전기 자동차

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배경

가솔린 자동차와 달리 전기 자동차는 실용적인 운송 수단으로 쉽게 발전하지 못했습니다. 20세기 초, 전기 자동차는 연구원들에 의해 활발하게 추구되었습니다. 그러나 쉽게 양산되는 휘발유 자동차는 이 프로젝트에 대한 관심을 억누르고 있었다. 연구는 1920년에서 1960년 사이에 줄어들어 환경 오염과 천연 자원 감소라는 환경 문제로 인해 보다 환경 친화적인 교통 수단이 필요하게 되었습니다. 안정적인 배터리를 지원하는 기술과 필요한 배터리 수의 무게는 전기 자동차의 가격을 높였습니다. 플러스 측면에서, 자동차 전자 장치는 매우 정교하고 작아져서 전기 자동차 애플리케이션에 이상적입니다.

연혁

자동차의 초기 개발은 휘발유 동력이 아닌 전력 동력에 초점을 맞췄습니다. 1837년 스코틀랜드의 로버트 데이비슨이 최초의 전기 자동차를 만든 것으로 보이지만 전기 자동차가 유럽과 미국에서 제조되어 판매된 것은 1890년대가 되어서였습니다. 1890년대 후반에 미국 도로는 내연기관 자동차보다 전기 자동차가 더 많이 거주했습니다.

미국에서 가장 성공적인 전기 자동차 제작자 중 한 사람은 1890년에 제품 마케팅을 시작한 아이오와주 디모인의 William Morrison입니다. 다른 개척자에는 SR과 Edwin Bailey, 매사추세츠주 에임즈베리에 있는 객차 제조업체의 아버지-아들 팀이 있습니다. , 그는 1898년에 객차 중 하나에 전기 모터와 배터리를 장착했습니다. 이 조합은 객차를 끌기에는 너무 무거웠지만 Baileys는 1908년까지 80km(50mi)를 이동할 수 있는 실용적인 모델을 생산할 때까지 지속되었습니다. 배터리 재충전이 필요합니다.

전기차 이야기의 대부분은 사실 배터리 개발 이야기다. 납산 배터리는 1890년 H. Tudor에 의해 발명되었고 Thomas Alva Edison은 1910년 니켈-철 배터리를 개발했습니다. Edison의 버전은 전기 자동차와 트럭의 생산을 증가시켰고 발명가 자신은 전기 자동차의 미래에 관심이 있었습니다. 차. 그는 Baileys가 자신의 새 축전지 중 하나를 차량 중 하나에 장착했을 때 노력을 결합했으며 일련의 공개 시연에서 이를 홍보했습니다. Bailey Company는 1915년까지 전기 자동차를 계속 생산했으며, 미국에서만 세기 초에 번성한 100개 이상의 전기 자동차 회사 중 하나였습니다. 디트로이트 전기 자동차 제조 회사는 마지막으로 생존했으며 1941년에 운영을 중단했습니다.

전기 자동차는 깨끗하고 조용하며 작동하기 쉽기 때문에 인기가 있었습니다. 그러나 두 가지 개발로 가솔린 차량이 개선되어 경쟁이 없었습니다. 1912년 Charles Kettering은 수동 크랭크가 필요 없는 전기 시동기를 발명했습니다. 동시에 Henry Ford는 Model T 자동차를 제조하기 위한 조립 라인 프로세스를 개발했습니다. 조립은 전기 자동차의 제조보다 효율적이고 비용이 적게 듭니다. 따라서 휘발유 차량의 가격은 모든 가족이 자동차를 구입할 수 있을 만큼 충분히 낮아졌습니다. 1920년대 이후에는 전기 트롤리, 자주 정차하는 배달 차량 및 기타 몇 가지 전기 동력 차량만이 살아남았습니다.

