수소전기차

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수소전기차는 석유·가스 등에서 추출된 수소를 연료로 공급해 공기 중의 산소와 반응시켜 전기와 열을 생산하는 수소연료전지를 배터리 대신 사용하거나 배터리 또는 슈퍼 커패시터와 함께 사용하여 온보드 모터에 전력을 공급함
  • 연료전지는 일반 화학전지와 달리 연료와 공기가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있으며, 화석 연료를 이용하는 터빈 발전 방식에 비해 에너지 효율이 높고 소음이 적으며 온실가스 발생이 적은 친환경 에너지원으로 고려됨
수소전기차의 원리
수소전기차의 원리 이미지
연료전지시스템(스택+운전장치), 전장장치, 수소저장장치로 구성됨
  • 스택 : 수소와 산소가 만나서 전기를 발생시키는 장치
  • 운전장치 : 스택에 수소와 공기를 공급, 제어하고 발생하는 물과 열 제거
  • 전장장치 : 스택 발생전기를 모터에 공급하고 전력을 제어하는 장치
  • 수소저장장치 : 고압 수소를 저장하고 압력을 조절하는 장치
수소전기차의 구조
수소전기차의 구조 이미지 수소전기차의 구조 이미지
수소전기차 기술/부품 범위
기술 기술 및 역할
차량 차량설계 기술 수소전기차 Powertrain layout 제조 및 안정, 연비 효율성
차량 ・ 운전제어 기술 수소전기차 운행에 따른 연료전지 스택, 운전장치, 전장장치, 수소저장장치를 개별 또는 통합 제어하는 기술
차량 ・ 열화방지 기술 온도, 습도, 노면, 진동, 도로형상, 공기순도 등 자동차 주행에서 발생하는 외부환경에 의한 시스템 성능감소 방지기술
차량 ・ 냉시동 기술 영하의 온도에서 방치된 수소전기차 또는 연료전지시스템을 동작시키기 위한 기술(수소전기차 내구성과 밀접한 관련)
스택 막전극접합체 수소를 수소이온으로 해리시키고 이온을 전달하는 역할
스택 ・ 기체확산층 다공성 탄소 소재로 수소, 공기, 물을 공급하고 배출시키는 역할
스택 ・ 분리판/가스켓 (분리판) 연료를 공급하고 생성된 물을 배출시키며 전기를 집전하는 역할
(가스켓) 수소, 공기 및 냉각수의 누설을 방지하는 역할
스택 ・ 셀전압 모니터링 스택의 각 셀 전압을 측정을 통한 스택 보호하는 역할
스택 ・ 체결기구 스택의 구성부품을 체결하여 내부저항을 감소시키고 진동 등의 조건에서 스택 구조를 유지하는 역할
스택 ・ 인클로저/ 인터페이스 수분, 충격, 진동 등 스택을 보호하는 역할
운전장치 공기공급장치 공기 중 불순물을 제거하여 스택으로 공급하는 역할
운전장치 ・ 수소공급장치 고압의 수소를 저압으로 낮추어 스택에 공급, 재순환하는 역할
운전장치 ・ 열관리장치 스택에서 발생하는 열 배출 및 스택 온도를 유지하는 역할
전장장치 구동모터 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 구동하는 역할
전장장치 ・ 감속기 차량 출발, 가속, 등판시 모터의 토크를 증대시키기 위한 역할
전장장치 ・ 전력변환장치 DC 전압을 AC로 전환하거나 고전압을 저전압으로 낮추는 역할
전장장치 ・ EMI/윤활/ 냉각NVH 전장부품의 전자파, 냉각, 진동 및 소음 방지 등의 역할
전장장치 ・ ECU 및 제어장치 FCEV 내 수많은 전자장치를 제어하고 관리하는 역할
수소저장장치 수소용기 FCEV 주행거리를 높이기 위해 고압 수소를 저장하는 역할
수소저장장치 ・ 고압 밸브/배관/ 레귤레이터 수소를 고압용기로부터 수소공급장치로 보내고 차단하는 역할. 고압의 수소를 저압으로 전환하는 역할
수소저장장치 ・ 안전장치 고압용기에 문제가 발생할 경우 수소 배출, 차단하는 역할. 고압용 압력, 온도, 수소 센서 등
수소저장장치 ・ 수소충전/ 수소저장제어기 차량내 수소저장시스템을 제어하는 역할과 수소충전소에서 FCEV로 수소를 충전하고 안전성을 모니터링
수소전기차의 구조는 기존 내연기관과 동일한 형태를 가지고 있으나 전기자동차 등과 같이 언더플로워에 부품을 배치할 수 있는 장점이 있음. 언더플로워에 부품을 배치하기 위해서는 전용 차체가 필요함
언더플로어에 부품이 배치되어 있는 수소전기차 구조
언더플로어에 부품이 배치되어 있는 수소전기차 구조 이미지
수소전기차의 부품은 연료전지시스템(스택+운전장치), 전장장치, 차체/새시, 수소저장장치, 제어 등으로 구분됨. 특히 연료전지시스템과 수소저장장치는 기존 내연기관에서는 볼 수 없는 수소전기차만의 전용부품에 해당함
엔진룸에 연료전지시스템이 탑재된 형태(GM Equinox)
엔진룸에 연료전지시스템이 탑재된 형태(GM Equinox) 이미지

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