전기 자동차(Electric Vehicle)의 모터(Motor)와 수소 연료 전지(Hydrogen Fuel Cell)
1860년, 프랑스의 발명가 에티엔 르누아르(Jean Joseph Etienne Lenoir)가
석탄가스를 원시적인 점화장치로 연소시키는 기관을 만들고,
3년 후인 1863년에 액체 연료로 작동되는 기관을 마차에 탑재해 주행을 시작한 후로
인류는 약 150년 이상 내연 기관을 탑재한 자동차를 사용하고 있습니다.
하지만 전 세계적으로 온실 가스나 미세 먼지와 같은 환경 문제가 현실화 되면서
점차 화석 연료를 사용하는 내연기관이 아닌 친환경적인 전기 에너지로 운행되는
전기 자동차에 대한 관심이 매우 늘어나고 있는 상황입니다.
그래서 오늘은 친환경 전기 자동차와 모터, 그리고 전기 자동차의 구동방법 중 한가지인
수소 연료 전지에 대해 알아보도록 하겠습니다.
전기 자동차(Electric Vehicle)의 모터(Motor)
내연기관 자동차가 동력을 얻기 위해 엔진을 사용하듯이, 전기 자동차는 전기 모터를 사용합니다.
전기 모터는 일반적으로 AC 모터와 DC 모터로 구분할 수 있는데,
여기서 AC 와 DC 는 우리가 흔히 알고 있는 교류와 직류로 모터가 교류 전기를 이용하면
AC 모터, 직류 전기를 이용하면 DC 모터라고 구분합니다.
AC 모터는 가정용으로 사용되는 220V 교류 전기를 사용합니다.
AC 모터는 다양한 분야에서 사용되며 내구성도 튼튼하다는 장점으로
주로 산업 분야에서 많이 사용되고 있지만 제어가 복잡하다는 단점이 존재합니다.
DC 모터는 교류가 아닌 12V, 24V, 90V, 180V 등 직류 전압을 사용합니다.
DC 모터는 크기가 작고 저렴하지만 내구성이 좋지 않다는 단점이 있습니다.
그럼 전기 자동차는 AC 모터와 DC 모터 중 어떤 모터를 사용할까요?
전기 자동차와 같이 복잡한 장치에서는 내구성과 안정성이 중요하기 때문에
DC 모터 보다는 AC 모터가 주로 사용됩니다.
전기 모터는 내연 기관인 엔진에 비해 친환경적이고 조용하며 초반 가속력이 뛰어나다는 장점이 있습니다.
대신 전체적인 가속력은 엔진에 비해 떨어지며 전기 모터 자체만으로는
구동이 불가능하다는 단점이 있습니다.
전기 모터를 이용해 동력을 얻기 위해서는 모터를 제어할 수 있는 인버터와
전력을 공급해주는 배터리 등 시스템이 함께 구성되어야 하기 때문입니다.
이중 어떤 방식으로 모터에 전력을 공급해 주느냐에 따라
이미 만들어진 전기를 자동차에 있는 배터리에 충전해서 사용하는 리튬 이온 전지 방식의 전기 자동차와
수소를 자동차에 충전한 후 자동차 내에서 화학 반응을 통해 전기를 만들어 사용하는
수소 연료 전지 방식의 전기 자동차로 나눌 수 있습니다.
수소 연료 전지(Hydrogen Fuel Cell)의 안전성
리튬 이온 전지 방식의 전기 자동차와 수소 연료 전지 방식의 전기 자동차 모두
차세대 교통 수단의 후보로 경쟁하고 있으며, 서로가 가지고 있는 장,단점을 보완하고 개발하기 위해
지속적인 연구가 진행중입니다.
그런데 수소 연료 전지 자동차를 이야기 할 때 항상 거론되는 이야기에 대해 이야기 해보도록 하겠습니다.
수소는 폭발성이 강한데 자동차의 연료로 싣고 다녀도 괜찮은가?
수소 연료의 안전성은 어떻게 보장되는가? 등의 의문입니다.
이런 의문들은 모두 수소 폭탄의 이미지에서 오는 것인데,
사실 수소 폭탄에서 사용되는 수소는 중수소와 3중 수소가 1억℃ 에 달하는 온도와
수천 기압의 압력에서 핵융합 반응을 일으켜야 하며, 쉽게 말해 핵폭탄을 말하는 것입니다.
수소는 점화성도 있고 폭발도 있지만 대형 폭발은 가스가 공기중에 대량으로 모여 있을 때 발생하는데
수소는 공기 중에서 흩어지기 쉽기 때문에 큰 폭발이 일어나거나 화염이 지속되지도 않습니다.
수소 연료 전지 자동차의 연료통에서 수소가 샌다고 해도 폭발 위험성은 매우 낮습니다.
극단적으로 수소 연료 탱크가 완충된 상태에서 구멍을 뚫고 뿜어져 나오는 수소에 불을 붙이면
불은 붙겠지만 수소 연료 탱크 자체가 폭발하지는 않습니다.
수소는 산소와 결합할 때만 폭발, 연소하기 때문에 폭발적 연소가 일어나려면
연료 탱크에 난 구멍에 산소가 역류해 들어가야 하는데,
일반 대기압에서 초고압 상태인 수소 탱크 내부로 산소가 역류해 들어가는것은 불가능하기 때문입니다.
또한 연료 탱크 자체도 폭발이 일어나지 않는 탄소 복합 소재로 만들어져 있기 때문에
폭발에 대한 걱정은 하지 않아도 괜찮아 보입니다.
수소 연료 전지 개발과 Mass Flow Meter / Controller
인포라드(주)는 수소 연료 전지 분야에서 많이 사용 되고 있는
Teledyne Hastings 사의 Mass Flow Meter / Controller 를 제공하고 있습니다.
전원 연결만으로 여러 종료의 가스를 온압 보상 없이 편리하게 유량 측정할 수 있는
Full Touch Screen 방식의 MFC 인 Digital 300B Series 를 포함해,
Digital 제품은 0 ~ 10,000 Slm, 0 ~ 750 kg/hr 의 영역의 대용량을,
Analog 제품은 최대 15,000 Slm, 1,125 kg/hr 의 영역의 초대용량까지 측정할 수 있는
Mass Flow Meter / Controller 까지 제공하고 있습니다.
수소 연료 전지 및 자동차 분야에서는 대용량의 수소를 취급하기 때문에
큰 용량을 안정적으로 측정 및 제어 할 수 있는 MFC가 필요합니다.
대용량 Mass Flow Meter / Controller 에 대해 더 자세히 알고 싶으시면
아래의 링크 버튼을 클릭하시기 바랍니다.
참고 : https://en.wikipedia.org/wiki/European_emission_standards
https://en.wikipedia.org/wiki/European_Economic_Area
https://en.wikipedia.org/wiki/%C3%89tienne_Lenoir
https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_tank
https://namu.wiki/w/%EC%88%98%EC%86%8C%EC%9E%90%
EB%8F%99%EC%B0%A8