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도심주행 패턴에 따른 소형 전기자동차 최적화 전략
Optimized Strategy of Neighborhood Electric Vehicle with Driving Schedules 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.18 no.3, 2010년, pp.53 - 59  

길범수 (한국에너지기술연구원) ,  조종표 (한국에너지기술연구원) ,  표영덕 (한국에너지기술연구원) ,  김강출 (한국에너지기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Developing & Producing of Eco-Friendly vehicle have been more incremented, as People appreciate the importance of Earth Environment Conservation. The needs of Neighborhood Electric Vehicle(NEV) that suits Current people's short drive distance is incremented. In this Paper, we define Neighborhood...

주제어

#전기자동차   #소형 전기자동차   #납축전지   #영구자석동기모터  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 1) 소형 전기자동차 모델에 대해 정의하고 대상이 되는 모터 및 배터리를 모델링 하였다.
  • 3) 배터리 팩을 증가 시켜 소형 전기자동차의 주행 거리, 배터리 효율 및 전기자동차 효율에 미치는 영향을 비교･분석하였다.
  • 납축전지(197kg)를 장착한 소형 전기자동차 모델의 주행 속도에 따른 이동거리를 시뮬레이션 하였다. 주행모드에 따른 주행거리는 30km/h로 주행하였을 경우 가장 많은 59.
  • 34Nm의 최대값을 보이고 있다. 모터 모듈(Motor module)은 Fig. 4와 같이 모터 토크, 모터 회전속도 그리고 모터 효율(Motor efficiency)에 대한 3D 모터 맵(Motor map)을 이용하였다. 모터의 효율은 낮은 토크, 저속에서는 효율이 낮고 높은 토크, 고속에서는 효율이 최대 0.
  • 본 연구에서는 2인승 소형 전기자동차 모델을 선정하여 정속주행 및 도심주행패턴에 따른 주행성능을 시뮬레이션하였다.
  • 본 연구에서는 2인승 전기자동차를 대상으로 모델링하여 맨해튼 도심주행(Manhattan driving schedule) 및 정속주행(Constant speed)에서의 주행특성을 시뮬레이션(Simulation)하였고, 배터리 무게에 따른 주행거리 변화, 배터리 효율 및 모터 효율 등의 변화에 대해 비교 및 분석하였다.
  • 납축전지는 완전 방전할 경우 배터리 성능이 급속히 저하되는 성격을 가지고 있기 때문에 시뮬레이션 하는데 있어 배터리 충전 수준을 나타내는 충전량(State of Charge, SOC)의 최소값을 제한하여야 한다. 본 연구에서는 SOC의 값을 완전충전상태 1(100%)에서 최소 0.3(30%)으로 제한을 두고 시뮬레이션하였다.
  • 시뮬레이션에 사용된 주행 패턴은 정속주행모드(10km/h, 20km/h, 30km/h, 40km/h) 4가지와 도시주행모드(Manhattan driving schedule)를 적용하였다. 정속주행모드는 출발부터 같은 속도로 주행하여 최소 SOC값인 0.

대상 데이터

  • 본 연구의 모델링된 2인승 전기자동차 제원은 Table 3에 나타내었다. 공차중량 400kg, 차량의 앞 면적 2.044m2 , 휠의 크기는 13인치(Inch)로 설정하여 시뮬레이션을 하였다.
  • 시뮬레이션에 사용된 납축전지는 100% 완전 충전된 상태에서 최소 30%까지로 제한하였고, 도로조건은 평지이며, 소형 전기자동차는 측면 방향의 힘이 작용하지 않는 상태의 전진방향에 대해서 시뮬레이션 하였다.
  • 본 연구에서는 가격 경쟁력이 가장 우수한 납축 전지(Lead acid battery)를 사용하였으며, 배터리 모델에 적용한 납축전지는 Horizon Inc.에서 생산한 12V, 85Ah, 32.8kg 납축전지 6개를 하나의 배터리 팩으로 연결하여 72V, 85Ah, 197kg을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 Unique Mobility Inc.에서 설계 제작한 8kW, 14.1kg의 경량 영구자석동기모터를 사용하였다. Fig.
  • 전기자동차는 Fig. 2와 같이 배터리, 전기모터 및 변속기 등으로 구성된 형태를 가지고 있으며, Table 1은 현재 북미 및 유럽에서 시판되고 있는 소형 전기 자동차의 기본적 사양에 대해 제조사 홈페이지를 참조하여 정리하였다.

