견인 배터리 (전기 자동차 배터리, 구동 배터리 또는 사이클 배터리라고도 함)는 에너지 저장고로서, 전기 자동차의 구동이 사용되고 복수의 상호 연결된 소자 (따라서 “배터리”)가 구성되기 때문에, 그것은 수천에서 수천 개의 축전지 셀 또는 셀 블록이 병렬 및 직렬로 연결되어 구성됩니다. 또한 수퍼 커패시터 또는 기계식 플라이휠 축전지는 차량에 동력을 공급하기 위해 여러 축전기가 결합 된 경우 견인 배터리라고 할 수 있습니다.
일반
전기 자동차의 견인 배터리는 보통 350 ~ 400 볼트의 공칭 전압을 가지며 보통의 3 상 교류 전류에 해당합니다. pedelecs 및 전기 스쿠터의 경우 24, 36 및 48 볼트의 전압이 일반적입니다. 전기 구동 장치가있는 지게차에는 일반적으로 정격 전압이 80 V 인 납산 배터리가 사용됩니다. 견인 배터리는 여기에서 무게를 같게하기 위해 사용됩니다.
전등, 와이퍼, 라디오, 리모트 콘트롤 등의 경우 일반적으로 고압 견인 배터리가 아닌 전기 자동차를 사용하지만, 기존 차량의 스타터 배터리와 유사한 소형 전기 에너지 저장 장치를 갖춘 일반적인 12 또는 48 볼트 전기 시스템 .
역사
전기가 정보의 전송을 위해 19 세기 초에 사용 된 후에, 1837/1838 년경에는 전기 모터 구동에 대한 기본 사항이 알려지면서 작동하는 전기 모터를 개발했습니다. 1854 년에 Wilhelm Josef Sinsteden이 개발하여 1859 년 Gaston Planté가 납 축전지를 개발했습니다.
이 셀 중 6 개를 정격 전압 2 볼트로 배치하고 1881 년 Trouvé Tricycle의 Gustave Trouvé가 레일 또는 레일이없는 자립 전기 자동차를 구동하기위한 첫 번째 견인 배터리 (정격 전압 12 볼트)로 형성된 나선형으로 권선 된 리드 플레이트 케이블 타이. 그것은 회로를 닫거나 열어서 만 규제되었습니다. 그러나 트루 베 세발 자전거는 여전히 삼륜차의 크랭크를 기본으로 삼았습니다.
몇 달 후인 1882 년 Ayrton & amp; 페리 전기 세발 자전거는 크랭크와 전등이 없었을뿐만 아니라 트랙션 배터리도 개선되었습니다. 10 개의 납 전지는 20 볼트의 정격 전압 1.5 kWh로 저장되며 개별적으로 켜고 끌 수있어 전력 및 속도 조절이 가능합니다. 이미 첫 번째 차량과 함께, 무거운 견인 배터리는 안정성과 취급을 향상시키기 위해 가능한 한 낮게 배치되었습니다.
그러나 배터리 셀이 첫 번째 차량에 공개적으로 배치되었지만 (1888 년) 최초의 전기 자동차 (특수 하우징에 이미 장착되어 있거나 위장 된 차량)에 공개적으로 배치되었습니다. 누산기 공장 Tudorsche System Büsche & amp; 뮐러 OHG (현재 VARTA로 알려짐)는 1888 년 산업 상 납 축전지를 생산 한 독일 최초의 회사입니다. 철도 부문에서는 이러한 배터리로 철도 장치를 조작 한 Wittfeld 축전지가 사용되었습니다. 1900 년경, 누적기를 사용하여 바지선을 전기적으로 추진하려는 성공적인 시도가있었습니다. 그 결과, 연구 회사의 후임 인 Watt-Akkumulatoren-Werke AG는 Zehdenick에 Zieg-Transport-Aktiengesellschaft (ZTG)를 설립했습니다. 100 대가 넘는 바지선의 전기 모터는 배터리로 작동되며 베를린에 벽돌을 제공했습니다.