1960년대 들어 전기자동차에 대한 관심은 고가 상승과 석유 공급 감소, 내연기관에서 발생하는 공해에 대한 우려로 다시 높아졌다. 그러나 20세기 말 전기 자동차의 부활은 기술적인 문제, 비용 및 성능에 관한 심각한 문제, 대중의 관심을 끌거나 쇠퇴시키는 문제로 가득 차 있었습니다. 신자들은 낮은 전기 에너지 소비 및 비용, 낮은 유지 관리 요구 사항 및 비용, 신뢰성, 오염 물질 배출 최소화(결과적으로 환경에 대한 혜택), 작동 용이성 및 낮은 소음 출력을 위해 전기 자동차를 옹호합니다.

되살아난 관심 중 일부는 규제에 의해 주도되었습니다. 캘리포니아 입법부는 1998년까지 주에서 판매되는 신차의 2%를 무공해 엔진으로 구동하도록 의무화했습니다. 이 요구 사항은 2003년까지 4%로 증가합니다. 제조업체는 공익이 규정 및 지원을 따를 것이라는 가정 하에 전기 자동차에 투자했습니다. 대기 질과 환경 보호. General Motors(GM)는 1990년 1월 Impact를 도입했습니다. Impact는 최고 속도가 110mph(176kph)였으며 재충전이 중지되기 전에 55mph(88kph)로 193km를 이동할 수 있었습니다. 충격은 실험적이었지만 1990년 후반에 GM은 테스트 자동차를 생산 모델로 변형하기 시작했습니다. 배터리는 2년마다 교체해야 하기 때문에 이 전기 자동차의 약점이었습니다. 가솔린 모델의 운영 비용에 비해 차량 비용이 두 배였습니다. 충전소는 널리 이용 가능하지 않으며 이러한 불편함과 비용의 복잡성은 잠재적 구매자를 억누르고 있습니다. 1999년, Honda는 1997년 5월에 시장에 출시된 전기 자동차의 생산을 중단할 것이라고 발표했는데, 동일한 억제력으로 인해 대중의 지원이 부족했기 때문입니다.

구성 요소

에너지를 생산하는 화학 반응의 수명이 제한된 1차 전지와 달리 전기차에 사용되는 2차 전지는 이차 전지입니다. 배터리는 더 나은 무게 배분과 안전성을 제공하기 위해 뒤쪽에 "T"의 상단과 함께 차 중앙 아래에 T자 형태로 위치합니다. 전기 자동차용 배터리는 니켈-철, 니켈-아연, 아연-염화물 및 납산을 사용하여 만들어졌습니다.

전기차의 무게 역시 반복되는 설계 난제였다. 전기 자동차에서 배터리와 전기 추진 시스템은 일반적으로 자동차 중량의 40%인 반면, 내연 기관 자동차에서는 엔진, 냉각수 시스템 및 기타 특정 동력 장치가 자동차 중량의 25%에 불과합니다. 자동차.

개발 중인 다른 기술은 대중이 더 수용할 수 있는 대안을 제공할 수 있으며 배출량이 0이 아닌 경우에도 낮습니다. 하이브리드 자동차에 연료 전지를 사용하는 것은 1999년 현재 가장 유망한 개발입니다. 하이브리드 자동차에는 두 개의 발전소가 있습니다. 하나는 전기식이고 다른 하나는 내연 기관입니다. 저속에서 가다 멈췄다가 다시 시작할 수 있는 전력과 고속도로 속도와 거리에서 휘발유 추진력을 사용하여 각각 가장 효율적인 조건에서만 작동합니다. 전기 모터는 휘발유를 절약하고 공해를 줄이며, 가스 동력 부분은 불편한 재충전 정지 빈도를 줄여줍니다.

연료 전지에는 전기를 생성하기 위해 전자를 제공하는 화학적 수소 공급원이 있습니다. 에탄올, 메탄올 및 가솔린은 이러한 화학 소스입니다. 가솔린을 사용하면 연료 전지가 내연 기관보다 효율적으로 소모됩니다. 연료 전지 프로토타입은 성공적으로 테스트되었으며 일본은 1998년에 하이브리드 자동차를 제조하기 시작했습니다. 전기 자동차의 또 다른 미래 희망은 납산 배터리보다 3배 더 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 배터리입니다. 3배의 저장은 3배의 범위로 이어져야 하지만 여전히 생산 비용이 너무 높습니다. 리튬 배터리는 이제 가장 유망한 것으로 입증되고 있지만 이러한 모든 종류의 배터리를 만들기 위한 제한된 원자재 공급은 모든 차량이 전력으로 변환될 수 있는 가능성을 방해할 것입니다.

