전기자동차

역자서문 ⅲ
목 차 ⅴ
감사의 글 ⅹⅲ
약 어 ⅹⅴ
기 호 ⅹⅸ

1장 소 개 1
1.1 간략한 역사 1
1.1.1 초기 1
1.1.2 1910년 이후 전기자동차의 상대적인 쇠퇴 3
1.1.3 배터리 전기자동차가 널리 사용되고 있는 분야 6
1.2 20세기 말의 기술 개발 7
1.3 오늘날 사용되는 전기자동차의 종류 8
1.3.1 배터리 전기자동차 9
1.3.2 내연기관/전기 하이브리드 자동차 11
1.3.3 연료공급 전기자동차 17
1.3.4 전력선을 이용한 전기차량 19
1.3.5 태양광발전 구동 자동차 19
1.3.6 플라이휠 또는 수퍼커패시터를 사용하는 전기자동차 20
1.4 미래의 전기자동차 22
참고문헌 23

2장 배터리 25
2.1 소개 25
2.2 배터리 파라메터 26
2.2.1 셀 및 배터리 전압 26
2.2.2 충전(Amp-hour) 용량 28
2.2.3 저장 에너지 29
2.2.4 비에너지(specific energy) 30
2.2.5 에너지 밀도 30
2.2.6 비전력(specific power) 30
2.2.7 Amp-hour(또는 충전) 효율 32
2.2.8 에너지 효율 32
2.2.9 자기방전율 33
2.2.10 배터리 구조 33
2.2.11 배터리의 온도, 가열 및 냉각의 필요성 33
2.2..12 배터리의 수명과 딥사이클(deep cycle)의 횟수 33
2.3 납 배터리 34
2.3.1 납 배터리의 기초 34
2.3.2 납배터리의 특징 36
2.3.3 배터리의 수명과 유지보수 39
2.3.4 배터리 충전 40
2.3.5 납 배터리 요약 41
2.4 니켈 기반(nickel-based) 배터리 41
2.4.1 소개 41
2.4.2 니켈카드뮴 배터리 41
2.4.3 니켈금속수소화물 배터리 45
2.5 나트륨 기반(sodium-based) 배터리 48
2.5.1 소개 48
2.5.2 나트륨황 배터리 48
2.5.3 나트륨금속염화물(Sodium metal chloride or Zebra) 배터리 50
2.6 리튬 배터리 53
2.6.1 소개 53
2.6.2 리튬폴리머 배터리 53
2.6.3 리튬이온 배터리 53
2.7 금속공기 배터리 55
2.7.1 소개 55
2.7.2 알루미늄공기 배터리 55
2.7.3 아연공기 배터리 56
2.8 배터리 충전 57
2.8.1 배터리 충전기 57
2.8.2 충전균일화 59
2.9 설계자의 배터리 선택 62
2.9.1 소개 62
2.9.2 현재 상용으로 구입할 수 있는 배터리 63
2.10 하이브리목 차드 자동차에서의 배터리 사용 64
2.10.1 소개 64
2.10.2 내연기관/배터리 전기 하이브리드 자동차 64
2.10.3 배터리/배터리 전기 하이브리드 자동차 65
2.10.4 플라이휠을 사용한 조합 65
2.10.5 복합 하이브리드 방식 65
2.11 배터리 모델링 66
2.11.1 배터리 모델링의 목적 66
2.11.2 배터리 등가회로 66
2.11.3 배터리 용량의 모델링 69
2.11.4 일정한 전력에서의 배터리 시뮬레이션 75
2.11.5 Peukert 계수의 계산 79
2.11.6 배터리 크기의 근사화 80
2.12 결론 81
참고문헌 83

3장 대체에너지원과 신에너지원 및 저장 85
3.1 소개 85
3.2 태양광발전 85
3.3 풍력 87
3.4 플라이휠 89
3.5 수퍼커패시터 92
3.6 전원레일 96
참고문헌 99

4장 연료전지 101
4.1 연료전지, 현실적인 선택인가? 101
4.2 수소연료전지 : 기본원리 104
4.2.1 전극 반응 104
4.2.2 전해질의 종류 106
4.2.3 연료전지 전극 108
4.3 연료전지 열역학 - 소개 112
4.3.1 연료전지 효율과 효율한계 112
4.3.2 효율과 연료전지 전압 116
4.3.3 실제 연료전지 전압 117
4.3.4 압력 및 가스농도의 영향 119
4.4 셀의 직렬연결 - 양극판 120
4.5 PEMFC에서의 물관리 125
4.5.1 물 문제에 대한 소개 125
4.5.2 PEMFC의 전해질 126
4.5.3 PEM의 수분 유지 129
4.6 PEMFC의 열관리 131
4.7 완전한 연료전지 시스템 133
참고문헌 135