1900 년경 니켈 – 철 축 압기 (Thomas Edison)가 개발되었고 Waldemar Jungner가 개발 한 니켈 – 카드뮴 축전지를 사용하여 견인 배터리 용 대체 전지 화학 물질을 사용할 수있었습니다. NiFe 배터리는 다양한 자동차에 사용되는 것으로 입증되었으며 수명이 매우 깁니다. 미국의 제이 레노 (Jay Leno)는 베이커 일렉트릭 (Baker Electric)을 소유하고있다. 베이커 일렉트론 (Baker Electric)은 니켈 – 철 배터리가 거의 100 년 후에도 여전히 기능을 수행한다. Henry Ford는 전기 자동차로 Ford Model Talso를 개발했습니다. 그는 전기 자동차 부서가 화염에 올랐을 때 이미 에디슨으로부터 150,000 개의 니켈 – 철 배터리를 주문했다.
전기 시동기의 발명은 시동기 배터리를 사용하여 엔진을 물리적 인 노력없이 시작하여 전기 자동차의 첫 전성기의 쇠퇴를 시작하여 결과적으로 축전지 및 배터리 개발이 정체되었습니다. 딥 사이클 연 축전지는 20 세기 말까지 견인 응용 분야의 거의 표준이었습니다. 여기에는 잠수함, 배터리 동력차, 포크 리프트 및 수레 바퀴와 같은 산업용 차량뿐만 아니라 전동 휠체어가 포함됩니다. 프랑스 제조업체는 1990 년대에 니켈 – 카드뮴 전지를 사용하여 수천 개의 거리 법정 차량을 생산했습니다. 1990 년 CARB가 캘리포니아에서 법을 제정하면서 자동차 제조사는 Akkumulatorforschung이 다시 강한 충격을 받았다는 점을 제 시적으로 제로 – 배출 차량 (미국 = 제로 방출 차량)으로 강제해야합니다.
예를 들어, 제너럴 모터스 (General Motors) EV1의 첫 번째 견인 배터리는 여전히 저가의 연 축전지 (26 블록, 총 용량 16.3kWh 및 공칭 전압 312 볼트)를 사용했지만, 두 번째 실시 예에서는 스탠포드 R. Ovshinsky는 니켈 – 금속 수 소화물 배터리가 사용 된 시리즈를 개발했습니다. 견인 배터리는 차량 바닥의 중앙 터널에 단단히 설치되어 높은 충돌 안전성과 매우 우수한 핸들링 특성을 제공했습니다.
Hotzenblitz를 위해 발표 된 BMW E1 또는 아연 브롬 배터리의 나트륨 황 배터리는 연속 생산 준비 상태에 도달하지 못했지만 200km가 넘는 실용적인 범위뿐만 아니라 소듐 – 니켈 염화물 셀 (Zebra Battery) 군대와 우주에서. 이 차량의 또 다른 흥미로운 점은 컴팩트 한 블록 배치로 아래에서부터 전체 견인 배터리를 한 조각으로 장착 할 수 있었으며 자동차 애플리케이션의 높은 수준의 안전성에도 기여했습니다.
이 기간 동안 리튬 이온 배터리의 셀 화학에 대한 기초도 마련되었습니다. 그러나 CARB 법이 완화 된 후에 자동차 산업은 이러한 활동을 중단함으로써 리튬 이온 배터리가 21 세기의 견인 배터리로만 중요 해졌다. 오늘날, 다양한 변형은 무게 대비 출력 및 하중 지지력의 현저한 향상을위한 희망으로 간주됩니다.
물리적 기술적 특성
휴대용 배터리 나 소비자 셀에 비해 견인 배터리의 셀은 훨씬 더 높은 용량을 가지고 있습니다. 또한 다양한 디자인의 다양한 제조업체가 고객의 요청에 따라 개발 및 제조합니다. 표준화 된 크기는 존재하지 않습니다. Common은 전극이 막대 모양 및 컵 모양 인 둥근 셀, 예를 들어 A123 Systems의 제품뿐만 아니라 Winston Battery의 셀과 같이 플레이트 모양의 전극 배열을 갖는 프리즘 형 셀입니다.
운전 조건에 따라 전기 에너지를 전달하거나 수신 할 수 있고 많은 충 – 방전 사이클에서 견딜 수있는 고전류 내성, 딥 – 사이클 배터리 시스템이 사용됩니다. 시동 배터리와 달리 납 축전지는 손상되지 않고 리드 그리드와 세퍼레이터의 특수 설계로 최대 80 %까지 방전 될 수 있습니다.
