연료전지 자동차 실용화과제

(1)

○ 축전지(Battery)에 에너지를 저장한 후 전기모터로 차량을 구동 - 1980년대 ~ 1990년대에 집중 개발 : 상용화 실패

・ 축전지 가격 – 차량가격의 50% 차지

・ 축전지 성능 (충전시간 등)

・ 인프라 문제 (충전소 등) : 전기차는 충전 인프라 없으면 무용지물

* 미국은 차고 딸린 단독주택 중심이나 고층아파트 중심의 한국은 전기차 인프라(가정용 충전시설)구축 곤란

최근 새로운 친 환경 자동차로 급 부상

(2)

전기 자동차 배터리 충전 ?

9 충전시간 : 5~10시간

9 배터리 용량의 80% 급속 충전 시 약 30분 소요 – 급속충전시간을 10분으로 단축가능하나 폭발 위험성이 증가하므로 30분 적용

충전시간에 무엇을 할까?

9 배터리 임차 방법 가능(배터리 교체시간 3분)

9 시속 70km로 200km 주행 – 시속 200km로 70km 이하 주행

9 고속주행 위해 배터리 수 증가 – 무게 증가, 충전시간 길어지고 주행거리 감소

(3)

닛산 LEAF

9세계최초 양산 전기자동차, 미쯔비시 아이미브(09.7월 출시) 91회 충전으로 160km 주행, 최대시속 130km

9가솔린 1리터에 해당하는 비용으로 62km 910만원으로 4800km 주행

9차 가격 약 6,000만원(정부 보조금 지원 시 4,200만원 대) 9전지 수명 : 약 10년

1회 충전으로 160km를 주행

09년 양산

1회 충전으로 330km 주행 2550만원, 최고속도 140km 중국 비야디

(4)

한국의 전기자동차 Infra 현황

¾ 제한속도 60km 이하 도로에서 전기자동차 운행 가능하게 관련 법규 개정 (2010년 4월 14일부터 운행) - 서울시 2차선 이상 도로 8093km 중 260km 만 시속 60km 이하 도로 - 방전 시 긴급 충전시설

¾ Battery, Motor, Controller 등 전기차 핵심부품 국산화 세계적 수준

- Battery : 리튬이온, 리튬폴리머 세계 최고 수준 (예) GM 시보레 볼트 : LG화학 Battery

(예) BMW : 삼성SDI와 보쉬의 합작사인 SB모티브 Battery

¾ 국산 전기차 : 중소기업인 CT&T와 AD모터스는 자체 전기차 생산, 레오모터스는 국산차를 전기차로 개조

(5)

한국 CT&T

¾ 2004년 설립(충남 당진)

- 국내 골프 카트 시장의 약 90% 차지 근거리용 저속 전기차 업체 강자 -. 미국, 일본, 캐나다 등에 수출

¾ 08.3 : 2인승 전기차 “e-존” 양산개시 -.1회 충전 120km 주행, 최고시속 70km -.220V 가정용으로 4시간 충전

* 콘센트 어디에 ? 안전 ?

¾ 근거리용 저속 전기차(NEV, Neighborhood Electric Vehicle) 제조에 주력

– 하루 50km 주행 + 저속(시속 40~80km)

¾ Full Speed 전기차(FSEV) : 상용화에 10년 , 고가와 충전소 인프라등 숙제 많아 NEV 경쟁력 있다고 판단

¾ 차가격 1350~1950 만원으로 준중형차 수준

* 정부 : 친 환경 효과 작은 NEV에 보조금 지급하지 않음 (NEV에 보조금 지급 일본 유일)

* 유지비용 : 전기비(휘발유의 12%) + 납 축전지 교체비(75만원)/2년 = 월 25만원 (누진세 적용되는 가정용 전기 사용 시 유지비 증가 예상)

NEV 경쟁력은 ?

(6)

2인승,1회 충전 최대 70㎞ 주행, 최고속도 시속 60~70km E –ZONE

(Electric car- Zero Oil No Emission) 기계자동차공학부의 전기자동차(e-ZONE)

(7)

현대현대 전기전기 자동차자동차( i10 ( i10 일렉트릭일렉트릭 ) : 09.9 프랑크푸르토) : 09.9 프랑크푸르토 모터쇼모터쇼

¾ 현대차의 첫 순수 전기차, 유럽형 경차인 i10 기반

¾ 49㎾ 전기모터와 리튬 이온 배터리(13.1㎾h)를 장착

¾ 1회 충전으로 최대 160㎞ 주행, 시속 130㎞

¾ 413V로 15분 만에 85%를 급속 충전, 220V로 5시간 만 에 100% 충전

한국 : 2011년부터 전기자동차 양산 – 4개 분야 집중지원 발표(2009.10.8)