원자재

전기차의 골격은 스페이스 프레임으로 불리며 알루미늄으로 만들어져 강하면서도 가볍다. 휠 역시 무게를 줄이기 위해 강철 대신 알루미늄으로 만들어졌습니다. 알루미늄 부품은 제조업체 고유의 특수 설계된 금형을 사용하여 주조 공장에서 부어집니다. 시트 프레임과 스티어링 휠의 심장부는 가벼운 금속인 마그네슘으로 만들어졌습니다. 본체는 재활용이 가능한 충격 방지 합성 플라스틱으로 만들어졌습니다.

전기 자동차 배터리는 금속 양극과 음극과 전해질이라는 액체를 포함하는 플라스틱 하우징으로 구성됩니다. 현재, 납산 배터리가 여전히 가장 일반적으로 사용되지만, 액체와 금속의 다른 조합은 전기 자동차 분야에서 다음으로 가장 가능성이 높은 동력원인 니켈 금속 수소화물(NiMH) 배터리와 함께 사용할 수 있습니다. 전기 자동차 배터리는 사고 중에 파열되거나 구멍이 뚫려도 누출되지 않는 흡수성 패드에 액체를 보관합니다. 배터리는 전문 공급업체에서 만듭니다. General Motors EV1과 같은 전기 자동차에는 T자형 장치에 26개의 배터리가 들어 있습니다.

모터 또는 트랙션 시스템에는 윤활유가 필요 없는 금속 및 플라스틱 부품이 있습니다. 여기에는 배터리에서 에너지 흐름을 조절하고 구동력으로의 변환을 제어하는 ​​정교한 전자 장치도 포함됩니다. 전자 장치는 콘솔에 있는 컨트롤 패널의 핵심 구성 요소이기도 합니다. 온보드 컴퓨터 시스템은 문, 창문, 타이어 공기압 모니터링 시스템, 에어컨, 자동차 시동, CD 플레이어 및 모든 자동차에 공통된 기타 시설을 작동합니다.

플라스틱, 폼 패딩, 비닐 및 패브릭은 대시보드 커버, 도어 라이너 및 시트를 형성합니다. 타이어는 고무이지만 일반 타이어와 달리 더 높은 압력으로 팽창하도록 설계되어 에너지를 보존하기 위해 저항이 덜한 상태로 자동차가 굴러갑니다. 전기 자동차 타이어에는 또한 전기 에너지 절약을 위해 누출을 자동으로 밀봉하는 실런트가 포함되어 있습니다. 자체 밀봉 타이어는 또한 스페어 타이어가 필요하지 않으며, 이는 또 다른 중량 및 재료 절약 기능입니다.

앞유리는 태양열 유리로 실내가 태양의 과열과 겨울에 형성되는 서리를 방지합니다. 열 보존을 제공하는 재료는 난방 및 공조가 배터리에 부과하는 에너지 소모를 줄입니다.

디자인

오늘날의 전기 자동차는 휘발유 자동차의 기존 생산 모델을 기반으로 전기 자동차를 설계하려는 일련의 잘못된 출발 및 "키트" 자동차 또는 자가 설계 전기 자동차와 구별하기 위해 "현대 생산 전기 자동차"로 설명됩니다. 재미있고 기능적일 수 있지만 생산할 가치는 없습니다. 1960년대부터 1980년대까지 전기차에 대한 관심은 컸지만 발전은 더뎠다. 배터리에서 발생하는 고에너지 수요의 설계 장애물은 설계를 적용하여 해결할 수 없었습니다. 마침내 1980년대 후반에 자동차 엔지니어들은 처음부터 문제를 다시 생각하고 공기 역학, 무게 및 기타 에너지 효율성을 크게 고려하여 처음부터 전기 자동차를 설계하기 시작했습니다.

