다. 이것은 또한 두 가지 활성 물질 비율을 신중하게 제어함으로써 달성됩니다.
Ni-MH 배터리에 대한 자세한 설명은 다음을 참조하세요.
ㅏ. 핸드북의 Michael Fetchenko와 John Koch의 Ni-MH 배터리 장
비. Kaoru Nakajima 및 Yoshio Nishi 5장: 전자 제품용 에너지 저장 시스템.
전기차의 납축전지 기술
고급 납축전지 컨소시엄 (ALABC) [7. JF Cole, J. Power Sources, 40, (1992) 1-15]는 1992년 3월에 4개년 연구 계획을 관리하기 위해 1930만 달러(약 Rs.48 crores)의 기금으로 설립되었습니다. 단기에서 중기적으로 전기차 시장의 상당 부분을 차지할 고성능 전기차 납축전지다.
ILZRO는 이 컨소시엄을 관리했으며 14개의 가장 큰 리드 생산업체, 12개의 배터리 제조업체, 전기 유틸리티, 모터 제조업체, 충전기 및 커플링 제조업체, 파워 트레인 공급업체, 컨트롤러/전자 제품 제조업체, EV 무역 조직 간의 파트너십 조직입니다. 현재 회원은 13개국에서 온 48명입니다. ALABC(현재 CBI)에는 표 3에 포함된 5가지 중요한 연구 및 개발 목표가 있습니다. 고급 납산 배터리는 전기 자동차에 매일 90마일 이상의 통근 거리, 몇 분의 충전 시간, 약 3년의 수명을 제공할 수 있습니다.
1998년 ALABC의 기술 상태에 따르면 현재 진행 중인 프로젝트에서 48Wh/kg, 150W/kg의 성능 특성, 10분 내에 80%의 급속 충전, 800의 주기 수명은 1998년 말 이전에 개발 예정입니다. 이러한 성능의 성취는 1990년대 동안 납축전지 커뮤니티의 눈부신 발전을 의미하며 하루에 몇 번이고 반복할 수 있는 1회 충전 주행 거리가 100마일 이상인 전기 자동차의 전망을 제공합니다. 배터리 팩 수명 동안 500회 [https://batteryuniversity .com/learn/article/battery_developments]
전기 자동차의 리튬 이온 배터리
리튬 이온 배터리 개발의 역사
표 3:
| 연구 작업 | 발명가 / 저자 | 년도 | 소속 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| Na-S 배터리 시스템으로 이어지는 나트륨 β-알루미나라고 불리는 고체상 NaAl11O17의 높은 이온 전도성 발견 | Kummer와 동료 | 1967 | 포드 자동차 연구소 | 리튬이온전지의 역사가 시작되다 |
| Na-S 배터리 시스템 | N. Weber와 JT Kummer | 1967 | 포드 자동차 연구소 | 고온 시스템 |
| FeS 또는 FeS2는 음극 재료 대 Li 금속으로 연구됨 | DR Vissers et.al. | 1974 | ANL | Li와 반응하면 이러한 물질은 재구성 반응을 거쳐 초기 단계가 사라지고 새로운 단계가 형성됩니다. |
| Li 금속 양극 및 티타늄 황화물(TiS2) 음극 | 휘팅엄 교수 | 1976 | Binghamton University, Binghamton, New York 13902, 미국 | Li는 사이클링 시 금속 표면에 덴드라이트를 형성하여 단락을 초래했습니다. |
| 처음에 리튬을 함유하고 그로부터 리튬을 전기화학적으로 제거하는 물질은 1980년에 Li1-xCoO2에 대한 연구였습니다. | 굿이너프 교수와 동료들 | 1980 | 영국 옥스포드 대학교 | 리튬 삽입 화합물 |
| 코크스 기반 특수 음극재 | 요시노 아키라 | 1985 | 새로운 음극재 | |
| 위의 양극 물질은 LixCoO2와 결합되었습니다. | 요시노 아키라 | 1986 | 아사히 가세이 주식회사 | 리튬 이온 전지 |
| 리튬이온 배터리의 안전성 입증 | 요시노 아키라 | 1986 | 아사히 가세이 주식회사 | 리튬 이온 대 리튬 금속 양극 안전성 입증 |
| 1991년 상업용 리튬 이온 배터리. | 1991 | 소니 코퍼레이션 | ||