▲배터리 등 전기자동차 핵심부품 기술개발 지원

▲전기자동차 주행 및 안전기준, 충전시설 설치 기준 등 법ㆍ제도 정비

▲시범생산 및 도로운행 실증사업 지원

▲공공기관 및 일반 소비자 대상 보급지원 2015년 : 세계 전기자동차 시장의 10% 점유

2020년 : 국내 소형차의 10% 이상을 전기자동차로 보급 - 글로벌 전기자동차 4대 강국의 지위 선점 계획

(8)

현대자동차 : 전기자동차

¾ 전기자동차 최초 양산 모델 : i10

-. 유럽 전략형 경차 모델(모닝과 동일 플랫폼)

¾ 현대차의 전기차 개발계획

-. 2010년 시범 운행, 2011년 시범 생산 -. 2012년 소량 양산, 2013년 본격 양산

¾ 현대의 친 환경차 개발방향(전기차, 연료 전지차 함께 개발) -.10년 이내에도 전기차 주행거리 200KM 수준

-.고속도로로 300~400KM 주행하려면 수소연료전지자동차 적합

(9)

기아자동차 홈페이지 인용

(10)

(11)

(12)

9 한국형 온라인 전기자동차

On-Line Electric Vehicle(OLEV) 개발 중 (KAIST 주도 – 정부 자금지원)

현재 서울대공원에 3대 운행

2011년 미국 텍사스주 맥앨런시 시내버스 노선에 기술력 해외 수출

9 원리 : 간선 도로 지하에 전선 깔고 전기 흘려 강한 자기장을 형성 - 자동차에 자기장을 전기로 바꾸는 집진장치 장착 - 비접촉식 온라인 충전

전력공급선 없는 도로에서는 배터리 힘으로 주행 – 기존 방식 대비 1/5 크기 배터리로 충분

전기자동차는 가격의 2/3가 배터리 값이나 온라인 전기자동차는 휘발유 차와 가격 비슷

9 장벽 : 전력공급선 설치에 km 당 2억원 전국 운전가능도로 6만km의 20%인 12.000km에 왕복 1차로 씩 설치하려면 4조 8천억원 소요

온라인 전기자동차

(13)

차종 별 가격, 에너지 소모량, 총비용 비교

구분 가격 에너지비용/년 총비용

휘발유차 1,500만원 200만원 35조원

배터리형 전기자동차

3,000만원 38만원

200~300km 후 장시간 재충전 필요

하이브리드카 3,500만원 78만원 39조원

온라인 전기자동차

1,400만원 40만원 21조원

총비용(100만대, 10년 운행 가정)

= 인프라 구축비용 + 차량 생산비 + 연료비

(14)

¾ 가솔린엔진을 개조 –엔진에서 액화수소(-253^oC) 연소

- 수소가 떨어지면 휘발유로 주행가능(수소/휘발유 전환버튼 ) - 수소 8kg 충전에 8분 소요

- 07년 4월 출시 - 100여대를 유명인에 리스형식으로 대여

¾ 배기량 6000CC, V12, 260마력, 최고토크 390Nm, 최고시속 230km

¾ 총 주행거리 700km(수소 200km, 휘발유 500km), 장거리 주행 위해서는 수소로 400~500km 주행 가능해야 !

¾ 1 Km 주행당 CO₂ 배출양 : 수소 사용시 5.2 g 휘발유 사용시 332 g

¾ 현대 의견 : 연료전지차로 가기 전 과도기 성격의 자동차

¾ BMW : 연료전지차 상용화에 30년 걸려, 수소엔진차가 정답 수소를 직접 연소 : BMW Hydrogen 7(BMW 760i Base)

(15)

・ BMW 코리아 : 08년 5월 국내 시승 행사 개최

・ 시승차량 4대 및 전시차량 1대

・ 독일에서 액화 수소 충전시설을 직접 반입해 BMW 이천 물류센터에 설치

Hydrogen7

(16)

연료전지 전기자동차(FCEV) : Fuel Cell Electric

Vehicle

(17)

교류

수소 공급계

전 력 변 환 장 치

모터 직류 감속기

물, 공기 배기

배터리

Stack

공기 공급계

열/물 관리계

・수소저장장치 + 연료전지(전기 발전) + 배터리(전기 축전) + 전기 모터(차륜회전)

・연료전지(Fuel Cell) : 수백 장의 Cell(촉매에 고가 백금 사용)을 겹쳐 고전압 얻음 연료 전지차 구성

(18)

Honda FCX(연료전지 Concept Car)

(19)

GM 연료전지 Concept Car : Hy-Wire

수소탱크

전기모터

(20)

¾ 배출가스가 전혀 없고, 깨끗한 물만 방출, 소음 거의 없음

¾ 열효율 60~70%로 기존 내연기관의 2배 이상

¾ 가격 수 억원 이상 - 고가연료전지(고가의 백금 촉매) 가격 인하 - 현재 $ 4,000/kw → $ 400/kw 이하

¾ 연료 전지 내구성

¾ 수소생산/보급을 위한 인프라(수소 충전소 등) 구축, 수소를 안전하게 저장하는 기술개발 필요

¾ 연료전지 성능 : 연료전지 기동시간 단축 및 냉 시동 성능 향상