전기 자동차의 속도, 주행 거리, 토크 및 이러한 모든 중요한 매개 변수는 전적으로 자동차에 사용되는 모터 및 배터리 팩의 사양에 따라 달라집니다. 강력한 모터를 사용하는 것이 큰 문제는 아니지만 문제는 모터의 수명을 저하시키지 않고 오랫동안 모터에 충분한 전류를 공급할 수있는 배터리 팩을 설계하는 데 있습니다. 전압 및 전류 수요에 대처하기 위해 EV 제조업체는 자동차 한 대를위한 배터리 팩을 형성하기 위해 수천 개는 아니더라도 수백 개의 셀을 결합해야합니다. 테슬라 모델 S에는 약 7,104 개의 세포가 있고 닛산 잎에는 약 600 개의 세포가 있습니다. 리튬 전지의 불안정한 특성과 함께 이러한 많은 수는 전기 자동차 용 배터리 팩을 설계하기 어렵게 만듭니다. 이 기사에서는 전기 자동차 배터리 팩이 EV 용으로 어떻게 설계되었는지 살펴 보겠습니다.처리해야하는 배터리와 관련된 중요한 매개 변수는 무엇입니까?
전기 자동차 배터리 팩은 무엇입니까?
전기 자동차 소개 기사를 읽었다면 지금 쯤 질문에 답했을 것입니다. 새로운 사람들을 위해 간단히 요약 해 드리겠습니다. 아래 이미지는 Nissan Leaf 의 배터리 팩이 팩 에서 셀 수준으로 분리되는 것을 보여줍니다.
현대 전기 자동차는이 기사의 뒷부분에서 논의 할 몇 가지 분명한 이유 때문에 리튬 배터리를 사용하여 자동차에 전원을 공급합니다. 그러나 이러한 리튬 배터리는 셀당 약 3.7V 만있는 반면 EV 자동차는 300V 근처에서 필요합니다. 이러한 고전압 및 Ah 등급을 얻기 위해 리튬 전지는 직렬 및 병렬 조합으로 결합되어 모듈을 형성하고 이러한 모듈은 일부 보호 회로 (BMS) 및 냉각 시스템과 함께 위에 표시된 것처럼 총칭하여 배터리 팩이라고하는 기계적 케이스에 배열됩니다.
배터리 유형
대부분의 자동차는 리튬 배터리를 사용하지만 이에 국한되지 않습니다. 다양한 유형의 배터리 화학을 사용할 수 있습니다. 배터리는 크게 세 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다.
기본 배터리: 비 충전식 배터리입니다. 즉, 화학 에너지를 전기 에너지로 변환 할 수 있으며 그 반대가 아닙니다. 예를 들어 장난감 및 리모콘에 사용되는 알카라인 배터리 (AA, AAA)가 있습니다.
2 차 배터리: 전기 자동차에 관심이있는 배터리입니다. 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 EV에 전력을 공급할 수 있으며 충전 과정에서 전기 에너지를 다시 화학 에너지로 변환 할 수 있습니다. 이 배터리는 일반적으로 휴대폰, EV 및 기타 대부분의 휴대용 전자 제품에 사용됩니다.
예비 배터리: 이들은 매우 독특한 응용 분야에 사용되는 특수 유형의 배터리입니다. 이름에서 알 수 있듯이 배터리는 대부분의 수명 동안 예비 (대기) 상태로 유지되므로 자체 방전율이 매우 낮습니다. 예는 구명 조끼 배터리입니다.
배터리의 기본 화학
앞서 말했듯이 배터리에 사용할 수있는 다양한 화학 물질이 있습니다. 모든 화학에는 장단점이 있습니다. 그러나 화학 유형에 관계없이 모든 배터리에 공통적 인 것은 거의 없습니다.