| 추가 개발로 리튬 이온 배터리가 상용화되었습니다. | 1992 | Asahi Kasei와 Toshiba의 합작 투자. | ||
| 최신 음극 재료 Li 망간산염 및 Li 인산철 | 굿이너프의 그룹 | 1997 | 굿이너프의 그룹 | |
| 흑연 양극 | 1990 |
리튬 이온 코발트산 리튬(LCO) 전지 화학
전체 반응은
C 6 + LiCoO 2 ⇄ Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
E 셀 = 3.8 – (0.1) = 3.7V
LiFePO 4 화학의 리튬 이온 전지
총 반응 LiFePO 4 + 6C → LiC 6 + FePO 4
E 셀 = 3.3 – (0.1) = 3.2V
현대 전기차 시대
1990년대가 되어서야 주요 자동차 제조업체가 하이브리드 및 전기 자동차 솔루션에 대해 연구하고 결과를 내기 시작했습니다. 이러한 발전과 병행하여 최초의 상업용 리튬 이온 배터리가 1991년에 시장에 출시되었고 빠르게 채택되었습니다. 개인용 전자 제품의 급속한 보급으로 이러한 고에너지 밀도 배터리는 휴대용 전자 제품에서 하이브리드 및 전기 자동차에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 선택되는 에너지 저장 솔루션이 되었습니다.
현대 전기차 시대는 1970년대 석유 부족으로 촉발됐다.
현대식 HEV/전기차 개발
표-4
| EV/HEV | 약 년도 | 비고 |
|---|---|---|
| 제너럴 모터스(GM) EV1. | 1996-1999 | EV 1 |
| 병렬 하이브리드 트럭”(PHT), | 1999 | |
| 2모드 하이브리드 시스템 | 2008 | |
| BAS(Belt-Alternator-Starter)형 마일드 하이브리드 시스템 | 2011 | 1. GM의 첫 번째 BAS는 Cobasys에서 개발한 Ni-MH 배터리가 있는 36V 시스템이었습니다. 2. 2세대(e-Assist) 시스템의 전압을 115V로 높이고 Hitachi Vehicle Energy Ltd에서 설계한 0.5kWh 리튬 이온 공랭식 배터리로 변경 |
| GM의 볼텍 기술 | 2010 | 볼트는 소형 ICE와 355V 리튬 이온 배터리, LG화학의 셀과 GM이 설계한 팩, 두 개의 전기 모터를 결합한 "시리즈 하이브리드"다. |
| 도요타 하이브리드 시스템(THS) | 1997 | ~1.7kWh 에너지의 공랭식 288V Ni-MH 배터리 |
| 모든 전기 RAV4 SUV | 2006 | Tesla Model-S 배터리 팩을 기반으로 한 2세대 RAV4 EV 배터리에는 약 52kWh의 386V 리튬 이온 배터리가 있었습니다. |
| 혼다 인사이트 | 1999-2006 | "2인승, 가장 높은 연비의 가솔린 - 연료 하이브리드 차량 |
| 미쓰비시 | 2009 | 아이미에프 |
| 마쓰다 | 2000-2011 | 공물, Mazda3 및 Mazda6의 하이브리드 옵션 |
| 현대 | 2012 | 하이브리드 쏘나타, 투싼, 엘란트라 |
| 기아 | 2000 | 하이브리드 옵티마 |
| 스바루 | 2007 | XV 크로스트랙과 스텔라 플러그인 하이브리드. |
| 닛산 | 2010 | 잎 |
| 포드 | 2011 | 1. Focus EV는 23kWh 리튬이온 배터리(LG Chem)를 사용합니다. 2. 씨맥스(2012) |
| BMW | 2013 | e-Tron, i-8 및 액티브 하이브리드 |
| 중국 BYD, 베이징 자동차 산업 공사(BAIC), 지리, 상하이 자동차 산업 공사(SAIC) Chang'an, Chery, Dongfeng, First Auto Works(FAW), Brilliance Automotive, 포톤, 만리장성, 리판 외 다수 | 2000년대 후반 | . |
오늘날 EV와 HEV는 분명히 존재합니다. 2030년대 초까지 기술이 계속 향상되고 배터리 비용이 쉽게 저렴해짐에 따라 무공해 EV(ZEV) 옵션이 차량 소유자를 위한 다른 모든 옵션을 추월할 것입니다.
