전기자동차 구조 및 보급 전망 교통안전공단 자동차안전연구원 배 중 호 부연구위원
목 차 1 전기자동차 구조 및 기능 2 전기자동차 충전시스템 3 전기자동차 전망 2
전기자동차 구조 및 기능 3
전기차 개발 필요성 대기오염 지구 온난화 에너지 유해 배기가스(HC, CO, NOx) 규제 대기온실효과 (CO2 규제) 석유자원 고갈 배기가스 규제강화 동력시스템의 저 연비화 저 연비화, 대체에너지 개발 -CARB -EURO 저공해 자동차의 일정 비율 의무화 - 소형경량화 - 주행저항 저감 - 초저연비화 3-Liter Car개발 (3리터 100km 주행) 신동력시스템 - 전기식 - 전기식+기계식 (하이브리드) 연구개발 전략적 제휴 GM+Toyota Ford+Benz 전기자동차(배터리, 연료전지) 하이브리드 자동차 4
그린카 기술개발 방향 추가자료 세계 에너지감축 시나리오 World passenger vehicle sales & average new vehicle CO2 intensity in the IEA 450 Scenario < Source: IEA World Energy Outlook 2009 > The IEA 450 Scenario estimates deployment of next generation vehicles through 2030 5
전기자동차 개발 역사 전기차는 배터리 기술 한계 등으로 과거 보급 실패 최근 리튬이온 배터리의 개발 등으로 다시 주목 받고 있는 추세 전기차 보급 문제점 : 높은 차량 가격, 충전 인프라, 짧은 주행거리 등 GM 시보레 볼트 (2010. 12월) 6
전기자동차 개발 역사-토머스 에디슨 전기차 (1913년) 7
전기자동차 구성 인버터 & 충전기 전기차용 클러스터 급속충전기 배터리관리시스템 배터리 전기모터 & 감속기 8
전기자동차 구성 주요부품 주요기능 및 특징 모터 & 감속기 배터리에서 발생된 전기를 토크로 변환하여 구동력 발생 배터리 인버터 충전기 LDC 회생 제동장치 전동식 A/C 전기에너지 저장 및 공급 장치로 전기차 성능 핵심부품 고전압 배터리 전원을 이용하여 모터 토크를 제어하는 장치 가정용 전원(완속충전, 220V, AC) 및 급속충전기(고전압, DC)를 이용하여 배터리 에너지 저장장치 저전압직류변환기, 고전압 배터리로부터 12V 차량 전원 공급(DC - DC) 제동 및 차량 감속시 잔여 구동력으로 전기를 발생 배터리에 충전하는 장 치(에너지 효율 증대) FATC(자동온도조절장치) 및 전동식 압축기 이용 공조장치 최적제어 9
전기자동차 주행 및 작동 원리 10
친환경자동차 현황 11
친환경자동차 현황[환경친화적 자동차의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률] 친환경자동차 정의 하이브리드자동차 : 휘발유, 경유, 액화석유가스, 천연가스, 지식경제부령으로 정하는 연료 + 전기에너지 연료전지자동차 : 수소를 사용하여 발생시킨 전기에너지 전기자동차 : 전기공급원으로 부터 충전 받은 전기에너지 *저속전기자동차 : 60km/h, 총중량 1361 kg, 전기자동차[자동차관리법] 태양광자동차 : 태양에너지 천연가스자동차 : 천연가스(압축 및 액화)를 동력원 클린디젤자동차 : 경유사용, 오염물질을 하이브리드자동차, 천연가스자동차와 유사수준으로 배출 온라인전기자동차 : 차량 집전장치 통해 도로 급전라인에서 공급 12
전기자동차 소재의 변화 13
전기자동차 소재의 확보 자동차 고성능 모터용 네오딤계 자석 - 레어어스 많이 사용 * 레어어스 : 네오딤 비롯한 17개 광물 총칭 - 레어어스 중 산출량 적은 디스프로슘, 테르븀 등 금속 첨가 * 레어어스 중 중희토류 분류, 중국 세계 90% 이상 공급, 산지 한정 -네오딤, 디스프로슘 국제 가격 08년말에 04년 2배 이상 상승 14
전기자동차 소재의 안정적 확보 추가자료 15
전기자동차 주행거리 증대 16
전기자동차 일반 특징 장 점 주행 중 배기가스 배출 없음 단 점 1회 충전에 주행가능거리가 짧다 진동, 소음이 적다 감속 시 에너지 회수 가능 정차 중 모터가 정지하므로 에너지 효율이 좋고 CO2 배출량 적음 전지에 축적되는 전기는 석유 이외에 다 양한 에너지에서 만들어지므로 에너지 다양화 가능 현시점 소량생산인 관계로 전지가격 등이 고가이므로 차량 가격이 비싸다 충전 인프라가 정비되어 있지 않음 충전시간이 많이 걸리고 관리 유지에 시간과 비용이 종래 차보다 많이 든다 * 현재 단점이었던 사항들이 기술발전으로 개선되어 가고 있음