데이터처리

  • 2) 정속주행 및 도심주행패턴에 있어 소형 전기자동차의 운행거리를 시뮬레이션을 통하여 예측, 비교 평가 하였다.

이론/모형

  • 3(30%)이 되기까지 주행하였다. 도시주행모드는 맨해튼 주행모드를 적용하였다. 맨해튼 주행모드는 웨스트버지니아대학교(West Virginia University) 기계 및 항공우주공학과(Mechanical and aerospace engineering)에서 뉴욕 맨해튼 지역의 버스 주행 패턴을 분석하여 2000년에 제작한 모드이다.
  • 본 연구의 전기자동차는 주행성능을 평가하기 위한 시뮬레이션을 실행하기 위해 공기저항(Aerodynamic drag) 모델을 적용하여야 한다. 공기역학 모델은 직선 주행을 위주로 시뮬레이션 하였기 때문에 측력(Side force)의 중요한 요소인 횡풍(Lateral wind)은 고려하지 않기로 하였다.
  • 소형 전기자동차의 정속주행모드(10km/h, 20km/h, 30km/h, 40km/h) 및 도시주행모드(Manhattan driving schedule)의 주행성능특성을 해석하기 위해 MATLAB 과 ADVISOR 2002를 사용하여 시뮬레이션 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연료전지자동차는 어떤 에너지원을 사용하는가? 연료전지자동차는 연료전지 내부의 수소(Hydrogen)와 산소가 반응하여 발생하는 전기에너지를 에너지원으로 사용한다. 연료전지는 물과 전기만을 발생하므로 배출가스로 인한 환경오염이 발생하지 않는 무공해 자동차이다.
전기자동차의 단점은 무엇인가? 전기자동차는 차량에 탑재된 배터리(Battery)를에너지원으로 사용하기 때문에 배출가스가 발생하지 않는 장점을 가지고 있다.3) 그러나 전기에너지를 공급하는 배터리의 긴 충전시간, 배터리의 높은 가격 및 짧은 배터리 수명 등의 단점을 가지고 있다. 이러한 한계에도 불구하고 현대인의 자동차 주행패 턴이 점차 단거리 위주로 변화되고 있어 이에 맞는 형태의 소형 전기자동차에 대한 수요가 날로 증가하고 있다.
저공해 자동차개발이 늘어나고 있는 이유는 무엇인가? 화석연료를 동력원으로 사용하는 자동차에 의한 대기오염, 지구온난화 등의 문제와 세계 석유자원 감소로 인한 유가상승으로 인하여 세계적으로 많은 국가와 자동차 메이커의 저공해 자동차개발에 참여 하고 있다. 저공해･친환경 자동차는 고연비 내연기관을 장착한 자동차, 하이브리드자동차(Hybrid electric vehicle, HEV), 연료전지자동차(Fuel-cell vehicle) 및 전기자동차(Electric vehicle, EV)등의 형태로 개발되거나 혹은 개발 완료되어 생산되고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. K. David Huang, S.-C. Tzeng, Development of a Dybrid Pneumatic-power Vehicle, Applied Energy, Elsevier, 2004. 

  2. T. Markel, M. Zolot, K. B. Wipke, A. A. Pesaran, "Energy Storage System Requirements for Hybrid Fuel Cell Vehicles," Advanced Automotive Battery Conference, pp.10-13, 2003. 

  3. G. Kim, N. Kim and C. Cho, "Small Scale Linear Ceramic Engine Generator for Neighborhood Electric Vehicle," EVS24, World Electric Vehicle Association, p.2, 2009. 

  4. S. Hwang, Traffic, The Korea Transport Institute, Vol.93, p.7, 2005. 

  5. Y. Lee, Traffic, The Korea Transport Institute, Vol.103, p.6, 2006. 

  6. National Highway Traffic Safety Administration, 49 CFR Part 571 (Docket No. NHTSA 98- 3949) RIN 2127-AG58 Federal Motor Vehicle Safety Standards, 1998. 

  7. J. Shin, J. Shim, S. Hwang and G. Park, "Structural Analysis and Optimization of a Low Speed Vehicle Body," Transactions of KSAE,Vol.11, No.4, pp.66-78, 2003. 

  8. U. Lim, S. Jeon, W. Jeon, C. Shin, S. Chung and S. Kim, "Modeling of the Charge-Discharge Behavior of a 12V Automotive Lead-acid Battery," Korean Chem. Eng. Res., Vol.45, No.3, pp.242-248, 2007. 

  9. T. D. Gillespie, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, USA, 1992. 

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