탄소중립을 위한 친환경 기술 혁신 중 전기 도로

지속가능한 사회는 2016년 전 세계 온실가스 배출량의 11.9%를 차지하던 자동차 운송 부문을 전기화함으로써 달성할 수 있습니다. 이러한 변화를 가속화하기 위해 전기차(EV)는 더 저렴하며, 전기도로시스템(ERS)을 통한 동적 충전을 구현해 더 작은 배터리로 인한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 이 글의 목표는 다양한 ERS 표현, 분석 및 비교뿐만 아니라 다양한 충전 기술에 대한 지식을 확장하는 것입니다. 포괄적인 문헌 조사에서는 유선, 유도 및 용량 공급 시스템이 주요 충전 기술임을 보여줍니다. 물리학에 대해 설명한 후, 저는 이러한 기술을 자동차의 측면, 위, 아래, 바퀴에 사용하는 동적 충전 시스템을 생각해 냈습니다. 조사된 모든 ERS를 분석한 결과 유선 연결 시스템이 가장 성숙했지만 트럭과 버스에만 유용한 것으로 나타났습니다. 고효율은 모든 EV에서 사용할 수 있지만 도로에 영향을 미치는 유선 철도 시스템에서도 찾을 수 있습니다. 차량 아래 공명 유도 연결은 충격은 낮지만 효율은 다소 낮고 전송 전력은 다소 낮아 비용이 더 많이 드는 매우 실용적인 시스템입니다. 클러치를 휠에 장착하면 타이어 내부 강철 벨트로 인해 시스템이 더 복잡해지고 에너지 집약도가 낮지만 개발 가능성이 높습니다. 바퀴 연결 용량도 검토되어 무선 주파수 전계 전송의 안전성을 이유로 낮은 전력 공급을 고려하였습니다.

이론적 배경

에너지는 직접 접촉이나 비접촉을 통해 전달될 수 있으며, 후자는 그림 2.1에 제시한 다양한 에너지 전달 기술 트리 다이어그램에서 볼 수 있는 다양한 방법으로 사용할 수 있습니다. 무선 전기 전송은 과거 수십 년간에 지대한 발전을 이룬 전자기 에너지 전송입니다. 이 기술은 HzGHz 주파수 대역의 ≥GHz(고주파, 광학 또는 초음파로 구성됨)와 근거리 무선 통신 주파수 대역(유도 및 용량 연결로 구성됨)으로 나뉩니다. 이러한 근거리 무선 통신은 전력의 유선 전송으로서 보다 높은 성능과 효율성을 제공하도록 최적화할 수 있습니다. 이를 더 잘 이해하기 위해 각 기술의 중요한 요소를 설명합니다.

 

전도성 전력 전송은 기기, 장비 또는 장치에 있는 데이터를 전송하기 위해 일종의 유선 연결을 사용합니다. 이 화합물은 두 유선 물질(예: 다른 금속)의 직접 접촉을 기반으로 합니다. 그 예로는 벽에 있는 콘센트에 플러그를 꽂는 것, 손수건 유선 트럭 또는 미닫이식 전차가 있습니다. 전력선의 커넥터 금속 도체는 낮은 손실로 인해 마찰 손실이 발생하지만 동적으로 전도되는 연결 고리의 경우에도 에너지 전달은 90%에서 100%의 높은 효율에 도달합니다.

 

커플링은 콘덴서와 같은 방식으로 작동하며, 두 개의 조밀한 판 중 하나가 전류에 노출되어 전기장을 만들고 두 판에 잠재적인 V를 충전합니다. 진공 상태에서 쌍의 링은 주로 영역 A와 플레이트 사이의 거리 d에 의존합니다. 그 후 플레이트는 가시적인 전기장의 교류 전류와 상호작용하여 플레이트의 완전한 충전을 방지하고 지속적인 무선 에너지 전송을 지원합니다.

다양한 유형의 ERS

이는 EV와 도로 기반 시설에 다양한 방법으로 적용할 수 있습니다. 이 시스템은 위쪽, 아래쪽, 옆쪽 또는 바퀴에 따라 다른 차량에 적용할 수 있습니다. 또한 대부분의 동적 충전 시스템은 정적 충전과 호환되며, 이는 개인 가정에서의 충전과 도로에서의 단체 운전 모두에 장점이 됩니다. 모든 ERS는 온 디맨드 자동 동적 충전을 제공하기 때문에 이 장에서 설명하는 다양한 방식으로 작동하고 구성됩니다.