배터리에는 음극, 양극 및 분리기의 세 가지 주요 레이어가 있습니다. 음극은 배터리의 양극 층이고 양극은 배터리의 음극 층입니다. 부하가 배터리 단자에 연결되면 전류 (전자)가 양극에서 음극으로 흐릅니다. 마찬가지로 충전기가 배터리 단자에 연결되면 전자의 흐름이 역전됩니다. 즉, 위의 그림과 같이 음극에서 양극으로 이동합니다.
배터리가 작동하려면 산화-환원 반응이라는 화학 반응 이 일어나야합니다. 때때로 산화 환원 반응이라고도합니다. 이 반응은 전해질 (분리기)을 통해 배터리의 양극과 음극 사이에서 발생합니다. 배터리의 양극 쪽은 기꺼이 전자를 얻으므로 산화 반응이 일어나고 배터리의 음극 쪽은 전자를 느슨하게하여 환원 반응이 발생합니다. 이 반응으로 인해 이온은 분리막을 통해 음극에서 배터리의 양극 측으로 전달됩니다. 그 결과 양극에 더 많은 이온이 축적됩니다. 이 양극을 중화하려면 전자를 측면에서 음극으로 밀어야합니다.
그러나 Separator는 이온 흐름 만 허용하고 양극에서 음극으로의 전자 이동을 차단합니다. 따라서 배터리가 전자를 전달할 수있는 유일한 방법은 외부 단자를 통하는 것입니다. 이것이 우리가 배터리 단자에 부하를 연결할 때 전류 (전자)가 흐르는 것으로 생각하는 이유입니다.
리튬 배터리 화학 기초
EV에 가장 선호되는 배터리 인 리튬 배터리에 대해 논의 할 예정이므로 화학에 대해 좀 더 자세히 살펴 보겠습니다. 리튬 배터리에는 다시 많은 유형이 있습니다. 일반적인 것들. 다시 말하지만 각 화학에는 Boston Consulting 그룹의 그림 아래에서 깔끔하게 설명하는 고유 한 특성이 있습니다.
이 중 리튬 니켈 코발트 알루미늄은 저렴한 비용으로 가장 많이 사용됩니다. 이 기사의 뒷부분에서 이러한 매개 변수에 대해 더 자세히 살펴 보겠습니다. 그러나 여기서 눈에 띄는 한 가지 공통점은 리튬이 모든 배터리에 존재한다는 것입니다. 이것은 주로 리튬의 전자 구성 때문입니다. 중성 리튬 금속 원자는 아래와 같습니다.
그것은 3 개의 원자 번호를 가지고 있으며 이는 3 개의 전자가 그것의 뉴 클레아 제 주위에 있고 가장 바깥 쪽의 껍질은 단 하나의 원자가 전자를 가진다는 것을 의미합니다. 반응하는 동안이 원자가 전자는 우리에게 1 개의 전자와 2 개의 전자가 리튬 이온을 형성하는 리튬 이온이 주어집니다. 앞서 논의한 바와 같이, 전자는 배터리의 외부 단자를 통해 전류로 흐르고 산화 환원 반응 중에 리튬 이온이 전해질 (분리기)을 통해 흐릅니다.
전기 자동차 배터리의 기초
이제 우리는 배터리가 어떻게 작동하고 전기 자동차에서 어떻게 사용되는지 알고 있지만 여기서부터 진행하려면 배터리 팩을 설계 할 때 일반적으로 사용되는 몇 가지 기본 용어를 이해해야합니다. 그들에 대해 논의합시다…
전압 등급: 배터리에 표시되는 두 가지 매우 일반적인 등급은 전압 등급과 Ah 등급입니다. 납축 배터리는 일반적으로 12V이고 리튬 배터리는 3.7V입니다. 이것을 배터리 의 공칭 전압 이라고합니다. 이것은 배터리가 항상 터미널에 3.7V를 제공한다는 것을 의미하지는 않습니다. 전압 값은 배터리 용량에 따라 달라집니다. 우리는 논의 할 것이다