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[자동차 이야기(48)] 친환경 자동차(하)

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2]전기자동차의 구성


▷ 구동모터

고전압 배터리에 저장된 전기에너지를 차량을 구동하기위한 운동에너지로 변환해주는 장치, 감속시에는 발전기로 전환되어 고전압배터리에 전기를 공급하는 역할을 한다.

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구동모터 구조(왼쪽)와 구동모터


▷ 감속기

모터의 높은 회전수를 감속시켜 운전자가 요구하는 속도로 변환시키는 장치로 일반 차량의 변속기와 같은 역할을 한다.

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붉은 점선 부분이 감속기


3]수소연료전지의 기본 구성

▷ 연료전지 구조

연료전지의 구성단위를 셀(Cell, 단전지라고도 한다)이라 하며, 셀은 아래 그림과 같이 플러스의 전극판(공기극)과 마이너스의 전극판(연료극)이 전해질을 포함한 층을 겹친 샌드위치와 같은 구조를 하고 있다.

공기극과 연료극에는 수많은 세밀한 구멍이 나 있고, 여기를 외부에서 공급된 공기 중 약20 %의 산소가 포함되어 있으므로, 공기가 통과함에 의해 반응이 일어난다.

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셀(Cell) 구조


▷ 스택(Stack)

스텍은 전력 발생 기능을 담당하는 장치이다. 필요한 전기 출력을 얻기 위해서는 직렬로 연결하여 셀을 적층하고, 상하 셀 사이에는 수소와 산소의 통로를 막으면서 적층된 셀을 전기적으로 연결하는 역할을 하는 세퍼레이터가 들어간다. 이 셀을 적층한 것을 연료전지 발전장치 중에서는 연료전지 본체인 셀 스택이라 한다.

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스택(Stack)


▷ 전극

고체 고분자막 형 연료전지에서 사용되고 있는 전극은 고분자 전해질 막과 일체화된 것으로, 투과막전극접합체(MEA Membrane Electrode Assembly)라 부른다. 이것은 백금계 촉매를 입힌 카본 분말을 투과막소재에 분산시킨 박막이다. 이 박막을 투과막의 앞뒤에 발라 투과막 전극접합체로 만든다. 투과막 전극접합체의 두께는 0.2mm 정도로 전극의 두께는 약 10 미크론이고 전극속에 포함되는 백금계촉매는 0.1~0.5g/cm2 정도이다. 보통은 투과막 전극접합체 양쪽에 100~300 미크론 정도의 다공질탄소막을 접합시켜 연료극(수소극, 애노드극), 공기극(산소극, 캐소드극)으로의 기체의 확산을 최적화시키며, 촉매 층과의 접촉을 용이하게 한다. 이 다공질탄소막이 연료 극에서는 수소이온의 이동에 필요한 수분의 공급율, 공기극에서는 생성된 물의 제거를 제어하는 역할도 한다.

▷ 연료전지의 분리막(Separator)

분리막 이란 연료전지의 전극셀을 구획 짓기 위한 부재로서 연료가스와 공기를 차단하는 역할을 하며 분리막의 양쪽에는 연료극(Anode)과 공기극(Cathode)이 있다.

분리막은 연료가스와 공기를 차단하는 역할 이외에 연료가스와 공기의 유로확보, 전기전도성, 내식성, 열전도성 등이 요구되는 소재이다. 분리막은 연료가스와 공기를 전극에 균일하게 공급하기 위한 유로인 홈(채널)이 파여 있고, 보통 분리판 양쪽은 Anode측과 Cathode측이 있다.

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연료전지의 분리막(Separator)


▷ 고압수소가스 저장탱크

압축천연가스 저장탱크의 연장선상에 있는 기술로 미국의 “에너지정책 법 1992의 시행으로 보급된 기술이다. 이음매가 없는 알루미늄 탱크의 탱크바깥을 탄소섬유로 감고 수지로 굳힌 형태로 제작된다. 이렇게 만들어진 탱크는 700bar 의 높은 압력에 견뎌야 하며, 충전, 방전시 약 -40~80°C 까지 온도변화에안전해야 한다. 현제1Kg 수소를 이용하여100km정도 주행이 가능하며 한번 수소가스 충전시 약 500~600km 주행이 가능하다.

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고압수소가스 저장탱크


▷ 수소자동차 파워팩

수소자동차의 스택과 구동모터, 감속기, 제어컨트롤시스템등이 하나의 패키지모듈(Package Module)형태로 만들어 차체에 탑제를 하게 된다. 이렇게 하면은 조립완성도가 높아 지면서 내구성과 제조시간을 단축하는 잇점이 있다, 국내(H)사 의 완성차용 수소자동차 동력패키지모듈이다.

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국내H사 수소파워패키지


3.맺음말

국내 자동차 제조기술은 약50년 정도의 시간이 흘렀다, 세계유수의 자동차 제조사에 비하면 많이 부족한 시간이기는 하지만 50년이라는 시간은 결코 적은 시간은 아니다, 현재자동차 시장의 상태는 춘추전국시대에 비견된다, 기업대기업간 협력과 경쟁을 통하여 시장선점을 위해 보이지 않는 전쟁을 치르고 있는 것이다, 국내자동차 제조사는 이제 독자생존을 할 수 있는 제조사는 한곳밖에 없는 것이나 마찬가지다, 이제조사도 COVID19사태의 여파로 해외판매가 급격하게 떨어지면서 국내시장에 마켓쉐어를 지키기 위하여 다양한 차종의 신차출시는 물론 새로운 차종개발과 보다 친환경적이고 안전한 자동차 개발을 위하여 동분서주 하고 있다.

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류충효 신한대 기계자동차융합공학과 교수

소비자입장 에서는 반가운 소식이지만 국내자동차사가 없어 진다면 이라고 가정을 하면 아득하다, 자동차산업에 종사하는 인원이 직간접적으로 수십만명이 있다, 이런 장치산업은 내수시장이 안정화되고 탄탄해야지만 해외시장개척과 성장도 가능한 것이다, 제조사는 소비자를 위한 좋은 품질과 안전한 자동차를 만들고 소비자는 보다 현명하고 지혜로운 자동차문화를 만들어가는 선순환을 기대한다.


류충효 신한대 기계자동차융합공학과 교수

류충효 신한대 기계자동차융합공학과 교수

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