2010년 킬로와트시당 1,100달러 이상이었던 전기차 배터리 가격은 2019년 156달러로 87% 하락했다. 2023년까지 평균 가격은 $100/kWh에 이를 수 있습니다.
표 5
[2. 글로벌 EV Outlook 2020 (IEA) 페이지 155, https://webstore.iea.org/download/direct/3007]
전기차 재고, 판매, 시장 점유율, 배터리 크기, 범위 등
| 년도 | 2010 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 매출(백만) | 0.017 | 0.45 | 2.1 | ||||
| 매출(백만) | 7.2 | 2019년 중국에서 47% | |||||
| 주식 확장 | 60% | 2014-19년 기간 동안 연평균 60% 증가 | |||||
| 중국의 몫 | 47% | ||||||
| 글로벌 자동차 판매 | 2.6% | ||||||
| 글로벌 주식 | 1% | ||||||
| 증가하는 % | 40% | 증가의 두 가지 이유: 더 높은 kWh 배터리를 사용하여 현재 제공되고 예상되는 더 높은 범위의 EV 모델 PHEV에 비해 BEV의 시장 점유율이 증가하고 있습니다. | |||||
| 평균 배터리 팩 크기(kWh) | 37 | 44 | 2012년 20-30킬로와트시(kWh) | ||||
| 배터리 팩 크기(kWh) | 50~70 | 48 ~ 57 | 70 ~ 80 | PHEV의 경우 약. 2018년에는 10-13kWh(전체 전기 주행 범위의 50-65km) 및 2030년에는 10-20kWh입니다. 2019년 -14% 증가 wrt 2018년 | |||
| 평균 범위(km) | 350 ~ 400 | ||||||
| 글로벌 예측 | 2019년 글로벌 예측 = 3% 시장 점유율 |
| 년도 | 증가 또는 감소(%) | |
|---|---|---|
| 성장 비율 | 2016년 ~ 2019년 | 6% 증가 |
| 성장 비율 | 2016년 ~ 2019년 | 30% 감소 |
IEA에 따르면 명시된 정책 시나리오( SPC ) 는 기존 정부 정책을 통합하는 상황입니다. 지속 가능한 개발 시나리오( SDC ) 는 파리 기후 협정 목표와 완전히 호환됩니다. 후자는 EV30@30 캠페인의 목표를 포함합니다(2030년까지 이륜차를 제외한 모든 모드의 EV 시장 점유율 30%).
SPC에서 세계 EV 재고(2륜 및 3륜차를 제외한 모든 모드)는 약 800만(2019년)에서 5000만(2025년)으로, 1억 4000만(2030년, 약 7%)에 매우 근접하게 증가합니다. 30%에 매우 가까운 연간 평균 성장률에 해당
EV 판매는 거의 1,400만(2025년, 전체 도로 차량 판매의 10%에 해당) 및 2,500만(2030년, 전체 도로 차량 판매의 16%에 해당)에 도달합니다.
SDC에서 세계 EV 재고는 2025년에 거의 8천만 대의 차량, 2030년에는 2억 4천 5백만 대의 차량에 도달합니다(이륜차/삼륜차 제외.
EV30@30 캠페인은 2017년 제8회 청정에너지 장관급 회의에서 시작되었습니다. 참가 국가는 캐나다, 중국, 핀란드, 프랑스, 인도, 일본, 멕시코, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴, 영국입니다.
| 년도 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 연간 리튬이온 배터리 시장 규모(십억 달러) | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 25 | 60 | 116 | |
| 배터리 팩 비용($/kWh) | 1100 | -- | -- | 650 | 577 | 373 | 288 | 214 | 176 | 156 | 100 | 62 |
그림 1.
글로벌 연간 리튬 이온 배터리 시장 규모
https://www.greencarcongress.com/2019/12/20191204-bnef.html
전기 자동차용 LIB의 판매 시장 규모는 2030년에 약 1,200억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.