스페이스 프레임, 시트 프레임, 휠, 바디는 고강도로 설계되어 안전성과 가장 가벼운 무게를 제공합니다. 이것은 알루미늄, 마그네슘 및 고급 복합 플라스틱을 포함한 첨단 재료의 사용과 최소한의 질량으로 구성 요소와 탑승자를 지원하는 새로운 구성을 의미했습니다. 배기 시스템이 없기 때문에 밑면은 전체 배꼽 팬으로 공기 역학적으로 만들어집니다. 모든 추가 세부 사항은 제거하면서 운전자가 원하는 편안함을 남기고 전기 자동차 고유의 새로운 고려 사항을 추가해야 했습니다. 제거된 세부 사항 중 하나는 스페어 타이어였습니다. 막대 모양의 라디오 안테나의 세부 사항이 제거되었습니다. 그것은 에너지를 강탈하고 에너지를 사용하여 위아래로 움직이는 바람 저항을 유발합니다. 추가 고려 사항은 보행자 경고 시스템이었습니다. 프로토타입을 테스트한 결과 전기차는 너무 조용해서 보행자가 접근하는 소리가 들리지 않는 것으로 나타났습니다. 운전자가 작동하는 깜박이는 표시등과 경고음은 보행자에게 차가 접근하고 있음을 경고하고 차가 후진할 때 자동으로 작동합니다. 태양광 유리로 된 앞유리는 내부 온도를 조절하고 에어컨과 난방의 필요성을 최소화하는 중요한 추가 요소였습니다.

전기 자동차를 생산할 때 고려해야 하는 다른 많은 설계 및 엔지니어링 기능은 다음과 같습니다.

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에너지를 저장하고 전기 모터에 동력을 공급하는 배터리는 전기 자동차 설계에서 그 자체로 과학이며, 안전하고 비용 효율적인 가장 효율적인 배터리를 찾기 위해 많은 옵션이 연구되고 있습니다. 배터리에서 전기 에너지를 변환하여 드라이브 트레인으로 전송하는 전기 모터입니다. 이러한 전기 자동차의 견인 또는 추진 시스템에는 직류(DC) 모터와 교류(AC) 모터가 모두 사용되지만 AC 모터는 브러시를 사용하지 않고 유지 관리가 덜 필요합니다.

배터리에서 모터로의 에너지 흐름을 조절하는 컨트롤러로 속도를 조절할 수 있습니다. 다른 전기 장치에서 이러한 목적으로 사용되는 저항은 자체적으로 너무 많은 에너지를 흡수하기 때문에 자동차에는 실용적이지 않습니다. 대신 SCR(실리콘 제어 정류기)이 사용됩니다. 배터리에서 모터로 최대 전력을 공급할 수 있지만 펄스로 전달되므로 배터리가 과도하게 작동하지 않고 모터에 전력이 부족하지 않습니다.

전기 자동차에는 모든 종류의 브레이크를 사용할 수 있지만 회생 제동 시스템은 제동 중에 손실된 에너지의 일부를 회수하여 배터리 시스템으로 되돌리기 때문에 전기 자동차에서도 선호됩니다.

두 종류의 충전기가 필요합니다. 전기차를 밤새 충전하려면 차고에 설치하기 위한 풀 사이즈 충전기가 필요하지만, 트렁크에는 휴대용 충전기(편의 충전기라고 함)가 기본 장비되어 있어 비상시나 집이나 외근에서 배터리를 충전할 수 있습니다. 충전소. 안전을 위해 자동차 앞부분에 패들을 삽입하는 전기 자동차용 유도 충전기가 만들어졌습니다. 자기 에너지를 사용하여 배터리를 재충전하고 감전 위험을 제한합니다.

