미래 모빌리티 동력원 수소연료전지와 배터리의 특징과 장단점

미래 모빌리티의 동력원 중 하나인 수소연료전지와 배터리의 특징과 장단점, 에너지 관리 시스템 알고리즘에 대해 정리해보도록 하겠습니다. 

 

 

 

미래 모빌리티 에너지 관리 시스템의 이해

미래 사회의 차량의 수소연료전지를 응용한 전기차, 수소차의 에너지 관리 시스템 이해가 필요합니다. 수소차를 구동하는 데는 단순히 수소연료전지 동력만을 가지고 차량을 운행하지는 않습니다. 

 

추가로 배터리를 사용하여 에너지 관리시스템을 구축합니다. 이때 에너지 관리시스템은 수소차에서 사용되는 동력원에서 어떤 동력원으로부터 어느 정도의 에너지를 사용할 것인가를 결정하는 시스템입니다.

 

에너지 관리 시스템을 이해하기 위해서는 차량의 다양한 부하 조건에 대해 알아야 합니다. 예를 들어 차량이 큰 경사를 가진 경사로를 올라가야 할 경우 큰 부하를 이기기 위하여 큰 동력이 필요합니다. 반면 작은 경사를 가진 경사로에서는 적은 동력으로도 자동차 구동이 가능하며, 반대로 경사지를 내려가는 경우에는 거꾸로 중력 에너지를 흡수하여 동력으로 저장을 할 수도 있습니다. 

 

 

미래 모빌리티 동력원의 비교

현대 개발자들은 대표적인 미래 모빌리티의 동력원에 해당하는 수소연료전지의 에너지 밀도, 동력 밀도, 수명 등에 많은 관심을 가지고 있고 이를 더욱 효율적으로 개선하고자 많은 노력을 쏟아붓고 있습니다. 

 

에너지 밀도는 동력원 1kg 당 출력 에너지로 나타내며, 얼마나 많은 에너지를 담을 수 있는지에 대한 척도라고 할 수 있습니다. 

 

에너지 밀도에서는 연료전지 및 배터리가 상대적으로 우수하다고 이야기할 수 있습니다. 배터리나 연료전지는 단시간에 많은 양의 에너지를 공급할 수 있습니다. 

 

에너지 동력원의 특징 및 장단점

수명은 화학반응이 수반되는 배터리가 연료전지에 비해서 불리하다고 볼 수 있습니다. 장단점으로 정리하자면 연료전지는 고효율이지만 고가인 단점이 있고, 배터리는 에너지 용량은 크지만 동력 밀도가 작고 긴 충전 시간이 소요된다는 단점을 가지고 있습니다. 

 

따라서 각각의 단점을 보완하기 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있으나 미래 모빌리티에는 아마도 이를 보완한 동력원들이 다양하게 장착될 것이라고 생각됩니다.

 

이러한 연료원들의 특징을 파악하여 어떤 동력원을 사용해서 요구 동력을 만족시킬 수 있을지에 대한 로직이 필요합니다. 에너지 관리 전략의 첫 번째 목표는 고효율 구동을 통한 연료 소모량 절감입니다. 또한 안전한 능력에서 동력원을 공급하도록 하여 유지 보수 비용을 최소화할 수 있도록 해야 합니다. 

 

연료전지와 배터리의 상태에 따른 에너지 관리 전략 

요구 동력이 연료전지에서 공급 가능한 동력으로 충분히 공급 가능한 경우 배터리를 사용하지 않고 구동이 가능합니다. 하지만 차량에서 요구되는 동력이 연료전지의 최대 출력보다 크고 추가로 배터리 충전상태가 30~80% 사이에 있으면 차량에 공급하는 동력은 연료전지, 배터리를 합하여 공급하도록 합니다. 

 

배터리의 충전 상태가 30% 미만인 경우 30%미만의 동력원을 충전하게 됩니다. 그리고 반대로 배터리의 충전 상태가 80% 이상일 경우 과충전으로 인해 충전을 정지합니다. 

 

에너지 관리 전략 알고리즘의 간단한 설명이었습니다. 실제로 사용하는 에너지 관리 전략은 이보다는 훨씬 복잡하지만 연료 소모량을 최소화하고 동력 공급원이 안전한 능력 대에서 사용하도록 하여 수명을 연장시킨다는 기본 개념 안에서 움직인다는 사실을 기억하고 있으면 좋을 것 같습니다.