친환경자동차 시스템

시스템 개요

친환경자동차 시스템

친환경 차량은 일반 내연기관 차량에 비해 에너지 소비 효율이 높고, 대기오염 물질과 온실가스 배출이 적어 환경 친화적인 저공해 또는 무공해 자동차를 말함. 친환경 차량의 종류는 전기차(Electric Vehicle), 수소연료전지차(줄여서 수소차, Fuel Cell Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등이 있음. 부속 설비로는 배터리, 파워트레인, 전장화 부품, 전기차 충전 인프라, 연료전지 스택, 운전장치, 수소저장장치가 있음.

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시스템 구성도
친환경자동차 시스템 시스템 구성도
주 설비
  • 전기차 (EV; Electric Vehicle)
    전기차 (EV; Electric Vehicle)

    고전압 배터리에서 전기에너지를 전기 모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로 화석연료를 사용하지 않는 무공해 차량의 특성을 보유하고 있음.

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  • 수소연료전지차 (수소차) (FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle)
    수소연료전지차 (수소차) (FCEV; Fuel Cell Electric Vehicle)

    수소차는 수소와 공기 중의 산소를 직접 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 이용하는 자동차를 의미함.
    물 이외의 배출가스를 발생시키지 않기 때문에 각종 유해물질이나 온실가스에 의한 환경 피해를 해결할 수 있는 환경친화적 자동차임.

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  • 플러그인 하이브리드차 (PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehic)
    플러그인 하이브리드차 (PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehic)

    플러그인 하이브리드차는 차량 추진 에너지를 공급하기 위해 외부 전원으로부터 에너지를 끌어와서 저장하는 특성을 지니고 있음.
    하이브리드차와 비교하면, 플러그인 하이브리드차가 엔진과 모터 동력을 조합하여 차량을 구동하는 측면에서 하이브리드차와 동일하며, 반면, 하이브리드차는 자체 엔진과 발전기에서 생산한 전기만을 저장하여 활용한다는 점에서 차이가 있음.

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  • 하이브리드차 (HEV; Hybrid Electric Vehicle)
    하이브리드차 (HEV; Hybrid Electric Vehicle)

    하이브리드차는 엔진과 모터 동력을 조합하여 구동됨.
    출발과 저속 주행 시에는 엔진 가동 없이 모터 동력만으로 주행함.
    배터리 충전은 회생 제동 방식으로 이루어짐에 따라, 연비가 기존의 내연기관차 대비 40% 이상 높고 배기가스 저감 효과가 있음.
    엔진 출력에는 모터 출력이 추가되어 큰 구동력이 요구되는 오르막길 등에서 가속 성능이 좋고 정숙한 승차감을 갖는 장점이 존재함.

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부속 설비
  • 배터리
    배터리

    이차전지(축전지)로 정의되는 배터리를 모아 두었다가, 필요할 때마다 끌어다 쓰는 일종의 전기저장소로서, 향후 전기차 대중화 시기를 결정짓는 가장 중요한 핵심부품이다.

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  • 파워트레인
    파워트레인

    파워트레인은 동력전달장치로, 모터, 인버터, 컨버터, 전력관리제어시스템(BMS)로 구성된다.
    - 모터는 엔진을 대체하여 자동차 구동을 가능케 하는 장치이다.
    - 인버터는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 주는 역할을 담당한다.
    - 컨버터는 교류를 직류로 변환하는 설비이다.
    - BMS는 Battery Management System의 약어로, 배터리의 성능을 제어하여 전류/전압 모니터링, 셀밸런싱, 전하상태 파악 및 팩 안전성 보장 등의 기능을 담당한다.

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  • 전장화 부품
    전장화 부품

    전기장치부품을 의미하며, 세부적인 구성요소로는 공조시스템, 차량용 반도체, 디스플레이 등이 있다.
    - 공조시스템은 차량 내부의 환경을 쾌적하게 유지하는 역할을 담당하는 장치이다.
    - 차량용 반도체는 각종 기능을 작동하기 위한 비메모리, 데이터를 처리하기 위한 일시저장 메모리 DRAM, 영구적인 데이터 저장용 NAND로 구성되어 있다.
    - 차량용 디스플레이는 차량의 운전상태 및 네비게이션 역할을 수행하며 최근 자동차 정보 트렌드 확산에 따라 다기능과 진동/온도 변화에 강한 내구성을 고려하여 제작되고 있다.

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  • 전기차 충전 인프라
    전기차 충전 인프라

    전기차와 전력망을 연결해주는 기반 시설로, 전력공급설비, 충전기(급속/완속), 인터페이스, 충전정보시스템 등으로 구성되어 있다.
    - 전력공급설비는 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 설비이다.
    - 급속/완속충전기는 전기자동차의 충전구와 충전기를 직접 연결하여 전력을 공급함으로서 충전하는 방식의 기기이다.
    - 인터페이스는 충전장비에서 전기차에 전력 공급하기 위해 연결되는 커플러, 케이블 등이 포함된다.
    - 충전정보시스템은 충전기 운영상태에 대한 실시간 모니터링을 통해 수집한 정보를 웹, 스마트폰 등으로 전기차 이용자에게 제공하는 소프트웨어적 시스템이다.

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  • 연료전지 스택
    연료전지 스택

    스택(stack)은 일반적으로 수 백개의 셀을 직렬로 쌓아올린 연료전지 본체를 의미하며, 막전극접합체, 기체확산층, 분리판, 가스켓 등으로 구성된다.
    - 막전극접합체는 수소와 산소의 화학반응에 따라 전기가 생성되는 파트이다.
    - 기체확산층은 수소, 산소, 물을 공급 및 배출하는 장치이다.
    - 분리판은 산소와 수소를 Gas Flow Channel을 통해 GDL에 공급하고, 수소와 산소의 화학반응으로 생성된 물을 외부로 배출시킨다.
    - 가스켓은 수소, 공기, 냉각수의 누설을 방지한다.

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  • 운전장치
    운전장치

    연료전지 스택에 수소와 공기를 공급하여 스택에서 전기가 발생할 수 있도록 하며, 이 때, 스택에서 발생되는 열을 적정 온도로 관리하는 장치로, 구성요소로는 수소공급장치, 공기공급장치 등이 있다.
    - 수소공급장치는 수소연료탱크로부터 스택(연료전지)으로 수소를 공급하는 장치로, 솔레노이드 밸브, 레귤레이터 장치, 수소공급튜브 등이 세부 구성요소이다.
    - 공기공급시스템이란, 전기화학반응을 위해 연료전지 양극에 산소를 공급하는 장치로, 에어클리너, 공기블로워, 가습기 등으로 구성된다.

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  • 수소저장 장치
    수소저장 장치

    수소저장장치는 스택에 공급할 수소를 저장하는 장치로, 내연기관차의 연료공급장치에 해당하며, 구성요소로는 수소저장용 고압용기, 고압밸브, 배관류, 안전장치, 수소충전장치 등이 있다.

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