전기자동차 배출가스 비교 가솔린 자동차 디젤 자동차 구분 하이브리드차 전기 자동차 연료 전지차 CO2 이산화탄소 NOx 질소산화물 PM 미립자물질 가격 인프라 + + + : 매우 좋음, : 좋음, : 보통, + : 나쁨
협의의 전기자동차 종류 차 종 E-Bicyles Golf cart NEV UEV EV PHEV 주행거리 /Charge Start 50km 100km 150km 구동전압 12~72V 48~100V 100~350V 주전원 납축전지 리튬 이온 전지 가솔린+리튬이온 (PHEV) 차량가격 $8,000 $12,000 $25,000 $60,000 $45,000 사업주체 중소/벤처 기업 대기업 19
친환경자동차 개발 전략 주행거리 200km 이하 단거리용 소형자동차는 전기자동차 주행거리 500km 이상의 중대형자동차는 연료전지자동차 20
EV 구조 전기구동장치 21
EV 구조 에너지저장장치 및 충전시스템(1) 22
EV 구조 에너지저장장치 및 충전시스템(2) 23
EV 구조 차체 및 샤시 24
EV 구조 공조장치 및 고전압 전장품 25
전기자동차 구조 (imiev) 26
전기자동차 모터 및 엔진 특성
Battery 종류별 특성 추가자료 납 (Lead Acid) 니켈카드뮴 (Ni-Cd) 니켈수소 (Ni-MH) 리튬이온 (Li-ion) 리튬이온 폴리머 양극 이산화연 니켈계 옥시수산화 니켈 리튬금속 산화물 리튬금속 산화물 등 음 극 납 카드뮴 MH (Metal Hydride) 탄소질 탄소질 등 전 해 질 황산 알카리계 알카리수용액 유기질 유기질 등 작동전압(V) 2 1.2 1.2 3.6~3.8 3.6~3.8 에너지밀도 (Wh/kg) 35 50~60 60~80 90~120 180~200 자기방전율(%) 6 20~23 15~20 5 0.1 메모리 효과 없음 있음 있음 없음 없음 각종 안전성 좋음 좋음 좋음 보통 보통 환경오염 有 有 無 無 無 용 도 - 일반 자동차 -국내NEV급 배터리 초기 핸드폰, 노트북 (현재 사용안함) -프리우스, 시빅 프라이드 HEV -96~ 99년의 핸드폰, 노트북 - 현재 핸드폰, 노트북, AV -닛산 니혼전지 - 국내 NEV(옵션) - '09년 현대 아반떼 -GM 시보레볼트 적용 장 점 신뢰성, 저단가 고용량, 대전류 방전 (납보다) 검증된 수명, 안전성, 저가 고에너지 밀도 경량,적은부피 리튬이온장점, 안전성, Size Flexibility 단 점 낮은 에너지밀도 고중량 환경문제, 메모리 효과, 낮은 에너지밀도 급속충전 힘듬 저온성능 낮음 안전성, 고가 고가
도로주행 모니터링 모니터링 대상 차량 (NEV, EV) 구 분 저속전기자동차(NEV) 전기자동차(EV) 업 체 명 CT&T 에이디모터스 현대자동차 Model Name 이존 체인지 블루온 길이x너비x높이 2,655 1,440 1,565mm 3,210 x 1,575 x 1,560 mm 3,585x1,595x1,540mm 탑승가능 인원 2 2 4 무 게(차량중량) 840kg 830 kg 1,130 충전시간 6~7시간 6~7시간(급속 : 30분) 6~7시간 (급속 : 30분) 구동전동기 18kW 16kW 50kW 배터리 납축전지 72v, 165Ah 리튬인산철(9.2kWh) 리튬이온 폴리머 (16.4 kwh) 일충전 주행거리 31.2km 77.9 km(환경부) 140km(환경부) 최대시속 55km/h 60km/h 130km/h 모델 29
도로주행 모니터링 모니터링 대상 차량 [버스, 신규] 구 분 전기자동차(버스) 전기자동차(EV) 업 체 명 현대자동차 기아자동차 르노삼성 Model Name 일렉시티 레이 전기차 SM3 Z.E 길이x너비x높이 10,995 2,490 3,310 mm 3,595 1,595 1,710 mm 4,750 1,810 1,460 mm 탑승가능 인원 51인승 4인승 5인승 무 게(차량중량) 12,295 kg 1,185 kg 1,565 kg 충전시간 60분 (전용충전기) 6~7시간 (급속 : 30분) 6~8시간 (완속) 구동전동기(최고출력) 300kW 50kW 70kW 배터리 리튬이온 폴리머 (95 kwh) 리튬 폴리머 (16.4 kwh) 리튬 폴리머 (24 kwh) 일충전 주행거리 75km(60km/h 정속) 91km 135km(환경부) 123km 182km(환경부) 최대시속 85km/h 130km 140km 모델 30
