Presentation on theme: "4장 전기자동차 구조 4-1 전기자동차 주요부품 4-2 모터 4-3 전지 4-4 인버터/컨버터 4-5 모터제어기"— Presentation transcript:
1 4장
전기자동차 구조 4-1 전기자동차 주요부품 4-2 모터 4-3 전지 4-4 인버터/컨버터 4-5 모터제어기
2 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차/하이브리드 자동차의 보급은 자동차 산업의 패러다임 변화 3 4-1 전기자동차 주요부품
4 4-1 전기자동차 주요부품 주요부품 : 전지(배터리) 전기모터(및 모터 제어시스템) 인버터/컨버터 5 4-1 전기자동차 주요부품 전기 자동차 주요부품 :
6 4-1 전기자동차 주요부품 주요부품 : 전지 : 재충전이 가능한 2차전지(전기자동차 품질에 가장 큰 영향)
7 일본전산 자동차용 모터에 도전(1) 일본전산 자동차용 모터에 도전
8 일본전산 자동차용 모터에 도전(2) 모터 생산업체 일본전산은 일본의 장기불황 속에서도 10배의 성장 달성 9 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차 구조
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4-1 전기자동차 주요부품 주요 구성품 특 징 모 터 구동전지 DC/AC Converter 모터제어기 회생제동장치
11 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차의 주요 구성품 (HEV)
(PHEV) (BEV) (FCEV) 구 조 구 동 원
12 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차 주요 구성품 부 품 명 특 성 축 전 지 ㆍ리튬이온전지 혹은 리튬이온 폴리머전지 사용
13 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차/가솔린자동차의 대응부품 구 동 원 에너지원 에너지변환 충 전 기 제 어 기 발 전 기
14 4-1 전기자동차 주요부품 HEV(직렬형)구조 연료전지 전기자동차 구조
15 4-1 전기자동차 주요부품 전기자동차, 무엇을 필요로 하는가? 구분 비 고
구동전지
16 4-2 모터 모터 구동용 모터 혹은 회생용 모터의 용도로 사용 종래의 자동차 엔진 혹은 트랜스미션에 해당
17 4-2 모터 교류모터(AC)나 브러시리스 모터(BLDC) 사용이 증가 추세 18 BLDC(Brushless DC) Motor
19 4-2 모터 최근의 시보레 Volt, 닛산 Leaf, 테스라(Tesla) Motor, 미쓰비시의 i-MiEV 등
20 4-2 모터 모터는 HEV 및 EV 구동력을 실현하는 중요한 부품 승용차의 주행용 모터출력은 10~ 60kW 정도가 일반
21 4-2 모터 직류모터와 교류모터의 차이 모터는 일반적으로 회전자와
고정자로 구성
22 4-2 모터 가솔린 자동차와 비교 전기자동차 세 가지 우위성
23 4-2 모터 타이어의 제어 성능을 더욱 높이려면, 바퀴 하나마다 모터를 붙여서 독립적으로 제어하면 좋다.
24 4-2 모터 하나의 엔진이 네바퀴를 굴려야 한다는 틀에 박힌 발상을 뒤엎고 각각의 바퀴 안에 모터를 사용해 따로따로 돌리는 MIEV 컨셉트카는 자동차 역사에서 혁신에 가깝다. 현재 전기 자동차 양산의 걸림돌이 되는 축전지 문제점이 해결된다면 인휠 모터 전기 자동차는 새로운 자동차의 패러다임으로 각광받게 될 것 인휠 드라이브의 원리
25 4-3 전지 전기자동차 전지 : 가격을 낮추고 축전용량 및 사용기간 연장 필요
26 4-3 전지
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4-3 전지 전지의 발전동향 현재 우리주위에서 가장 많이 사용되고 있는 전지는 '리튬 이차전지’
28 4-3 전지 전지의 발전동향 대표적인 2차 전지
니켈카드뮴 전지(Ni-Cd) 니켈수소 전지(Ni-MH)
29 4-3
전지 [i-10 전기자동차와 I-MIEV 전지비교] 구분 i-10전기자동차 I-MIEV 전지 형식 리튬이온 폴리머 30 4-3 전지 전지의 특징 종류 특 징 사용 예 Ni-MH 전지 (니켈수소) ㆍ전력 수준이 낮다 ㆍ자가 방전율이 높다.
