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전기자동차용 이차전지 개발동향 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.13 no.5, 2010년, pp.15 - 28  

이존하 (SK에너지) ,  선희영 (SK에너지) ,  김현수 (한국전기연구원) ,  엄승욱 (한국전기연구원)

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문제 정의

  • PHEV는 HEV와 BEV의 중간 형태로서 외부전원을 통해 충전을 하게 되며 주행 중 일정량은 전기로만 구동되고 이후는 HEV 모드로 전환된다. 궁극적으로 100% 전기를 사용하는 BEV가 최종 목표이다. 그러나 아직까지 배터리를 이용한 세가지 형태의 전기자동차가 동시에 고려되는 이유는 여러 의견들이 제시되고 있지만 크게 3가지로 요약할 수 있다.
  • 본 기고에서는 전기자동차에 탑재되는 배터리의 시장 및 기술개발 동향에 대해 알아보고 또한 이를 평가하고, 상용화를 뒷받침하는 중대형 배터리의 표준화 활동에 대해 요약 정리하였다.

가설 설정

  • 그러나 아직까지 배터리를 이용한 세가지 형태의 전기자동차가 동시에 고려되는 이유는 여러 의견들이 제시되고 있지만 크게 3가지로 요약할 수 있다. 첫째, 부족한 배터리의 에너지밀도(Wh/kg, Wh/L)이다. 2009년 상용화 개시한 미쯔비시자동차의 아이미브(iMiEV)의 경우 한번 충전으로 최대 160km를 주행한다고 하나 도로 상황, 운전자 습관, 계절적 요인(에어컨 작동 등)에 따라서 주행거리는 더 짧아진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HEV의 경우 비교적 적은 전기량을 사용하는 이유는? 전기자동차는 Table 1과 같이 기존 내연자동차에 비해 전기량을 얼마나 사용하는 가에 따라 HEV, PHEV와 BEV로 나누어진다. HEV의 경우 배터리로 엔진출력을 보조하기 때문에 비교적 적은 전기량을 사용하며, BEV는 100% 전기를 사용하며 외부전원을 이용한 충전이 필요하다. PHEV는 HEV와 BEV의 중간 형태로서 외부전원을 통해 충전을 하게 되며 주행 중 일정량은 전기로만 구동되고 이후는 HEV 모드로 전환된다.
세계 자동차시장은 환경규제 강화, 고유가 지속, 화석에너지 고갈 등으로 인하여 어떤 자동차로 패러다임이 전환되고 있는가? 최근 그린에너지 시대의 도래와 더불어 전기자동차 기술이 국가차원의 차세대 저탄소 녹색성장의 중추산업분야가 될 전망이다.1) 세계 자동차시장은 환경규제 강화, 고유가 지속, 화석에너지 고갈 등으로 인하여 하이브리드차(HEV, hybrid electric vehicle), 플러그인하이브리드차(PHEV, plug-in hybrid electric vehicle), 순수전기차(BEV, battery electric vehicle), 연료전지자동차(FCEV, fuel cell electric vehicle) 등 친환경자동차로 패러다임이 전환되고 있다. 특히 배터리를 이용한 전기자동차의 경우 90년대 말 일본의 도요다자동차가 HEV를 상용화한 이후 순수 배터리 동력만으로 주행할 수 있는 BEV까지 빠른 속도로 개발되고 있다.
아직까지 배터리를 이용한 세가지 형태의 전기자동차가 동시에 고려되는 이유를 크게 3가지로 요약하면? 그러나 아직까지 배터리를 이용한 세가지 형태의 전기자동차가 동시에 고려되는 이유는 여러 의견들이 제시되고 있지만 크게 3가지로 요약할 수 있다. 첫째, 부족한 배터리의 에너지밀도(Wh/kg, Wh/L)이다. 2009년 상용화 개시한 미쯔비시자동차의 아이미브(iMiEV)의 경우 한번 충전으로 최대 160km를 주행한다고 하나 도로 상황, 운전자 습관, 계절적 요인(에어컨 작동 등)에 따라서 주행거리는 더 짧아진다. 이 정도 주행거리로는 장거리 이동에는 한계가 있으며 적어도 300km 이상(현재보다 2배 이상의 에너지밀도)이어야 소비자들의 구매력을 이끌 수 있을 것으로 예상된다. 둘째, 배터리 모듈 또는 팩의 안전성/신뢰성 확보가 필요하다. HEV에 탑재되어 있는 배터리 팩의 에너지는 대략 2kWh 이하로 설계되어 있다. 현재 기술수준으로 안전성 및 신뢰성을 만족시킬 수 있으며, 도요다자동차의 경우HEV(Ni/MH전지 탑재)에 10년 이상의 기술적 노하우를 축적하고 있고 국내도 2009년 현대자동차에서 아반떼에N i/MH대비 에너지밀도가 높은 리튬이온전지를 탑재하여 HEV를 상용화하였다. 그러나 BEV에 탑재되는 배터리 팩의 에너지는 최소 16kWh 이상이 되어야 하며 버스에 적용하기 위해서는 100kWh 이상이 필요하여, 이러한 에너지는 현재기술로 안전성 및 신뢰성을 확보하기에 매우 어려워 장시간의 개발이 필요하다. 따라서 HEV와 BEV의 중간에너지(16kWh 이하)를 갖는 PHEV가 미국을 중심으로 제안되고 있다. 셋째, 배터리팩의 가격이다. 현재배터리가격은업체마다계산로직이다르지만대략 $1,000/kWh 정도이다. 16kWh의 경우 배터리 가격이 $16,000이며, 이는 차량 가격의 30% 이상이다. 따라서 소비자들의 관심을 갖게 하기 위해서는 현재에 비해 3~4배 하락되어야 한다.
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