36 ~ 80Ah (12A)의 12V 또는 24V 용량의 리드 카 스타터 배터리 블록은 100 ~ 1000Ah의 용량을 갖는 지게차 셀에 대해 예를 들어 24 ~ 96 볼트의 작동 전압에 연결해야합니다 , 전기 자동차는 최대 수백 볼트까지 도달 할 수 있습니다. 따라서 크기가 상당히 큽니다. 전압이 높을수록 흐르는 전류가 감소하기 때문에 라인의 오믹 손실과 충전 및 방전 중 열 손실을 줄이고 무게 (케이블)를 줄입니다.
개별 셀을 직렬로 연결하면 구동 전압 또는 트랙션 전압이 발생합니다. 셀의 크기를 늘리거나 셀을 병렬로 연결하여 저장 용량과 전류를 늘릴 수 있습니다. 트랙션 전압 (V)과 병렬 연결된 단일 셀 / 셀 (Ah)의 전기 충전 / 갈바니 용량의 곱은 트랙션 배터리의 에너지 함량을 제공합니다.
차량에 사용하기위한 요구 사항
트랙션 배터리의 모바일 어플리케이션은 고정 사용에 비해 더 높은 안전 요구 사항을 필요로합니다. 무엇보다도 기계적 동작의 안전성을 입증해야합니다. 이는 전기 특성이 빈약 한 안전한 전지 화학 물질 (예 : 리튬 철 인산염 축전지)을 사용하거나 차량의 수용 설비를 안전하게 설계 한 것 (예 : 하층토의 충돌 시험 배터리 트레이) 또는 두 가지 행동 양식. 견인 배터리의 안전 요구 사항의 영향력이 얼마나 강한지는 Opel Amperabe 추적의 지연된 생산으로 알 수 있습니다. 이유는 동일 모델 Chevrolet Volt의 화재 견인 배터리에 대한 충돌 테스트 후 (불과 몇 주)였습니다.
모든 전기 및 하이브리드 차량에 대한 요구 사항이 다릅니다.
모든 전기 자동차는 여행에 필요한 모든 전기 에너지를 저장하기 때문에 대용량 배터리 셀을 사용하여 필요한 에너지 양을 위해 공간과 무게를 최소화합니다. 배터리 (셀 또는 모듈 크기)의 필요한 용량으로 인해, 일반적으로 방전 및 충전 프로세스를위한 셀의 전류 운반 용량이 주어진다. 또한 부하는 하이브리드 차량보다 배터리 용량에 비하여 더 균일하고 더 낮은 전류로 이루어집니다.
하이브리드 전기 자동차에서 주행 에너지의 주요 부분은 화학 에너지 (연료)의 형태로 운반됩니다. 견인 배터리의 용량은 훨씬 작습니다. 그것은 이동을위한 전기 에너지를 저장하고 회생 브레이크의 회복 에너지를 흡수합니다. 이 목적을 위해, 낮은 정전 용량에도 불구하고 우수한 효율과 필요한 서비스 수명으로 필요한 (종종 단기간) 높은 전류 부하를 실현할 수있는 고전류 셀이 사용됩니다.
공칭 용량, 부하 용량, 제조업체 정보
공칭 용량은 지정된 기준에 따라 제조업체가 철회 할 수있는 에너지의 양입니다. 용량 비교를 위해서는 이러한 기준을 준수하는 것이 중요합니다. 따라서, 12V / 60 Ah C3 사양의 축전지는 C5 또는 C20이라는 동일한 크기의 재충전 가능한 배터리보다 높은 용량을 갖습니다. 사양 Cx는 지정된 용량에 대한 방전 지속 시간을 시간 단위로 나타냅니다. C3 60 Ah는 3 시간 동안 균일 한 방전으로 채취 할 수 있습니다. 즉 C5 또는 C20보다 높은 전류가 가능합니다.이 전류는 견인 배터리로 사용하는 것이 중요합니다. 전류가이 측정 전류에 실제로 실효 적이기 때문입니다 (C- 비율 및 Peukert 방정식).
