전기차의 구조와 작동 방식

전기 자동차는 어떻게 구동되는가

모델 S 섀시

엔진이나 가스 탱크가 없습니다. 대형 배터리를 장착한 배터리는 가정, 회사, 고속도로 등에서 충전되거나 쇼핑몰, 호텔, 료칸 등의 충전소에서 충전됩니다. 예를 들어, 85kWh 배터리를 장착한 Tesla Model S의 경우 일반 가정이 한 달에 소비하는 전력의 양은 약 300kWh이므로 약 8.5일 분량의 전기를 보관하기에 충분합니다. 그리고 배터리는 차체의 전체 하부에 장착되고 섀시와 통합됩니다. 배터리의 높이가 이보다 두꺼워지면 차에 들어갈 때 어려워집니다. 더 이상 배터리를 설치하기 위해 전방 또는 후방의 트렁크 공간에 적재할 수 있지만 무게가 불균형해지기 때문에 설계가 어려워집니다. 이 배터리는 약 550kg을 가지고 있으며, 자동차의 무게는 2.1t이기 때문에 배터리가 26%를 차지합니다.

모델 S 모터 레이아웃

모터는 사진에 빨간색으로 표시된 부분입니다. 4륜 구동용이지만 후륜 구동의 경우 한쪽에만 장착됩니다. 엔진에 비해 압도적으로 작으며, 포르쉐 911과 동일한 가속을 제공할 수 있습니다.

운전 시 전기자동차가 가속 페달을 밟습니다. 그런 다음, 배터리에서 가속기의 스테핑량에 따라 전기가 모터로 이동하고 자동차가 작동합니다. 가속기가 방출되면 모터는 타이어 회전으로 강제로 회전하고 모터는 발전기이므로 생성된 전기가 배터리로 방전되고 충전됩니다. 이런식으로 전기자동차가 가속하거나 감속할 때마다 배터리에서 전기를 사용하거나 반대로 재충전합니다. 물론, 총 손실의 약 30-40%가 전기로 발생하므로 영구적으로 실행할 수 없습니다.

대부분의 전기 자동차는 리튬이온 배터리를 사용합니다. 이것은 스마트폰 등에 사용되는 것과 같은 종류이며 배터리로서 매우 좋은 성능이지만 자동차에 사용하면 한계를 볼 수 있습니다. 특히 "에너지 밀도"와 "충전 속도"가 주요 문제입니다. 체적 밀도는 배터리가 공간을 차지한다는 것을 의미합니다. 이전 모델 S 예에서도 기존 기술로 800km를 주행할 수 있는 차량을 만드는 것은 불가능하며, 85kWh는 차체의 하부 전체에 장착되고 이동 거리는 약 400km입니다.

충전 속도는 리튬 이온 배터리의 형태로 LTO 형인 SCiB는 6분 만에 최대 80%까지 충전할 수 있으며, Tesla와 닛산에서 사용하는 NMC 유형은 30~40분 동안 80%를 사용합니다.
NCA와 NMC는 LTO보다 높은 볼륨 밀도를 가지며, 동일한 크기의 자동차에 더 많은 용량을 포장할 수 있기 때문에 주행할 수 있는 거리를 확장할 수 있지만 현재 충전 속도를 더 높이기는 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 이동 중 빠른 충전을 위한 빠른 충전 인프라 외에도 가정이나 회사(홈 충전) 등의 장소에서 충전하고 호텔이나 여관(대상 충전) 인프라와 같은 목적지에서 충전해야 하며, 현재 유지 보수는 빠른 속도로 진행되고 있습니다.