2010년 1,100달러/kWh, 2016년 288달러/kWh 이상이었던 배터리 가격이 지난해(2019년) 156달러/kWh까지 떨어졌고, 약 4년 후 평균 비용은 100달러/ 시장 조사 회사에서 보고한 kWh. 주요 EV 제조업체 중 하나는 가장 쉽게 구할 수 있는 18659 셀을 사용하여 비용을 USD 250/kWh로 낮췄습니다.
ANL은 EV용 리튬 이온 전지의 성능과 생산 비용을 평가하기 위한 계산 모델(BatPac)을 공식화했습니다. 특정 유형의 80kWh 배터리와 확실한 연간 생산 능력을 사용하여 평균 배터리 가격은 105~150 USD/kWh 범위로 추정되었습니다.
일부 EV 배터리 팩의 예
EV 소비자는 8년 보증 또는 배터리에 대한 특정 km 제한을 기대합니다. 선도적인 EV 제조업체는 무제한 주행 거리 외에 8년 보증을 제공합니다.
Toshiba는 배터리가 하루에 한 사이클에서 14년의 충전 사이클에 해당하는 5000 사이클 후에도 90% kWh를 유지한다고 주장합니다. 도시바는 2021년 배터리 판매에 대해 이야기하고 있지만 비용을 주장하지는 않습니다.
Tesla 배터리 보고서(http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf)(저작권: 2014 Total Battery Consulting, Inc.)
EV 배터리 팩 (저작권: 2014 Total Battery Consulting, Inc.) (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf)
글로벌 전기차 충전 인프라
가벼운 EV 충전기의 대부분은 소비자가 소유하고 있습니다. 중국은 공공 충전기의 약 80%를 소유하고 있으며 전 세계 경량 EV 재고의 47%를 소유하고 있습니다. 작년(2019) 한 해에만 중국의 공공 충전기 증가는 전 세계 공공 충전기의 60%였으며 이 국가는 세계 공공 충전기의 80%와 공개적으로 접근 가능한 완속 충전기의 50%를 보유하고 있습니다.
표 7
글로벌 전기차 충전 인프라
[ 글로벌 전기차 전망 2020 (IEA) https://webstore .iea.org/download/direct/3007 ].
대부분의 전기 경량 차량 충전기는 개인용 충전기입니다.
| 충전기 사용 가능(백만) | 7.3 | |||
|---|---|---|---|---|
| 사적인 | 공공의 | 고속 충전기 | 완속 충전기 | |
| 650만 ~ 80% | 0.876백만 12% (862 000) | 4% 263 000 | 8% 598 000 |
2018년 대비 60% 증가
버스 2019
사용 가능한 충전기 – 184,000개(2018년(157,000개)에 비해 2019년에 17% 증가)
글로벌 전기 트럭 충전 인프라.
| 트럭 유형 | 중형 화물 트럭(3.5~15톤 GVW) | 대형 화물 트럭(>15톤 GVW) |
| 배터리 팩 에너지 크기 | 70 - 300kWh | 200 - 1000kWh |
인도 시나리오: EV 및 EV 충전 인프라
인도 EV 주식
인도의 모든 모드에서 EV의 판매 점유율은 새로운 정책 시나리오에서 2030년에 거의 30%에 도달하여 목표와 거의 일치합니다(인도 정부, 2018). 차량 전기화는 주로 이륜차 부문에서 이루어지며 2030년에는 BEV가 신규 차량 10대 중 4대를 차지합니다. EV는 또한 LDV 및 도시 버스 시장에 침투하여 모든 승용차 및 LCV의 14%, 전체 버스 판매의 11%에 도달합니다.
2017년 인도에서 전기차 보급은 2030년까지 전기차로의 완전한 전환을 목표로 추진됐다. 2018년에 30% 목표가 설정되었으며 차량 이용 및 충전 인프라 배치 모두에 대한 표준화, 공공 차량 조달 및 목표 경제 인센티브와 같은 여러 정책 조치의 지원을 받고 있습니다.
EV30@30 시나리오에서 인도는 전기 모빌리티로의 전환에서 글로벌 선두주자로서 2030년에 모든 모드(2륜/삼륜차 제외)에서 EV 판매 점유율 29%(이륜차/삼륜차 포함 54%)에 도달합니다. 2030년 인도에서는 이륜차의 72%, 자동차의 31%, 버스의 24%가 전기 자동차입니다. [ 8. 글로벌 EV Outlook 2020(IEA) 페이지 139, https://webstore.iea.org/download/direct/3007].
