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시스템 모델링 tool을 이용한 난방 가동 주행 시 수소 연료전지 자동차의 연료 소모에 미치는 영향 분석
김한상(Han-Sang Kim),윤승한(Seung Han Yoon),정성원(Sung Won Jung),신승수(Seung Su Shin) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
자동차 운행 시 냉/난방은 필수적인 기능으로 자동차의 상품성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 엔진의 고온 폐열을 이용하여 난방을 하는 내연기관 자동차와 달리 전기를 주 에너지원으로 사용하는 전기자동차 혹은 수소 연료전지 자동차와 같은 전기동력자동차는 고온의 열원을 이용할 수 없으므로 난방 장치의 작동을 위하여 추가적인 에너지 공급이 필수적이다. 따라서 주행 중 냉/난방 장치의 작동은 전기자동차의 경우 주행거리의 감소, 수소 연료전지 자동차의 경우 연료(수소) 소모량의 증가에 직접 영향을 미친다. 대다수 자동차 회사가 2030년 이후로 내연기관 자동차의 생산을 중단하고, 전기자동차나 수소 연료전지 자동차와 같은 차세대 친환경 자동차로의 전환을 알리는 시점에서 위와 같은 문제점을 효과적으로 해결하기 위해 전기동력자동차의 경우 냉/난방 작동 시 연비 특성을 시스템 모델링을 통해 분석하는 것은 주요 기술적 과제 중 하나로 인식되어 최근 다양한 기관에서 관련 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 본 논문에서는 수소 연료전지 자동차의 난방 가동 주행 시 연료소모 특성 파악을 위하여 시스템 측면의 기초적인 분석을 진행하였다. 수소 연료전지 자동차의 모델링과 주행 상황에 따른 연료 소모 특성에 대한 시스템 해석은 AVL사의 차량 시뮬레이션 tool인 CRUISE M을 이용하여 수행되었다. 수소 연료전지차의 핵심 모듈인 고분자전해질(PEM) 연료전지 스택, BOP(주변 장치)(난방장치 포함)및 동력계(모터, 고전압 배터리 등) 주요 모듈을 고려하면 시중에 출시된 수소 연료전지 자동차의 제원들을 최대한 참고하여 모델링을 수행하였다. 동계 조건에서 난방 장치의 펌프, PTC 히터의 특성 변화에 따른 다양한 주행 사이클 조건(NEDC, 고속 도로(Highway 사이클 등)에서 시뮬레이션을 수행하여 수소 연료전지 자동차의 난방 장치 작동이 주행 중 연비에 미치는 영향을 파악할 수 있었다. 본 연구에서 적용된 모델링 방법과 분석 방안은 수소 연료전지 자동차의 연비 향상을 위한 냉/난방 모듈 등의 개선 설계 및 개발을 위한 연구에 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
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수소 연료전지 자동차의 충돌 및 화재안전성 관련 연구동향
임재문(Jae Moon Lim),장형진(Hyung Jin Chang),김규현(Gyuhyun Kim) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
환경문제에 따른 배기가스 배출저감 및 자원고갈에 따른 대안으로 향후 수소 연료전지 자동차의 본격적인 시장진입이 예상되고 있다. 자동차 제작사 및 세계 각국의 정부 등은 수소 연료 전지 자동차가 기존의 내연기관 자동차와 동등 이상의 안전성을 확보할 수 있는 부품기술, 자동차 제작기술 및 이와 관련된 안전기준을 개발하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 독일과 미국은 이미 수소 연료전지 자동차에 관한 안전기준을 제정한 일본과 협력하여 세계기술기준(GTR)을 제정하고자 시도하고 있으며, 우리나라도 이러한 주변 상황에 대응하기 위하여 수소ㆍ연료전지 자동차의 안전성 평가기술 개발에 관한 5개년 연구 과제를 2007년말부터 착수하였다. 이 연구는 수소 연료전지 자동차에 관한 제도 및 정책 연구, 수소 안전성 기술, 수소 연료전지 자동차 운행 안전성 기술 및 전기 안전성 기술에 관한 연구를 망라하고 있으며, 안전기준 및 안전성 평가기술을 개발하여 수소 연료전지 자동차관리정책에 반영하는 것을 목표로 하고 있다. 수소 연료전지 자동차 및 수소저장탱크를 포함한 연료시스템의 충돌 및 화재안전성에 관한 평가방법 및 안전기준 등을 도출하기 위해서는 정면/측면/후면충돌 및 전복 등과 같은 다양한 환경에서 실차시험을 수행하고, 이로부터 도출된 실제 결과를 반영하여야 할 것이지만, 수소 연료전지 자동차를 제작하는 비용이 매우 고가이므로 충돌시험으로부터 구할 수 있는 실제 데이터는 상대적으로 많은 제한이 있을 것으로 예상되고 있다. 이러한 점을 극복할 수 있도록 충분한 검토가 이루어져야 하며, 이에 따른 방안도 수립될 수 있어야 할 것으로 판단된다. The researches on the crash and the fire safety of hydrogen fuel cell vehicles (HFCV) have been progressing worldwide. Japan has already established and adopted a regulation to evaluate the performance of a HFCV. The National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) of the U.S. has been leading the hydrogen safety research program since 2004. The SAE FCV Safety Working Group has been addressing fuel cell vehicle (FCV) safety for over 8 years. The recommended practice for general fuel cell vehicle safety (SAE J2578) was published in 2002. The SAE Working Group is now developing a new recommended practice on vehicular hydrogen systems (SAE J2579). To develop a global technical regulation (GTR) concerning hydrogen/fuel cell vehicles, Germany, Japan and the U.S. submitted the proposal to United Nations World Forum for the Harmonization of Vehicle Regulations. Korea has started the research program on the development of safety evaluation techniques for hydrogen fuel cell vehicles in 2007. This paper explores research issues related to the crash and fire safety of HFCV.