중부 하용 리튬 이온 배터리의 경우, 용량과 관련한 전류 용량의 설명이 우선합니다. 이 경우, 예를 들어, 0.5 C (또는 0.5 CA)에서 표준 방전에 대한 셀 3.2 V 100 Ah의 경우, 이는 방전 전류가 50 A 인 경우 커패시턴스가 결정되었음을 의미합니다. 일반적으로 0.5 C 또는 1C의 허용 가능한 연속 하중 용량 인 3C 이상 (예 : 3C, 즉 300A), 단기 하중 (여기에서는 20CA, 즉 2000A)이 될 수 있습니다.
점차적으로, 견인 배터리의 용량은 더 이상 단일 셀의 암페어 시간이 아니라 와트 시간으로 제공됩니다. 따라서 전압이 포함되어 있기 때문에 서로 다른 유형이 서로 유사합니다. 시동기 건전지의 에너지 함량은 496.8-960 Wh, 포크 리프트 트럭 용 견인 배터리는 4,800-28,800 Wh, Toyota Prius II는 1,310 Wh.입니다.
배터리 비용
2010 년, 기술 대학교 (University of Technical University)의 과학자들은 리베이트 또는 할증료없이 25kWh 용량 (즉, 킬로와트 시당 400 달러)의 인증 된 EV 배터리에 10,000 달러를 지불했습니다. 15 명의 배터리 생산자 중 2 명이 품질 및 화재 안전에 관한 필요한 기술 문서를 제공 할 수 있습니다. 2010 년에는 배터리 가격이 1/3로 떨어지기까지 최대 10 년이 경과 할 것으로 추산되었습니다.
2010 년 연구에 따르면, 국립 연구위원회 (National Research Council)에 따르면 리튬 이온 배터리 팩의 사용 가능 에너지는 약 1,700 / kWh였으며 PHEV-10은 약 2.0 kWh, PHEV-40은 약 8 kWh PHEV-10 용 배터리 팩의 제조업체 비용은 약 3,000 달러이며 PHEV-40의 경우 최대 14,000 달러입니다. MIT Technology Review는 자동차 배터리 팩의 비용을 2020 년까지 킬로와트시당 미화 225 달러에서 500 달러 사이가 될 것으로 예상했다. 에너지 효율이 높은 미국위원회 (American Council of Energy-Efficient Economy)의 2013 년 연구에 따르면 배터리 비용은 kWh 당 1,300 달러 2007 년에는 2012 년에 kWh 당 500 달러로 책정됩니다. 미국 에너지 부는 2015 년에 kWh 당 300 달러, 2022 년까지 kWh 당 125 달러의 후원받는 배터리 연구에 대한 비용 목표를 설정했습니다. 배터리 기술 및 생산량 증가로 인한 비용 절감 플러그 인 전기 자동차가 기존의 내연 기관 차량과 더욱 경쟁 할 수있게합니다. 2016 년에 세계는 리튬 이온 생산 용량이 41.57 GWh였습니다.
셀에 대한 실제 비용은 대부분의 EV 제조업체가이 주제에 대해 자세히 논의하지 않으므로 많은 논란과 추측을받습니다. 그러나 2015 년 10 월에 GM은 연례 글로벌 비즈니스 컨퍼런스에서 2016 년에 출시되는 리튬 이온 전지의 가격이 다른 애널리스트의 예상 비용보다 훨씬 낮을 것으로 예상한다고 밝혔다. GM은 또한 2021 년 말까지 kwh 당 미화 100 달러의 비용을 기대하고있다.
블룸버그 신 에너지 금융 (BNEF)이 발표 한 2016 년 2 월 연구에 따르면 배터리 가격은 2010 년 이후 65 %, 2015 년 35 % 하락하여 kWh 당 350 달러에 도달했다. 이 연구는 배터리 비용이 2022 년까지 대부분의 국가에서 내연 기관용 자동차처럼 정부 보조없이 전기 자동차를 만들 수있는 탄도에 있다고 결론 지었다. BNEF는 2040 년까지 장거리 전기 자동차의 가격이 2016 년에 22,000 달러 불화. BNEF는 전기 자동차 배터리 비용이 2030 년까지 kWh 당 120 달러를 크게 밑돌 것이며 새로운 화학 물질이 출시되면 그 이후로는 더 이상 떨어질 것으로 기대하고 있습니다.
배터리 비용 견적 비교
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