인도에서 West Bengal Transport Corporation(WBTC)은 FAME I(Faster Adoption and Manufacturing of Hybrid & Electric Vehicles)이라는 EV 사용을 장려하는 정부 정책의 첫 번째 단계를 통해 80대의 전기 버스와 충전기를 추가했습니다. 9미터 버스 중 일부에는 125kWh 배터리 팩이 있고 일부 더 긴(12미터) 버스에는 188kWh 배터리 팩이 있습니다.
그림 3.
2030년 인도의 EV 판매 [ Global EV Outlook 2020 (IEA) page 159, https: // webstore. iea.org/download/direct/3007]
지난해(2019년) 인도 전기차 판매량은 750만대, 총 재고는 약 759만대에 달했다. 작년에 이륜차는 2018년보다 130% 성장했습니다.
https://www.autocarindia.com/car-news/ev-sales-in-india-cross-75-lakh-mark-infy2019-412542 2020년 8월 6일 액세스).
일반적인 상황에서 2-W 제조업체는 정부 보조금 없이 스스로를 부양하는 법을 배웠습니다. 지난해(2019년) 4월 매출이 급감한 것은 (FAME II) 2단계 규정이 까다로워졌기 때문이다. 어떤 EV도 새로운 기준을 충족할 수 없습니다. 게다가 약 45일 정도 소요되는 재인증 절차로 판매가 지연됐다.
인도의 전기차 충전 인프라
적절한 EVCI(EV 충전 인프라)는 전기 자동차 도입의 핵심이었습니다.
한 국가에서 강력한 전기 자동차 공급 장비(EVSE) 네트워크의 가용성이 전기 자동차 수요 관점에서 리베이트 및 보조금을 제공하는 것보다 3배 더 효과적임이 입증되었습니다. EV를 홍보하는 데 중요합니다. 전 세계적으로 공공 충전 인프라는 지난 10년 동안 84%의 놀라운 CAGR로 성장했으며 2009-2012년과 2013-2014년 사이에 100% 이상의 성장률을 보이며 2010-2018년 사이에 평균 약 180%의 성장을 보였습니다.
인도 전기차 충전 인프라 성장 동향
인도는 신흥 전기 모빌리티 시장이며 세계에서 4번째로 큰 자동차 시장으로서 우리는 점차 전기 모빌리티의 중심 지역이 되고 있습니다.
인도의 EVCI 성장의 미래는 압도적으로 긍정적이며 글로벌 EVCI 보급 성장률을 달성할 것입니다.
도시 내 전기 택시 차량인 BluSmart를 소유 및 운영하는 Gensol Mobility는 수도권에서 입지를 확대했습니다.
그림 5
인도 공공 전기차 충전 인프라 성장 동향
인도 공공 전기 자동차 공급 장비( EVSE ) 느리고 빠름
포스트-리튬-이온 또는 비욘드-리튬-이온
범위를 두 배로 늘리기 위해 E-car 제조업체는 더 새로운 유형의 배터리를 찾고 있습니다. 다음 시스템이 조사되고 있습니다.
ㅏ. 리튬 고체 배터리 (http://www.usaspeaks.com/news/toyota-unveils-solid-state-battery-design-for-evs/)
비. 리튬 공기(산소) 배터리 [ 11. David L. Chandler | MIT 뉴스 오피스]
씨. 나트륨 이온 배터리
디. 공기아연전지 [12. Jonathan Goldstein, Ian Brown 및 Binyamin Koretz JPower Sources, 80 (1999) 171-179].
이자형. 리세리온 배터리
EV 배터리 팩 디자인
팩의 셀 수는 리튬 이온 셀의 화학적 성질에 따라 달라지며, 이는 차례로 사용된 캐소드 재료에 따라 달라집니다.
예를 들어, 각각 3.25Ah 용량의 니켈-코발트-알루미늄(NCA) 음극 유형 셀로 만든 85kWh 배터리를 가정해 보겠습니다.
