하이브리드 전기 자동차용 시동-정지 배터리
마일드 하이브리드 차량 및 스타트-스톱 배터리 개요
지속적인 판매 성장을 경험하던 자동차 시장은 2009년 이후 급격히 위축되었습니다. 전기차 생산은 하이브리드 전기차와 순수 전기차라는 "친환경" 분야에 집중되기 시작했습니다. 기존의 시동-점화-점화(에스엘아이) 배터리를 사용하는 스타트-스톱 시스템을 설치하려면 표준 에스엘아이 배터리에 비해 탁월한 시동 성능을 제공하는 동시에 매우 높은 충전 수용력과 에너지 밀도가 요구됩니다. 이러한 접근 방식은 CO₂ 배출량을 줄이지만, 이러한 시스템은 여전히 정부의 배출 목표치를 충족하지 못합니다. 수용 가능한 비용 수준에 도달하기 위해 더 많은 기능이 엔진에서 배터리로 이전되고 있습니다. 이는 기본적으로 더 높은 전력과 에너지 출력을 안정적으로 제공하는 동시에 고속 부분 충전 상태(HRPSoC)에서 높은 충전/방전 속도로 작동하는 배터리를 요구합니다. 이러한 조건에서 사용되는 납축 배터리는 수명이 짧기 때문에 전기차 제조업체는 니켈수소(니켈수소) 및 리튬이온(리-이온) 배터리를 채택하게 되었습니다.
납축전지의 강력한 시장 지위를 유지하고 확대하려면 에너지, 출력, 수명이 향상된 새로운 배터리가 필요합니다. 에스엘아이 배터리 교체 추세는 계속 증가하고 있으며, 스타트-스톱 시스템이 장착된 차량은 이산화탄소 배출량을 3~8% 더 줄일 수 있습니다. "마일드 하이브리드" 및 "풀 하이브리드" 전기차는 이산화탄소 배출량을 15~40% 더 줄일 수 있습니다. 플러그인 또는 "풀 하이브리드" 전기차는 더욱 친환경적입니다. 이산화탄소 배출량을 10~20% 줄일 수 있는 "마일드 하이브리드" 전기차의 판매는 2020~2025년까지 계속 증가할 것으로 예상됩니다. 반대로 "풀 하이브리드" 또는 플러그인 하이브리드 전기차는 니켈-수소 배터리와 리튬 이온 배터리를 사용합니다. 마일드 하이브리드 전기차는 여전히 주로 납축전지에 의존하고 있습니다. 이는 고성능 납축전지에 대한 드물고 중요한 사업 기회를 제공합니다. 향후 30년 동안 첨단 납산 배터리가 전기 자동차의 주요 에너지원이 될 수 있을지 여부는 긴 수명과 높은 성능을 제공할 수 있는 능력에 달려 있습니다.
고급 납축전지 연합(고급의 선두-산 배터리 동맹)의 여러 회의에서 납축전지에 대한 논의가 있었습니다. 지난 10년 동안 짧은 수명과 고장 메커니즘의 원인, 그리고 이 문제를 해결하기 위한 효과적인 산업적 해결책이 제시되었습니다. 가장 중요한 접근법은 HRPSoC 조건에서 발생하는 황산화를 방지하기 위해 음극에 탄소 첨가제를 첨가하는 것입니다. 후루카와(후루카와)와 이스트 펜(동쪽 펜)의 탄소 기반 고용량 음극판을 사용한 슈퍼 배터리가 등장했습니다. 아시아, 유럽, 미국의 제조업체들은 고표면적 탄소 분말을 음극 활물질에 통합했습니다. 이러한 접근법은 수명을 연장하지만, 다른 성능 매개변수는 변하지 않습니다.
납축전지는 이론 활물질 용량의 35~40%만 사용하는데, 이것이 비용량과 비용량이 상대적으로 낮은 주된 이유입니다. 고급 납축전지의 경우, 활물질 사용률을 높이면 비용량과 비용량(와트시/킬로그램, W/킬로그램)을 2~3배까지 높일 수 있는 상당한 잠재력을 제공합니다. 본 연구에서는 효과적인 그리드를 선택하고 바이폴라 설계를 적용하여 비용량과 비용량을 향상시키는 성공적인 사례를 제시합니다.
양극 전극 및 개선된 그리드의 성능 매개변수
| 목 | 참조 배터리 (제어 배터리) | 새로운 그리드 1 | 새로운 그리드 2 | 양극성 배터리 |
|---|---|---|---|---|
| 비에너지(와트시/킬로그램) | 45 | 45 | 45 | 55 |
| 비전력(W/킬로그램) | 450 | 1200 | 900 | 540 |
고급 납축전지에 탄소 첨가제를 첨가하는 것은 단순히 음극 활물질 조성에 탄소를 첨가하는 것 이상의 의미를 지닙니다. 고급 탄소는 그리드 금속 납을 대체할 수 있습니다. 적절한 납 페이스트와 결합된 탄소 그리드는 위 차트에서 볼 수 있듯이 니켈-수소 전지 및 리튬 이온 전지와 비교할 때 매우 우수한 사이클 안정성과 내구성을 나타냅니다.
하이브리드 전기 자동차에 사용되는 납축전지는 용량이 조기에 노화되는 현상을 보입니다. 또한, 부식과 유지 보수로 인해 추가 비용이 발생합니다. 주된 원인은 작동 방식입니다. 배터리는 부동 충전이 아닌 부분 충전 상태로 고속 충방전 사이클을 반복합니다. 이로 인해 음극판의 황산화가 발생하여 용량 감소 및 수명 단축을 초래합니다. 그럼에도 불구하고 납축전지는 꾸준히 성능이 향상되고 있는 것은 분명합니다. 많은 새로운 설계가 가장 까다로운 최신 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 향후 연구를 통해 납축전지는 가장 많이 판매되는 화학 에너지원으로 자리매김할 것입니다.