5장 수소 공급 137
5.1 소개 137
5.2 연료개질 140
5.2.1 연료전지 요구 조건 140
5.2.2 수증기개질 140
5.2.3 부분산화개질과 자열개질 142
5.2.4 연료의 고품질화 처리과정 : 일산화탄소의 제거 144
5.2.5 실제적인 수송차량용 연료처리 145
5.3 수소 저장Ⅰ - 수소로서 저장 147
5.3.1 문제에 대한 소개 147
5.3.2 안전성 148
5.3.3 압축가스로서 수소저장 149
5.3.4 액체로서 수소 저장 151
5.3.5 가역적 금속수소화물에 의한 수소 저장 154
5.3.6 탄소나노섬유 157
5.3.7 수소저장방법의 비교 157
5.4 수소 저장 Ⅱ : 화학적인 방법 158
5.4.1 소개 158
5.4.2 메탄올 159
5.4.3 알칼리금속 수소화물 162
5.4.4 수소화붕소나트륨 163
5.4.5 암모니아 168
5.4.6 수소저장방법의 비교 171
참고문헌 172
목 차
6장 전기기기 및 제어기 175
6.1 브러시형 직류전동기 175
6.1.1 직류전동기의 기본 원리 175
6.1.2 토크-속도 특성 177
6.1.3 브러시형 직류전동기의 제어 182
6.1.4 직류전동기의 자계 형성 183
6.1.5 직류전동기의 효율 185
6.1.6 전동기 손실과 전동기의 크기 189
6.1.7 브레이크로 동작하는 전동기 190
6.2 직류전압 조정과 전압 변환 193
6.2.1 스위칭 소자 193
6.2.2 강압형 또는 벅(buck) 전압조정기 196
6.2.3 승압형 또는 부스트(boost) 스위칭 전압조정기 198
6.2.4 단상 인버터 201
6.2.5 3상 인버터 205
6.3 브러시리스 직류전동기 207
6.3.1 서론 207
6.3.2 브러시리스 직류전동기 207
6.3.3 스위치드 릴럭턴스 전동기 211
6.3.4 유도전동기 215
6.4 전동기의 냉각, 효율, 크기 및 무게 218
6.4.1 전동기의 효율 개선 218
6.4.2 전동기 무게 220
6.5 하이브리드 자동차용 전기기기 222
참고문헌 224

7장 전기자동차의 모델링 225
7.1 소개 225
7.2 견인력(tractive effort) 226
7.2.1 소개 226
7.2.2 구름저항력 227
7.2.3 공기역학적 항력 227
7.2.4 등판력(hill climbing force) 228
7.2.5 가속력 228
7.2.6 총 견인력 231
7.3 자동차 가속의 모델링 231
7.3.1 가속성능 파라메터 231
7.3.2 전기스쿠터의 가속성능 모델링 233
7.3.3 소형자동차의 가속성능 모델링 239
7.4 전기자동차의 주행거리 모델링 242
7.4.1 구동사이클(driving cycle) 242
7.4.2 배터리 구동 전기자동차의 주행거리 모델링 248
7.4.3 정속 주행거리 모델링 255
7.4.4 시뮬레이션의 다른 용도 255
7.4.5 연료전지 자동차의 주행거리 모델링 258
7.4.6 하이브리드 전기자동차의 주행거리 모델링 261
7.5 시뮬레이션 : 요약 262
참고문헌 263

8장 설계 고찰 265
8.1 소개 265
8.2 공기역학적 고찰 265
8.2.1 공기역학과 에너지 265
8.2.2 차체/샤시의 공기역학적 형상 270
8.3 구름저항 고찰 272
8.4 변속장치의 효율 274
8.5 자동차 무게 고찰 278
8.6 전기자동차의 샤시와 차체의 설계 280
8.6.1 차체/샤시 요구조건 280
8.6.2 차체/샤시 설계 282
8.6.3 차체/샤시의 강도, 강성 및 충돌저항 284
8.6.4 안정성을 위한 설계 287
8.6.5 전기자동차의 서스펜션(suspension) 288
8.6.6 오늘날의 배터리구동 자동차 및 하이브리드 전기자동차에 사용된 샤시의 예 288
8.6.7 오늘날의 연료전지 자동차에 사용된 샤시 289
8.7 설계에 있어서의 일반적인 문제 290
8.7.1 설계사양 290
8.7.2 전기자동차의 설계에 사용되는 소프트웨어 291

9장 보조시스템 설계 293
9.1 소개 293
9.2 가열 및 냉각 시스템 293
9.3 제어기 설계 298
9.4 파워스티어링(power steering) 300
9.5 타이어의 선택목 차 301
9.6 사이드미러, 안테나, 화물용 선반 301
9.7 전기자동차의 재충전 및 연료재공급 시스템 302

10장 전기자동차와 환경 305
10.1 소개 305
10.2 자동차에 의한 오염 : 영향 306
10.3 자동차에 의한 오염 : 정량적 분석 309
10.4 수송분야별 차량에 따른 오염 315
10.5 전력계통선을 통해 사용되는 대체에너지 및 지속가능 에너지 316
10.5.1 태양에너지 317
10.5.2 풍력에너지 317
10.5.3 수력에너지 319
10.5.4 조력에너지 319
10.5.5 바이오매스 에너지 319
10.5.6 지열에너지 320
10.5.7 핵에너지 320
10.5.8 해양 조류에너지 320
10.5.9 파력에너지(wave energy) 321
10.6 연료공급 차량에 지속가능한 에너지의 사용 321
10.6.1 연료전지와 재생에너지 321
10.6.2 기존의 내연기관 자동차에 지속가능한 에너지의 사용 322
10.7 규정과 법률제정가의 역할 322
참고문헌 324

11장 사례 연구 325
11.1 소개 325
11.2 충전가능 배터리 차량 325
11.2.1 전기자전거 326
11.2.2 전기 이동보조차량(electric mobility aid) 328
11.2.3 저속 차량 329
11.2.4 배터리 구동 자동차와 밴 330
11.3 하이브리드 자동차 334
11.3.1 Honda Insight 335
11.3.2 Toyota Prius 336
11.4 연료전지 버스 338
11.5 결론 342
참고문헌 344

부록 MATLAB 예 345
부록 1 : GM EV1의 성능 시뮬레이션 345
부록 2 : 구동사이클의 로딩과 작성 346
부록 3 : 한 사이클 시뮬레이션 348
부록 4 : GM EV1 전기자동차의 주행거리 시뮬레이션 351
부록 5 : 전기스쿠터 주행거리 모델링 353
부록 6 : 연료전지 주행거리 시뮬레이션 356
부록 7 : 전동기 효율지도 358

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