가정:
배터리 팩 전압 = 350V
공칭 셀 전압 = 3.6V
정격 에너지 용량 = 85kWh
실제 에너지 용량 = 80kWh(정격 용량의 ~ 95%)
정격 용량 = 3.25Ah
실제 용량 = 3.1Ah(정격 용량의 ~ 95%)
350V 팩의 경우 위의 셀을 사용하려면 350V/3.6V = 97.2개의 셀이 필요하며 단순성을 위해 96개 또는 98개 셀로 반올림합니다.
그러나 직렬로 연결된 96개의 단일 셀의 에너지 용량은 96*3.6V*3.25Ah = 1123Wh입니다. 따라서 이 특정 모듈 설계는 1123Wh가 됩니다.
따라서 병렬로 연결할 셀의 수 = 85000Wh/1123Wh = 75.7 @ 76입니다.
하나의 모듈에 76개의 셀을 병렬로 연결할 수 있으며 용량은 76*3.25 Ah = 247 Ah입니다.
96개의 셀을 각각 6개의 셀로 구성된 16개의 모듈(또는 각각 8개의 셀로 구성된 12개의 모듈)로 편리하게 나눌 수 있으며, 모두 직렬로 연결되어 있습니다.
따라서 총 전압은 16*6 =96 *3.6V =345.6V @ 350V가 됩니다.
또는
총 전압은 12*8 =96 *3.6V =345.6V @ 350V입니다.
따라서 한 모듈의 총 정격 Wh는 247 Ah*6*3.6 V = 5335 Wh가 됩니다.
따라서 팩의 총 정격 Wh는 247 Ah*6*3.6 V*16 = 85363 Wh @ 85 kWh가 됩니다.
따라서 팩의 총 실제 Wh는 76*3.1 Ah = 236 Ah*350 V = 82600 Wh @ 82 kWh가 됩니다.
이제 에너지 용량은 85kWh입니다. 따라서 한 팩의 총 셀 수는
85000Wh/3.6V*3.25Ah= 7265셀(정격)
85000Wh/3.6V*3.1Ah= 7616셀(실제)
유사한 방식으로 3.25V 리튬 철 인산염(LFP) 전지를 사용하여 350V 팩을 달성하려면 (350V/3.25V) 107.7 전지가 필요합니다. 다시 말하지만, 단순화를 위해 108개 또는 110개 셀을 사용하기로 결정할 수 있습니다. 여기서 우리는 110개의 셀에 대해 각각 10개의 셀로 구성된 11개의 모듈 또는 108개의 셀에 대해 각각 6개의 셀로 구성된 18개의 모듈을 설계할 수 있습니다.
또는 2.3V LTO(티타네이트 리튬) 셀을 사용하여 원하는 전압에 도달하려면 152개 셀(350V/2.3V)이 필요하거나 160개 셀로 반올림됩니다.
70kWh 및 90kWh, 3.4Ah의 NCA 셀 18650개; 수냉식.
90kWh 팩에는 7,616개의 셀이 있습니다. 배터리 무게는 540kg(1,200lb = 540kg)입니다.
병렬 구성에서 오류가 발생할 확률은 낮으므로 단일 셀 오류가 전체 배터리에 영향을 미치지 않습니다.
배터리 전력 및 용량 계산
350V 전압과 85kWh 배터리 팩의 이전 예를 살펴보겠습니다. 일반적으로 EV의 경우 1C 비율 방전이 고려됩니다. 따라서 전류는 85000Wh / 350V = 243Ah가 됩니다. 따라서 전류는 240A가 됩니다. 전력 = V * A = 350*240 = 84000W = 최대 84kW입니다. 그러나 BMS는 이 전력의 80%만 최대로 허용합니다.
따라서 사용된 실제 전력은 84*0.8= 67.2kW가 됩니다. 앞서 언급했듯이 회생 에너지의 평균 백분율은 약 15%입니다. 이 수치는 어떤 경우에는 40% 이상까지 올라갈 수 있습니다. 회생 전력은 40kW를 넘지 않습니다.
경쟁 리튬 배터리의 전압
표 8
| 성능 매개변수 | NCA | NMC | LMO | LFP | LTO | LCO |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 셀의 공칭 전압(V) | 3.6 | 3.6 | 3.8 | 3.2 | 2.2 | 3.6 |
비에너지 및 에너지 효율
효율이 25%라고 가정하면 화석 연료는 12000*0.25 = 3000Wh/kg의 사용 가능한 에너지를 제공할 수 있습니다. 배터리의 경우 효율이 높아 배터리에서 150*0.9 = 135Wh/kg의 가용 에너지를 얻을 수 있습니다.