31 2차 전지, 20년 일본 아성깨고 세계 1위로 등극 한국 반도체·조선·TV에 이어 2차 전지도 일본을 제치고 세계 1위로 등극. 2차전지는 일본이 지난 20여년 동안 부동의 세계 1위를 지켜온 분야. 한국은 1999년 2차전지에 진출한 지 12년 만에 일본을 추월 일본 IT전문 시장전망기관 : 최근 보고서 "20년 동안 일본이 지켜왔던 중소형 2차전지(리튬이온전지) 시장 1위가 올해 한국으로 바뀔 것"이라며 "올해 한국은 38.5%, 일본은 38.4%의 세계 시장 점유율을 차지할 것"이라고 전망. [
] 개별 기업 단위에서는 이미 한·일 역전 삼성SDI : 사업 시작 11년 만인 2010년에 처음으로 일본 산요를 제치고 리튬이온전지 세계 1위 기업 선정(LG화학: 산요에 이어 3위) 신성장 동력산업인 2차전지 시장규모/올해 20조원에 육박하며, 2020년이면 스마트폰·전기자동차 보급 확대로 104조원 규모로 급성장할 것 2020년 메모리 반도체 시장 예상규모인 약 124조원에 육박.
32 한국 2차 전지 세계 1위 신화 달성 삼성SDI는 사업 진출 11년 만인 2010년 일본 산요를 제치고 중소형 2차 전지 시장 세계 1위에 등극 선제투자·속도전으로 상징되는 한국의 '전기·전자 역전의 공식'이 TV·반도체분야에 이어 2차 전지 산업분야에서도 통한 것 일본의 IT 전문기관은 일본이 한국에 뒤진 이유는 "일본 업체들은 기술에서 앞서 있으면서도 '이류(second-rate) 경영'으로 한국에 결국 뒤처졌다"고 분석 처음 리튬이온 전지를 개발한 것은 일본 업체들인데, 무겁지만 안전한 니켈수소전지에서 충분히 수익을 올리고 있었기에 투자를 주저했다.
이틈을 이용하여 한국 업체들은 그 틈을 공격적인 투자와 속도전으로 파고들었다. 삼성·LG 등 한국 휴대기기 업체들이 날로 시장 점유율을 높이는 것도 한국 2차 전지 업체들에 유리하게 작용하고 있다고 분석
33 한국, 전기자동차용 대형 2차 전지 시장 선점 한국은 대형 2차 전지 시장에서 일본이 넘보기 어려울 정도로 시장을 선점했으며 더더욱 강화할 전망 전기자동차용 전지는 휴대폰용 전지보다 6000~8000배 용량이 더 크다. 아직은 시장이 1조원 미만이지만, 미래 시장의 승부는 전기자동차전지에서 갈릴 것이라고 업계에서는 전망 LG화학은 대형 2차 전지 시장인 전기자동차용 전지 시장에서 세계 최선두 기업 자리매김. 2010년 이미 GM, 포드, 볼보, 현대기아차 등 10여개 업체를 전기자동차용 리튬이온 전지 고객으로 선점 삼성SDI는 독일 보쉬와
SB리모티브를 설립하고 2010년 부터 대형 2차 전지의 양산에 들어갔으며, BMW, 크라이슬러, 델파이 확보 SK에너지도 2011년 현대자동차가 생산한 국내 첫 순수전기자동차인 '블루온'에 2차 전지를 공급 일본도 뒤늦게 고객 확보에 나서 대부분 자국 자동차 업체에 2차 전지를 납품 34 한국, 전기자동차용 대형 2차 전지 시장 선점 (2012)
35 4-3 전지 차세대 고용량 배터리(리튬공기 전지) 전기자동차의 부품 수는 내연기관차 대비 60% 수준에 불과
36 4-3 전지 리튬공기 전지 리튬공기전지
방전작동원리 리튬공기전지 충방전 원리
37 4-4 인버터/컨버터 DC/AC Converter
인버터[inverter/뒤바뀜] : 직류와 교류를 바꾸는 장치(DC ↔AC) 38 4-4 인버터/컨버터 인버터의 원리 전력용 반도체(Diode, Thyristor, Transistor, IGBT, GTO 등)를 사용 하여 상용 직류전원을 교류전원으로 변환시킨 후 → 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환시켜 유도전동기의 회전속도를 제어 하는 것 유도전동기의 자속밀도를 일정하게
유지시켜 효율변화를 막기 위 하여 주파수와 함께 전압도 동시 변화시켜야 한다. 미츠비시 i-MiEV 인버터 현대 블루온 컨버터
39 4-4 인버터/컨버터 회로구성에 따른
Inverter 분류 구 분 동작 특성 비 고 전류형 전압형 PAM PWM
40 4-5 모터제어기 모터 제어기 엑셀 패달 조작량 및 조작속도를 검출해서 거기서 의도한 구동 토크 변화를 가져올 수 있도록 차속이나 부하 등의 조건에 따라 모터의 토크 및 회전속도를 제어 운전자의 오른발의 움직임에 따라 모터의 토크와 회전속도를 제어한다. 여기서 전원은 전지이며, 일정전압의 직류전류를 얻을 수 있다. 직류모터라면 전류 크기/전압 크기를 제어 교류모터일 경우 : 교류로 변환하고, 다시 진폭이나 주파수제어
41 4-5 모터제어기 시보레 볼트 모터 GM 볼트의 리튬이온 축전지/LG화학공급
42 4-5 모터제어기 【1】 EV의 출력제어의 기본 개념
43 4-5 모터제어기 반도체회로를 ON-OFF → 고주파 펄스 상태의 전류 생성 통전시간=펄스수를 제어해서 전류의 크기 결정
