철도 차량을 위한 배터리 시스템: 어떤 기술이 적절할까요?
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2018-12-04 short info 115 0

철도 차량을 위한 배터리 시스템: 어떤 기술이 적절할까요?

VDE는 연구 프로젝트 “철도 차량을 위한 배터리 시스템”를 통해 기본적으로 전동 기차를 위한 트랙션 배터리로서 제작된, 시장에 이미 나와 있거나 혹은 다음 십년 내로 시장에 나올 여러 배터리 기술 및 전지들을 서로 비교하였습니다. 이러한 종류의 배터리에 대한 특수 요건들이 비교시 기준이 되었습니다.

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Dr. Wolfgang Klebsch

전동 기차를 위한 트랙션 배터리에 대한 특수 요건들

버스, 트램이나 기차는 하루종일, 또 짧은 간격으로, 또 날씨와 상관없이 계속해서 운행됩니다: 이 차량들은 바람, 비, 열기와 냉기에 노출되지요. 승객 킬로미터로 계산된 운송 성능이 버스나 개인 승용차보다 뛰어남에도 불구하고, 이 차량들은 대부분 30년 정도 계속해서 운행됩니다. 따라서 이런 전동 기차들을 위한 트랙션 배터리에 대한 요건들도 까다로워지기 마련입니다 - 무엇보다 충전 및 방전 전류, 안전성, 저온에서의 성능, 구동 시간 및 주기 안전성과 관련된 요건들이 그렇습니다.

저방출 차량에 대한 요건이 계속 엄격해지고 있는데, 이 요건들은 미래에는 더욱 강력하게 디젤 하이브리드 차량 혹은 대체 연료, 즉 연료 전지나 배터리 동력 장치를 이용하는 차량에 적용되리라는 점을 시사하고 있습니다. 어떤 구동 컨셉이나 혹은 하이브리드 콤비네이션에 대해 실제로 수요가 발생할 것이며 또 실행될 것인가는 선로 네트워크의 구조에 의해 결정됩니다.

미래의 기차: 배터리, 연료 전지 혹은 하이브리드?

장거리 비전기적 네트워크의 경우에는 도달 거리, 그리고 경우에 따라서는 신속하게 재충전할 수 있는지 여부도 중요한 기준이 됩니다. 전기적 지역들 사이의 고가선 연결을 이용하지 않고 구간들을 서로 연결하는 데에만 이용된다면, 하이브리드 기차를 이용하는 것이 더 적절합니다. 하이브리드는 고가선을 위한 접전 장치(팬터그래프)는 물론 대체 동력 장치도 갖추고 있습니다. 이 경우 구간상에서 고가선을 통해 재충전이 가능한 배터리를 동력 장치로 이용하는 것이 좋은 선택이 될 것입니다. 연결해야 할 거리가 얼마나 되느냐에 따라, 구간상에 충전소가 없어도 될 수도 있습니다. 장거리를 연결해야 할 경우라면, 연료 전지가 좋은 선택이 될 것입니다. 연료 전지를 이용하면 넓은 도달 범위를 확보할 수 있으며, 필요한 수소 연료는 몇 분 내로 충전이 가능합니다.

라스트 마일(Last Mile), 즉 배터리 충전소나 고가선 혹은 수소 충전소가 장치되어 있는, 목적역까지 남아있는 비전기적 구간의 경우도 이와 비슷하게 생각할 수 있습니다.

어떤 배터리 기술을 쓰느냐에 달려있습니다

선로 교통에 대한 구동 요건이 매우 엄격한 탓에, 시장에 나와있는 적절한 전지의 수는 매우 적습니다. 안전한, 그러나 비용이 높은 솔루션은 LTO 산화 전극이 달린 리튬-이온-전지입니다. 이 전지는 현재로서는 몇몇 전지 공급 업체로부터만 특수 기술로서 제공되고 있습니다. 이 기술의 심각한 단점은, 에너지 밀도가 상대적으로 낮다는 것입니다. 전동 기차 생산자에게 있어 이는, 차량 각각의 특수한 도달 범위에 따라, 차량에 심각한 무게 문제를 야기할 수 있는 단점입니다.

LTO 전지에 대한 실용적 대안

본 연구의 또 다른 초점은 하나의 혹은 몇가지 요건들을 상대화시킬 수 있는지, 만약 그렇다면 얼마나 상대화시킬 수 있는지, 혹은 시스템 층위에서의 대안적 접근을 통해 전지 층위의 요건들을 보완할 수 있는지에 놓여있었습니다. 아이디어는 다음과 같습니다: 모든 요건들이 언제나 전지 층위에서 충족되어야 하는 것은 아닙니다. 그렇기에, 예를 들어 전기 자동차 생산자는 전동 유동성 국가 플랫폼(Nationalen Plattform Elektromobilität, NPE)의 틀에서 이와 같은 실용적 방법을 선택하기로 결정한 바 있습니다. 생산자들은 또한 업계 분야 전체를 아우르는 제네레이션 로드맵을 설계하였습니다. 이 로드맵은 2030년까지의 에너지 밀도 개발 및 그 비용에 대한 정보를 제공합니다. 본 연구는 행동 옵션을 제공하고 또한 가능한 대안 배터리 컨셉들을 추천하면서 끝을 맺고 있습니다.

연방 교통부로부터 의뢰받은 본 연구의 틀에서 협력 업체들은 또한 개발 프로젝트 X-EMU의 결과들을 분석하였습니다. 해당 프로젝트는 특정 트랙션 모듈러 시스템에 이용되는 하이브리드 EMU 전동 기차를 위한 고성능 연료 전지 동력 장치의 개발 및 승인에 대한 것입니다. VDE 연구 “철도 차량을 위한 배터리 시스템” (영어와 독어로만 제공)은 후속 출판 계획도 앞두고 있습니다: 대체 동력 장치를 갖춘 전동 기차들을 위한 기본 조건들 및 성공 요소들을 다양한 시각에서 분석하는 출판물이 될 예정입니다.

VDE 연구 “철도 차량을 위한 배터리 시스템”

VDE 연구, “선로 구동 기차를 위한 배터리 시스템” 영어와 독어로 제공됨
VDE
2018-12-04

VDE는 연구 프로젝트 “철도 차량을 위한 배터리 시스템”를 통해 기본적으로 전동 기차를 위한 트랙션 배터리로서 제작된, 시장에 이미 나와 있거나 혹은 다음 십년 내로 시장에 나올 여러 배터리 기술 및 전지들을 서로 비교하였습니다. 이러한 종류의 배터리에 대한 특수 요건들이 비교시 기준이 되었습니다.

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