제조
프로세스

제조 공정에는 차량 자체만큼이나 많은 설계 고려 사항이 필요했습니다. 그 디자인에는 수공예 및 단순화뿐만 아니라 일부 하이테크 접근 방식이 포함됩니다. 어셈블러는 팀 정신과 상호 지원을 육성하기 위해 빌드 스테이션 팀에서 일하고 부품은 다양한 부품을 채우고 모양을 변경하기 쉬운 유연한 플라스틱 튜브 및 조인트의 크레폼 랙이라고 하는 모듈식 장치에 저장됩니다. 하이테크 측면에서 각 스테이션에는 여러 헤드가 있는 하나의 토크 렌치가 장착되어 있습니다. 어셈블러가 적절한 크기의 헤드를 잠그면 기계의 컴퓨터 컨트롤이 해당 헤드에 맞는 패스너에 대한 올바른 토크 설정을 선택합니다.

바디샵

전기 자동차의 차체는 6개의 작업장에서 수작업으로 제작됩니다.

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1 알루미늄 스페이스 프레임의 부품은 함께 용접되거나 접착되는 조립식 조각으로 구성된 부분조립품이라고 하는 섹션으로 함께 조립됩니다. 접착제는 접착성 접합 재료이며 용접보다 내구성이 강하고 단단한 연결을 제공합니다. 자동차 차대용 서브어셈블리가 완성되면 전체 언더바디가 완성될 때까지 서로 접착됩니다.

2 몸체 상부의 하위 어셈블리도 접합하여 더 큰 섹션을 만듭니다. 완성된 섹션은 몸체 프레임이 완성될 때까지 유사하게 용접되거나 접착됩니다. 바디가 언더 바디에 추가됩니다. 프레임의 단계별 조립에 사용된 접착제는 2단계 오븐을 통해 본체를 운반하여 경화됩니다.

3 지붕이 붙어 있습니다. 외부의 다른 부분과 마찬가지로 이미 도색이 완료되었습니다. 언더바디와 나머지 프레임은 보호용 실런트로 코팅하고 완성된 바디는 총회장으로 이동합니다.

총회

다른 8개 작업장에서 전기자동차의 작동 부품 및 내부의 총회가 완료됩니다.

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첫 번째 조립 스테이션에는 전기 자동차의 복잡한 전자 장치의 첫 번째 세트가 제자리에 놓입니다. 여기에는 추진 제어 모듈, 통합 구동 장치 및 소형 라디에이터를 수용하는 전력 전자 베이의 본체 배선 및 좌석이 포함됩니다. 통합 구동 장치는 교류 유도 전동기와 2단 기어 감속 및 차동 장치로 구성됩니다. 이 장치는 모두 사전 조립되어 있습니다. 전기차를 만드는 데 사용되는 제조 공정은 차량 설계만큼이나 복잡합니다. 전기 자동차의 차체를 만드는 데는 6개의 작업대가 필요합니다. 각 스테이션에는 여러 헤드가 있는 하나의 토크 렌치가 장착되어 있습니다. 어셈블러가 적절한 크기의 헤드를 잠그면 기계의 컴퓨터 컨트롤이 해당 헤드에 맞는 패스너에 대한 올바른 토크 설정을 선택합니다. 자신의 주택. 제어 콘솔의 구성 요소도 설치됩니다.

인테리어가 갖추어져 있습니다. 바닥재, 시트, 카페트, 콘솔과 대시보드가 ​​차에 배치됩니다. 계기판과 콘솔 덮개가 유리 섬유 강화 우레탄으로 만들어지고 마감 품질이 더 좋은 우레탄으로 코팅되어 있고 표면이 반사되지 않기 때문에 공정이 간단합니다. 이 두 부분은 견고하며 다른 지지대, 브래킷 또는 장착 플레이트가 필요하지 않습니다. 조립이 간단하고 부품 수가 적어 덜거덕거림과 삐걱거림이 줄어들기 때문에 성능이 우수합니다.

세 번째 워크 스테이션에는 공조, 난방 및 순환 시스템이 삽입되고 시스템이 채워집니다.