충전시스템(급속, 완속) 31
완속충전기 (예시, 일반제원) MODEL INPUT Out put Power User identification Communication Display Protective Function Connector Size Weight Features 완속충전기(예) AC 220V ± 10%, 60Hz 3.3kW RFID card TCP/IP (Main server) Touch screen panel Over current, Ground fault circuit interrupt IEC60309 310(W)* 160(D)*1800(H) mm 60kg For NEV, EV 스텐드형 벽걸이형 32
급속 충전기 (예시, 일반제원) 구분 50kW 충전기 200kW 충전 스테이션 AC 입력 DC 출력 크기 500(L) x 688(W) x 1412(H) mm 50kW충전기 X 4EA 무게 180kg (커넥터 포함) 50kW충전기 X 4EA 보호기능 충전방식 표시 프로토콜 효율 냉각방식 전압 3상, AC 380V ±10% 주파수 역율 동작전압 50/60Hz 95% 이상 Max. 500[Vdc] 동작전류 Max. 125[A] Max 500[A] 최대전력 50kW 200kW 과전압, 과전류, 과열, 출력단락, 출력단선, 역극성, Ground fault 검출 정전류, 정전압, 정전력 Touch Screen CAN 2.0A/B 90% 이상 FAN 냉각 기타 - Power Control Unit 설치 33
완속과 급속 충전기의 차이점 급속충전 급속충전기 Main Power Batery BMS DC output AC input 3상 380V CAN통신: BMS와 충전기간의 통신 대전류 충전 완속충전 완속충전기 Main Power BMS 장착형 충전기 AC input 가정용 전원사용 DC output CAN통신: BMS와 충전기간의 통신 저전류 충전 34
기능 및 충전방식 충전전압, 충전전류 모니터링 및 제어 Touch Screen Display Communication Main Control Board CAN 병렬 연결식 Power Module 정전류-정전압 충전방식 전압,전류량 정전류 정전압 80% 충전 충전시간 35
전기자동차 전망 36
친환경자동차 전망 37
전기자동차 시장 전망 38
전기자동차 국외 개발동향 일 본 유 럽 북 미 구분 미쓰비시 스바루 도요타 닛산 르노 다임러 푸조 포드 크라이슬 러 기타 개발 차량 i-miev Stella EV IQ EV LEAF Fluence ForTwo EV Dodge EV Nuvu 컨셉카 Sports Air R1e FT EV Pivo2 BlueZero E-Cell ion Nemo Revolt Focus EV Z.E. Concept Zeo 09 i-miev 양산 차량 및 일정 10 11 EV 또는 PHEV 1기종 생산 치루이 Tiggo EV(중국) BYD e6(중국) 창청 Kulla(중국) Tesla Roadster (미국) Th!nk City (노르웨이) 7 7 Stella EV 소규모 양산 투입[170대] ForTwo EV 11 ion 3 말 LEAF Focus EV 9 초 Fluence 초 12 FT EV 39
주요국의 전기자동차 보급 계획 추가자료 서유럽 환경차 시장전망 현수준 유가 : 8%(2020) 유가상승 : 14.5%(2020) 40
그린카 양산 로드맵(국내) 41
향후 전망 경쟁력(가격,성능) -배터리, 회생제동,제어 등 -원가절감 및 성능향상 -안전성 확보(내구 신뢰성) 전기자동차 정부 지원 -지원정책(보조금, 제도 등) -충전 인프라 구축등 보급기반 -희귀금속 등 자원확보 소비자 -환경보호 의식 -전기차, 경차 등 사용 확대
국민으로부터 신뢰 받는 교통안전전문기관 감사합니다 교통안전공단 자동차안전연구원 43