 

이 방법은 가정용, 호텔, 료칸 등에서 빠른 충전과 일반 충전과 다른 방법입니다. 물론, 퀵 충전기는 전력 회사의 전력망에 연결되어 있지만, 전력 회사가 전류를 번갈아 공급하기 때문에 교류전기는 충전기의 직류로 전환되어 배터리로 직접 충전됩니다.
일반 충전기는 구조를 더 쉽게 만들기 위해 남아있는 동안 자동차에 전기를 공급합니다. 즉, 배터리를 충전하기 위해서는 교류 전류를 차량의 직류 전류로 변환해야 하며, 이러한 이유로 차량 내 충전기가 설치됩니다. 또 다른 것은 자동차가 느려지면 전기가 모터에서 배터리로 되돌릴 때에도 교류 전기에서 직류 전기로 변환할 필요가 있다는 것입니다. 빠른 충전시, 배터리가 클수록 더 많은 전기를 동시에 충전할 수 있지만 배터리가 큰 경우 긴 내리막에서도 낭비 없이 전력을 회수할 수 있습니다. 전기 자동차가 배터리에서 전기 모터에만 실행되는 것은 예기치 않게 복잡한 메커니즘입니다.

 

전기 자동차의 작동 방식

우선, 중앙에 드라이브 배터리가 있습니다. 그것은 셀의 가장 작은 단위에 배터리를 포함하는 여러 모듈로 나뉩니다. 24개의 모듈, 192셀(한 모듈에 8셀), Model S는 16개의 모듈, 96개 그룹(한 모듈에서 6개 그룹), 7104셀(한 그룹에서 74셀)으로 구성됩니다. 배터리에는 이를 관리하기 위해 배터리 관리 장치가 연결되어 있습니다. 또한, 구동 배터리를 분리하는 접점이 내장되어 있으며, 컴퓨터의 지시에 따라 언제든지 구동 배터리를 분리할 수 있습니다.

구동 배터리의 400V 전기가 고전압 정션 박스에 들어갑니다. 여기에서 고압 전기는 모터에 연결되며, 인버터를 통해 모터에 스며듭니다. 인버터는 배터리에서 적절한 주파수의 AC로 DC를 변환하고 감속 중에 모터에서 생성된 AC를 DC로 변환하여 충전하기 위해 배터리로 반환하는 두 가지 역할을 가지고 있습니다.
모터는 변속기 또는 기어를 통해 차축을 구동합니다. 대부분의 기존 전기 자동차의 경우 변속기는 한 방향으로 고정되며 시프트 또는 CVT의 개념이 없습니다. 모터는 매우 넓은 토크 범위를 가지고 있으며 분당 0 회전에서 18,000 회전 (18,000 rpm)까지 안정적인 토크를 공급 할 수 있습니다.

전기 자동차에는 12V 배터리도 있습니다. 헤드라이트, 자동차 오디오, 자동차 에어컨, 차량 내 컴퓨터 등은 12V로 작동하는 부품이 많습니다. 또한, 사고와 같은 비상 사태에서는 FMVSS 305의 규정에 따라 컨택터를 열어야 하며 고전압 회로는 차단되어야 하므로 12V 배터리가 없는 경우 사고 당시 모든 전기 부품을 사용할 수 없으며 도어와 창문은 열리지 않으며 위험하게 됩니다. 12V 배터리는 DC 전압만 변환하는 장치인 DC/DC 컨버터를 통해 배터리에서 자동으로 충전됩니다. 이 DC/DC 컨버터는 정지 중에 작동하므로 12V 배터리는 전기 자동차에서 올라가기 어렵습니다.

충전 종류에는 급속 충전과 일반 충전이 있습니다. 급속 충전 시 고속 충전기 커넥터에서 나오는 400V DC는 고전압 정션 박스를 통해 드라이브 배터리를 직접 충전합니다. 반면에 충전기 커넥터는 일반적으로 AC이므로 차량 내 충전기를 통해 직류 전류로 변환된 다음 구동 배터리로 충전됩니다. 재수명 시 교류 전류가 인버터를 사용하여 직류 전류로 변환되고 충전되지만 일반 충전 시 차량 내 충전기에서 작동됩니다. 그 이유는 차량 내 충전기가 더 효율적이지만 인버터는 회생 제동과 같은 갑작스런 높은 전류에 더 적합하기 때문일 것입니다.

 

전기 자동차에 더 이상 필요하지 않은 부품