전기 자동차 충전 방법

Electric car charging methods
이 기사는 배터리 충전에 관한 것이다. 차는 전기차를 보라.
국립항공우주박물관의 전기차 충전, 2016년 12월 12일.

전기차의 배터리를 충전하는 방법은 다양하다. 현재 전기차 운송을 둘러싼 가장 큰 우려는 재충전 필요 이전에 이용 가능한 총 이동 거리다. 지금까지 기록된 가장 긴 범위는 테슬라 모델 3에 의해 달성된 606.2 마일이었다. 그러나 이 작업은 에어컨 컴프레서의 추가적인 배출 없이 차량이 일정한 속도를 유지하는 매우 통제된 조건에서 수행되었다.[1] 일반적으로 배터리는 약 300마일까지 지속되며, 이는 따뜻한 날씨에 3일 동안 또는 추운 날씨에 하루 동안 도시가 통근하는 것과 같다. 이러한 한계로 인해, 장거리 운행은 여행 경로에 급속 충전소가 없는 한 현재 전기 자동차에 적합하지 않다.

급속충전의 원리

테슬라 모델 S의 섀시, 배터리 팩 영역 노출

배터리의 충전과 방전 과정은 분리기/전극을 통과하는 양의 전극에서 나오는 리튬 이온을 포함한다. 그런 다음 이온은 고체 전해질 인터페이스(SYE)와 중간수정을 통해 음극 전극으로 전달된다. 급속 충전에 대한 잠재적인 부정적인 영향은 여러 번 충전 및 방전을 통해 발생하는 불안정한 SEI에 의해 배터리 노화가 가속화될 수 있다는 것이다.

새로운 펄스 충전은 새로운 충전방법에 의해 불필요한 화학반응이 감소되고 감소반응을 통해 SEI가 성장함에 따라 SEI의 안정성이 크게 향상되었다. 따라서, 배터리의 수명 주기 및 효율도 기존의 충전 방법에 비해 향상되었다.[2] 또한 기존의 충전 방식에서는 리튬 이온으로 전해질(EC, 대부분) 감소로 인해 충전 중에 에틸렌이 생성될 수 있다. 배터리가 닫혀 있기 때문에 내부 압력이 포함되어 있다. 생산된 에틸렌은 배터리 내부 과압으로 이어질 것이다. 또한 배터리의 과압은 내부 온도 상승으로 인해 배터리가 팽창하여 배터리가 폭발할 가능성이 있다. 그러나 이 새로운 복합 파형 충전 방식을 사용하면 전해액 감소 반응을 억제하여 생산되는 에틸렌을 줄일 수 있다. 따라서 충전 중 리튬 이온이 전달될 수 있는 적당한 에너지를 주고, 원치 않는 화학반응을 줄이기 위한 빠른 음의 펄스를 주는 것이 향후 이론적 충전법으로 보인다.[3]

충전 알고리즘

서로 다른 알고리즘은 충전 효율성, 충전 시간, 배터리 수명 주기 및 비용에서 다양하다. 그러나, 많은 알고리즘이 개발되었기 때문에, 연구자들은 여전히 어떤 것이 애플리케이션에 가장 적합한지 정의할 수 없다. 각각의 알고리즘은 장단점을 가지고 있다. 예를 들어 정전류 정합 전압 충전 방식은 다단계 전류 충전 알고리즘에 비해 충전 시간이 긴 반면 후자에 대한 연구 비용은 전자에 비해 높다. 각 알고리즘의 장단점을 고려해 각각 적절한 적용과 매칭하는 것이 목표다.

정전류

정전류 충전 방법은 충전 장치의 출력 전압이나 저항을 배터리와 직렬로 조정하여 전류를 일정하게 유지한다. 충전 시작부터 끝까지 일정한 전류 값을 사용한다. 니켈-카드뮴 배터리는 기존 충전시 편극화가 용이해 전해질은 기존 정전압과 정전류 충전 알고리즘 모두에서 수소-산소 가스를 지속적으로 생산한다. 내부 고압의 작용으로 산소가 음극으로 침투하여 카드뮴 판과 상호작용하여 CdO를 발생시켜 전극판의 유효 용량이 감소한다. 충전 과정이 진행됨에 따라 배터리의 허용 전류 용량이 점차 감소함에 따라, 이는 이후 충전 기간에 배터리를 과충전하게 되었다. 결국 배터리 용량도 급감하게 된다.[4]

정전압

정전압 충전은 배터리 극 사이의 정전압과 관련된 충전 방식으로 널리 사용된다. 스타터 배터리는 차량이 주행 중일 때 정전압 충전을 사용한다. 지정된 전압 상수 값이 적절할 경우 배터리가 완전히 충전되도록 하는 동시에 가스 및 물 손실을 최소화할 수 있다.