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홍익 자동차 디자인 팀(Hong-Ik Vehicle Design Team) 한국자동차공학회 1993 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
날로 심각해지는 공기오염과 화석연료의 한계성에 비추어 볼때 전기자동차의 개발은 필연적이다. 하지만 전기자동차의 실용화에는 배터리의 성능 등 많은 문제점이 있는것으로알려지고있다. 하이브리드 자동차는 전기자동차의 이러한 결점을 보완하기 위하여 현 내연기관 자동차의 장점을 그대로 유지한, 두 자동차 사이에서 징검다리의 역할을 하는 자동차이다. 좀 더 정확하게 말하면 전기자동차의 배터리와 모터 그리고 기존의 자동차에 쓰이는 내연기관을 효가적으로 결합함여 만든 자동차이다. 본 논문의 내용은 홍익 하이브리드 자동차의 개발구상에 대하여 언급하고. 구동원, 차체, 현가장치, 그리고 모터부문에 대한 특징 및 제작과정을 담고있다. 마지막으로 차량제작에 적용되어진 컴퓨터를 이용한 해석내용을 담고 있다. The inevitable emergence of electric-powered vehicle is the most significant impact upon the automotive world in decades. However, the limitations to current developed electric vehicle, such as poor performance, limited range, heavy weight, and recharging, invoke to consider new type of vehicles with both electric-power and gasoline engine simultaneously, so-called hybrid vehicles. Hybrid vehicles are believed to be the optimal selection for bringing the electric car on the road in the near future at reasonable cost. The concept of Hong-Ik hybrid vehicle is introduced. Fabrication and characteristics of HHV's powertrain, body and suspension are explained. CAE resuls are followed.<br/>
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전기 자동차의 에너지 시뮬레이션을 통한 Driving Range 향상을 위한 민감도 분석에 관한 연구
조재훈(Jaehoon Cho),최진호(Jinho Choi) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11
전기자동차란 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 동력을 얻는 자동차이다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 환경문제가 최근 심각해지면서 1990년대부터 다시 관심을 가지며 개발되기 시작하였다. 현대의 전기자동차 기술은 배터리기술의 발전과 함께 발전하고 있으며, 가장 큰 이슈 중의 하나는 배터리를 한번 충전하여 얼마나 멀리 갈수 있느냐 하는 것이다. 본 논문은 이와 같은 배터리 전기자동차의 Driving Range 향상을 위하여 에너지 효율 분석 및 민감도 분석을 다룬다. 이를 위하여 본 논문에서는 우선 에너지 효율 분석을 위한 시뮬레이션 모델을 (BEV Unified Model) 구성하였고, 구성된 Simulation 모델을 바탕으로 Driving Range 향상을 위한 해석 및 민감도 분석을 경소형 배터리 전기자동차에 적용하였다. An Electric vehicle (EV) uses the accumulated electric power in the battery to drive, which is the main difference from the conventional vehicle using the fossil fuel. The first electric vehicle was developed in 1873 before the gasoline car. But the vehicle was not commercialized due to the heavy weight and performance of the battery including long time to charge. Since the 1990s, EVs have extensively being re-developed with the increased concern over the environmental issues with petroleum. The modern electric vehicles have being developed with the enhancement of battery technology. One of the key issues for these EVs is how to increase the driving range and how to reduce the time to re-charge. This paper focus on a study on sensitivity analysis for improving the driving range based on energy simulation of a battery electrical vehicle (BEV). For the study, we made up the BEV energy simulation model using Unified Model (GM internal energy simulation codes) and implemented the driving range and performance simulation using the model. The sensitivity analysis is performed to find the dominant and efficient enablers for improving the driving range of a battery electrical vehicle.
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