배터리 팩이 추가됩니다. T자형 유닛은 특수 호이스트를 사용하여 무거운 팩을 들어 올려 차량에 장착됩니다. 팩은 바퀴와 타이어로 완성된 차축과 마찬가지로 섀시에 부착됩니다. 배터리와 추진 장치가 모두 제자리에 있으면 자동차는 더 이상 특별히 설계된 돌리를 타고 스테이션에서 스테이션으로 이동할 필요가 없습니다. 대신 나머지 워크 스테이션으로 이동합니다. 다음 팀으로 넘어가기 전에 시스템의 전원을 켜고 점검합니다.

앞유리가 설치되고 다른 유체가 추가되고 확인됩니다. 도어 시스템(비닐 인테리어, 팔걸이, 전자제품, 창호 포함)도 부착하고 모든 연결을 완료하고 점검합니다. 외부 패널이 추가됩니다. 지붕과 문과 마찬가지로 작업장으로 가져오기 전에 준비되고 칠해졌습니다. 최종 트림을 부착하여 상부 외관을 완성합니다.

최종 작업 스테이션에서 얼라인먼트를 확인 및 조정하고 언더바디 패널을 제자리에 볼트로 고정합니다. 프로세스는 마지막 포괄적인 품질 관리 검사로 끝납니다. 차량에 8분 동안 가압수를 분사하고 모든 씰에 누수가 없는지 확인합니다. 전문 테스트 트랙에서 품질 기반 테스트 드라이브에서 자동차의 소음, 삐걱거리는 소리 및 덜걱거리는 소리가 있는지 확인합니다. 길고 철저한 육안 검사로 품질 감사가 종료됩니다.

전기차의 독특한 점은 배터리 팩입니다. 배터리 팩은 축전지 역할을 하는 충전식 2차 전지로 구성됩니다. 배터리는 더 나은 무게 배분과 안전성을 제공하기 위해 뒤쪽에 "T"의 상단과 함께 차 중앙 아래에 T자 형태로 위치합니다.

품질 관리

업계에서는 워크 스테이션이 조립 공정 전반에 걸쳐 품질 관리를 제공하는 매우 효과적인 방법이라는 것이 입증되었습니다. 각 워크 스테이션에는 서로를 지원하고 프로세스의 일부에 대해 내부 점검을 제공하는 두 명의 팀 구성원이 있습니다. 이처럼 전기차 조립라인(GM공장 조립사 75명)과 같이 비교적 작은 조립라인에서는 직원들이 모두 서로를 알고 있기에 더 큰 팀 정신이 있어 긍지와 협동심이 샘솟는다. 결과적으로 유일한 주요 품질 관리 작업은 조립 프로세스를 완료하고 포괄적인 테스트 및 검사 세트로 구성됩니다.

전기 자동차 제조 고유의 자동차 작동은 최종 조립 단계에서 테스트되었습니다. 배기 시스템이 없고 가스나 오염 물질을 배출하지 않기 때문에 배터리 팩과 추진 장치를 장착한 후 공장 내에서 차량을 운전할 수 있습니다. 제품이 완성되기 전에 여러 단계를 거친다는 증거는 안심할 수 있는 품질 검사입니다.

부산물/폐기물

전기 자동차 제조 과정에서 부산물이 발생하지 않습니다. 부품, 구성 요소 및 하위 조립품이 모두 다른 곳에서 만들어졌기 때문에 조립 공장 내의 폐기물도 최소화되거나 존재하지 않습니다. 트리밍 및 기타 폐기물은 이러한 공급업체에서 회수하며 대부분은 재활용 가능합니다.

미래

전기 자동차는 자동차 산업의 미래와 환경에 매우 중요합니다. 그러나 전기 자동차가 궁극적으로 취할 형태와 대중의 수용은 여전히 ​​불확실합니다. 석유 공급 감소, 대기 및 소음 공해에 대한 우려, 폐차로 인한 공해(및 소비 에너지), 휘발유 자동차 재활용의 복잡성은 모두 전기차의 성공을 이끄는 원동력으로 보입니다.