44 4-5 모터제어기 【2】 교류모터의 경우 엑셀 패달의 누름동작(Stroke)에 대해 교류전류 진폭 변화 → 토크 제어
45 4-6 회생제동장치 회생제동장치(Regenerative Braking System)
46 4-6 회생제동장치 회생제동 시스템
구성 프리우스 제동장치 개요 (a) 가속 (b) 제동 HEV 가속과 감속 시 에너지 저장
47 4-6 회생제동장치 HEV의 가속 시 전륜 구동축이 바퀴를 회전시켜 노면과 바퀴에 견인력을 전달한다. 제동 시 구동륜이 발전기 로터(회전자) 역할로 변화 회생제동은 자동차의 운동에너지가 발전기(바퀴의 회전축)를 구동해 발 생한 역기전력을 배터리로 회수하고 제동을 수행하는 제동 기술 발전기를 돌리려면 회전력이 필요한데 필요한 회전력은 버려지는 제동 력(감속하는 바퀴 회전축)을 이용 이때 운동에너지를 전기에너지를 변환해 이를 2차 전지에 저장 후 발진, 가속, 등판 시에 모터를 구동하며 에너지를 재이용하기 때문에 HEV의 전체 연비 개선량의 35%
달한다. 가장 큰 장점은 배터리 충전상태(SOC:State Of Charge)의 증가로 가속, 감속을 반복하는 도심주행모드에서 연비 효율을 높일 수 있다. 회생제동으로 유압 마찰 제동량을 줄일 수 있어 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 패드 등의 수명이 연장된다. 회생제동으로 제동 토크가 발생함에 따라 운전자는 기존 유압 마찰제동 과 다른 이질감을 느낀다.
48 4-6 회생제동장치 기계식 유압 마찰 제동장치에서는 운전자의 페달 조작량에 대응 하는 만큼 유압제동력이 발생
49 4-6 회생제동장치 장점 : 연비개선 효과가 매우 크다 세기를 자유롭게 제어 할 수 있다. 마찰재의 부담이 줄어 듬 50 4-6 회생제동장치 프리우스 제동장치 문제 2010년 2월,
도요타 자동차의 하이브리드 전기자동차인 프리우 스가 가속 페달 결함으로 인한 대규모 리콜 사태로 궁지에 몰렸 으며, 도요타 자동차는 제동 시스템인 ABS(Anti-Lock Brake System : 미끄럼 방지장치)의 설계에 문제가 있었다고 시인 프리우스가 주행할 때 제동 장치가 순간적으로 작동하지 않는 것으로 느껴지는 것은 하이브리드 자동차인 프리우스가 가솔린 엔진과 전기 모터의 2개 시스템으로 작동하는 데서 비롯 프리우스가 울퉁불퉁하거나 미끄러운 노면을 달릴 때 운 전자가 제동 페달을 밟을 경 우 제동장치 작동 방식이 유 압식에서 전자식으로 전환되 면서 제동장치가 순간적으로 작동하지 않는 것으로 느껴짐
51 4-6 회생제동장치 프리우스 제동장치 문제 최근 판매된 프리우스 회생 제동 장치에 크고 작은 문제가 있다 고 알려져 있다. 52 4-6 회생제동장치 모터와 발전기의 동작원리
53 4-6 회생제동장치 전철의 전기제동 구분 발전제동 전기 동력으로 구동되는 차량이나 기기류의 브레이크 방식의 일종 54 4-6 회생제동장치
전철의 전기제동 구분 발전제동 회생제동 55
4-7 전지시스템(BMS) 전지시스템(BMS : Battery Management System) 축전지를 관리하는 시스템 56 4-7 전지시스템(BMS) 노트북이나 휴대폰의 폭발한 사고가 빈번하게 발생
57 4-7 전지시스템(BMS) BMS의 기능 : 축전지를 이루는 개별 셀의 상태를 모니터링 응급의 경우에는 축전지를 분리 58 4-7 전지시스템(BMS) 차량의 에너지 관리 구성도
59 4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 내연기관 자동차 : 1리터 휘발유 완전히 연소 ➜ 9.7 kWh 에너지 생성
60 4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 내연기관의 에너지 효율은?
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4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 내연기관차와 비교한 전기자동차의 에너지 효율은?
62 4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 장점
63 4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 단점 낼 수 있는 에너지당 중량이, 석유 계 연료에 비해서 매우 크다.
64 4-8 전기자동차와 내연기관 자동차와의 비교 [동영상] 미래의 자동차-2
65 4-6 평가 자동차 산업의 패러다임 변화 전기 자동차 주요부품 전기 자동차 중요부품의 비중 모터 생산업체 일본전산의 성공비결 66 Thank you!
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