정전류/정전압 충전 알고리즘의 변화

부스트 충전기 CC/CV 충전 알고리즘은 정전류/정수 전압 알고리즘의 추가 개발이다. 전체 충전기간에 일정한 전압과 전류를 사용하는 대신, 1기에 전압을 최대화하여 충전 효율을 높이며, 배터리가 공칭 충전 용량의 약 30%에 도달한다. 이 기간이 지나면 충전 알고리즘이 표준 CC/CV로 전환된다.[5] 초기 높은 충전 전압 때문에 BC-CC/CV는 CC/CV보다 빠르게 배터리를 충전할 수 있지만 충전하기 전에 배터리를 완전히 방전시켜야 한다. 충전기는 가변 전압을 제공해야 하므로 모든 구성품은 부스트 충전기에서 발생하는 최고 전압을 수용해야 한다. 재충전 전에 배터리를 방전하는 것은 배터리 효율 충전 알고리즘과 수명 주기에 영향을 미치기 때문에 중요하다.

다단계 전류 충전 알고리즘

다단계 전류 충전은 전체 충전 기간을 각 단계에 걸쳐 최적의 충전 전류를 사용하려는 여러 충전 단계로 나누어 충전 효율을 극대화한다. 각 단계에 대해 최적의 충전 전류를 결정함으로써 퍼지 제어기를 사용하여 온도 변화에 의한 충전 전류를 결정한다. 요약하자면, 이 알고리즘은 마이크로컨트롤러나 컴퓨터를 기반으로 한다.[6] 충전 속도가 빠르고 충전 효율이 CC/CV보다 높다.

비접촉 충전 방식

무선충전
추가 정보: 유도 충전

비접촉식 충전은 자기공명을 이용해 충전기와 배터리 사이 공기의 에너지를 전달한다. 이것은 매우 효율적인 에너지 변환을 달성한다.[7] 비접촉식 충전기가 차량을 계속 충전할 수 있어 EV의 배터리가 작아진다. 그 자체로, 그것은 더 경제적이고, 더 안전하고, 더 지속가능하게 개발된다. 배터리는 EV 비용의 주요 원인이므로 비접촉 충전 사용의 결과로 EV의 MSRP가 낮아진다. 그러나 비접촉 충전 시스템 개발에는 막대한 재정 지원이 수반된다. 이 때문에 많은 EV 제조업체들이 비용을 낮게 유지하기 위해 전통적인 충전 방식을 사용하고 있다. 비접촉 충전 시스템은 전자기장을 작용 메커니즘으로 사용하기 때문에 충전기에 가까운 전자기기는 충전 중에 부정적인 영향을 받을 수 있다. 동물들이 영향을 받을 가능성도 있다. 효율성은 연구자들의 또 다른 관심사다.

배터리 스왑

추가 정보: 배터리 스왑 스테이션

배터리 교환은 자동 또는 반자동 시스템을 사용하여 방전된 배터리를 완전히 충전된 배터리와 교환하는 것을 포함한다.[8] 이 과정은 기술자만이 완료할 수 있다. 이 과정은 일반적으로 약 3분 안에 교환이 완료되는 전통적인 가솔린 차량에 비교할 수 있는 주유 시간을 달성하기 위한 것이다.

온보드 태양열 충전

주요 기사: 솔라카

참조

  1. ^ Lambert, Fred (2018-05-27). "Tesla Model 3 travels 606 miles on a single charge in new hypermiling record".
  2. ^ Chen, po-tuan. "Signing into eresources, The University of Sydney Library". doi:10.1002/batt.201800052. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  3. ^ Chen, Po-Tuan; Yang, Fang-Haur; Sangeetha, Thangavel; Gao, Hong-Min; Huang, K. David (2018-09-04). "Moderate Energy for Charging Li‐Ion Batteries Determined by First‐Principles Calculations". Batteries & Supercaps. 1 (6): 209–214. doi:10.1002/batt.201800052.
  4. ^ "Knovel – kHTML Viewer". app.knovel.com. Retrieved 2019-05-11.
  5. ^ Weixiang Shen; Thanh Tu Vo; Kapoor, A. (July 2012). "Charging algorithms of lithium-ion batteries: An overview". 2012 7th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA): 1567–1572. doi:10.1109/ICIEA.2012.6360973. ISBN 978-1-4577-2119-9.
  6. ^ Khan, Abdul Basit; Van-Long Pham; Thanh-Tung Nguyen; Woojin Choi (2016). "Multistage constant-current charging method for Li-Ion batteries". 2016 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo, Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). pp. 381–385. doi:10.1109/ITEC-AP.2016.7512982. ISBN 978-1-5090-1272-5.
  7. ^ "Signing into eresources, The University of Sydney Library". login.ezproxy1.library.usyd.edu.au. Retrieved 2019-05-12.
  8. ^ US 7201384, Chaney, George T, "탈착식 배터리 모듈과 배터리 모듈 교체 방법을 갖춘 전기 차량 섀시" 2007-04-10에 게재