 

실행 중인 충전은 시스템과 차량 사이의 직접적이고 지속적인 연결에 달려 있습니다. 실행 가능한 시스템은 차량 상단, 하단 및 측면에서 실행됩니다. 차량에 시스템을 배치하는 것은 도로에 매달려 있는 접점으로 구성된 전차 및 열차가 사용하는 트램 시스템과 유사하며, 팬터그래프는 EV와 그리드 간의 연결을 설정하는 데 사용됩니다. 기둥과 매달린 연락선이 워낙 높아 환경에 대한 매력이 떨어져 트럭이나 버스 등 고가 차량에만 쓸 수 있어서다. Honda는, 도로 측면의 송전선을 대신하는 다른 대체안을 제공합니다. 이 방법으로 차량 측면에서 수동 팔이나 팬터그래프를 확장해 전도성 충전을 위한 도로 장벽이나 차량 억제 시스템(VRS) 유선 레일을 따라 미끄러질 수 있습니다.

시스템 비교 및 분석

다양한 ERS를 구현한 후 성능, 설계, 비용 및 지속 가능성 측면에서 서로 분석하고 비교할 수 있습니다. 이 분석은 주로 BMW CS 및 IWCS 유도 시스템과 관련이 있지만 전도성 및 용량 시스템과도 비교됩니다. 모든 데이터와 사실은 더 나은 정렬과 더 긴밀한 연결을 통해 정적 충전이 더 높은 성능에 도달하는 동적 충전을 말합니다.

 

BMW CSRIPT 및 IWCS와 비교하면 1차 코일과 2차 코일(공기 갭) 사이의 거리가 이러한 전력 차이의 원인입니다. 이 방법은 공기 간격이 10배 작기 때문에 0.010.2 대신 0.270.42의 결합 계수를 제공합니다. 이는 자기 흐름의 누출이 현저하게 감소하고 림이 약간의 추가 실드를 제공하기 때문입니다. 그러나 타이어의 강철 벨트는 누출을 촉진하여 30mm 공기 간격에 비해 하중 범위(20mm 에어 갭 + 10mm IBSB 타이어)에서 효율이 18% 감소합니다. 따라서 IWWCS의 전반적인 효율성은 BMW CS보다 낮습니다. 또한 IWCS는 최근 한 가지 연구를 기반으로 한 반면 BMWCS는 수년간 사용되고 최적화되어 있어 IWCS는 개선의 큰 잠재력을 가질 수 있습니다.

결론

현재 진행 중인 전차선 충전 시스템과 유도 BMW는 구현이 간편하고 결함이 거의 없으며 TRL 등급이 가장 높아 운송 부문에 가장 적합한 시스템입니다. 트램 시스템은 철도와 트롤리버스로부터 많은 지식을 물려받았기 때문에 현대 도로에 쉽게 설치할 수 있었습니다. 높은 효율성과 출력으로 HDV와 장거리 차량(예: 트럭과 버스)에만 매력적입니다. 높이 때문에 차량과 같은 다른 차량에서는 시스템을 사용할 수 없습니다. 반면 BMW CS는 가장 실용적인 차량이지만 다소 높고 효율성이 낮으며 에너지 효율이 낮습니다. 따라서 HDV에 적합하지 않습니다. 그래서 조금 더 발전하면 유도 시스템이 굉장히 매력적으로 보일 수 있습니다. 철도 유선 충전 시스템은 매우 매력적이고 효율적인 모든 차량에도 적용할 수 있지만 도로의 내구성, 유지보수, 비용 및 안전에 더 큰 영향을 미칩니다. 그 결과는 훨씬 더 중요하며, 특히 고속도로에서 고속으로 운전할 때 더욱 우려됩니다. 이러한 철도 시스템은 눈의 영향을 덜 받고 기상 조건이 더 극단적인 지역에 더 매력적입니다. 효율적인 충전은 흥미로운 해결책이지만 작고 가벼운 차량에서만 사용할 수 있어 개방형 지붕 도로 시스템에는 매력적이지 않습니다. 한편 유도 IWWCS는 타이어 제조 공정에 통합되어 IBSB를 더 잘 사용할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있지만, 그 유지보수와 설치는 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.