사용 가능 비율 = 3000/135 = 22.22배
직접 비율 = 12000/150 = 80배
리튬 이온 배터리 재활용
[ 14. Bin Huang Zhefei Pan Xiangyu Su Liang An, J Power Sources, Volume 399, 2018년 9월 30일, 페이지 274-286]
특히 EV 부문에서 LIB에 대한 수요가 계속 증가함에 따라, 많은 수의 리튬 이온 배터리가 재활용 또는 재사용을 위해 반환됩니다. 사용한 리튬 이온 배터리를 적절하게 폐기하지 않으면 환경 오염 및 자원 낭비와 같은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 기술 혁신과 정부의 참여가 모두 필요합니다.
자세한 내용에 관심이 있는 독자는 이 주제에 대한 출판물을 참조할 수 있습니다.
두 번째 수명 배터리(EV 수명 종료 후 EV 배터리 재사용
재활용 분야에서는 EV 배터리를 폐기한 후 EV 배터리를 재사용하거나 이 배터리에서 재료를 재활용하는 방안이 검토되고 있습니다.
2020년 인도에 전기 자동차 출시
2020년에는 제조업체가 BSVI 준수 자동차와 오토바이에 집중하는 모습을 볼 수 있을 뿐만 아니라 일부 제조업체는 탄소 배출을 완전히 없애고 EV 플랫폼에 도전하기 위한 추가 조치를 취할 것입니다. 다음은 올해 확인된 몇 가지 EV이며 일부는 올해 곧 출시될 예정입니다. 그들은:
타타넥슨EV
G 모터 인디아 ZS EV
아우디 e-트론
포드 마힌드라 어스파이어 EV
폭스바겐 ID 3
재규어 I-페이스
포르쉐 타이칸 4S
사용 가능한 세부 정보는 아래 표에 나와 있습니다.
표 9
2020년 인도에 전기차 출시
(http://overdrive.in/news-cars-auto/cars-coming-to-india-in-2020-electric-vehicles/)
| EV(Wh 소모량/km) | 가격 | 배터리 유형 | kWh 용량 | 가용 용량 | 모터 | 토크 | 가속 | 최고 속도 | 범위 km | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 타타넥슨EV (100Wh/km) | 루피 15~17L | 리튬 이온 | 30.2 | 영구 자석 AC 모터 | 129PS 및 245Nm 앞바퀴 | 0에서 100km/h까지 9.9초 | 없음 | > 완전 충전 시 300km | ||
| GM ZS EV (129Wh/km) | 리튬 이온 | 44.5 수냉식 배터리 팩 | 143PS/350Nm 모터 구동 앞바퀴 | 345 | 온보드 충전기. 6~8시간 내에 완전 충전; 또한 50kW 충전기 설정 예정 | |||||
| 아우디 e-트론 (220Wh/km) | 리튬 이온 | 96 | 86.5 | 후방 및 전방 모터 | 436 | |||||
| 포드 마힌드라 어스파이어 EV | 루피 6 ~ 7 L | 리튬 이온 | 리어 액슬 모터 | 300+ | ||||||
| 폭스바겐 ID 3 (136Wh/km) (138Wh/km) (140Wh/km) | < 30000유로 | 리튬 이온 | 45(기본 버전) | 330(WLTP) | 30분 충전으로 290km(100kW DC) | |||||
| 루피 세금 및 관세 전 ~ 23.85 L | 리튬 이온 | 58(중급) | 205PS 및 310Nm | 160 | 420 | |||||
| 리튬 이온 | 77(최상위 사양) | 550 | ||||||||
| 재규어 I-페이스 (180Wh/km) | 리튬 이온 | 90 | 2개의 모터 | 400PS 및 696Nm의 토크 | 0-100km/h 4.8초 | 320 | >500 | 80% 채널 90분 | ||
| 포르쉐 타이칸 4S (195Wh/km) | 리튬 이온 | 79.4 | 듀얼 모터 800V | 435PS, 오버 부스트 시 530PS, 640Nm. | 0에서 100km까지 4초. | 250 | 407 | |||
| 리튬 이온 | 93.4 | 463 |
