전기 세미 트럭용 모터 설계 정보

전기 세미트럭용 모터를 설계하는 것은 단순히 디젤 엔진을 전기 엔진으로 교체하는 것 이상의 일이며, 이 강력한 트럭의 핵심에 대해 완전히 새로운 방식으로 사고하는 것입니다. 이 글에서는 중요한 설계 선택 사항, 직면한 문제, 친환경 운송의 미래를 이끄는 새로운 솔루션에 대해 안내해 드리겠습니다. 토크 요구 사항부터 저비용 제조에 이르기까지 모든 것을 살펴보고 차세대 상용차를 구동하는 데 필요한 모든 것을 살펴볼 것입니다.

대형 차량의 동력에 대해 어떻게 다르게 생각하십니까?

일반 디젤 트럭의 동력에 대해 이야기할 때, 우리는 종종 마력과 장거리에서 무거운 짐을 끌 수 있는 엔진의 능력에 초점을 맞춥니다. 하지만 전기차는 이야기가 달라집니다. 단순히 원시 동력만이 아니라 스마트한 동력 전달이 중요합니다. 전기 모터는 완전히 정지한 상태에서 즉각적으로 동력을 공급하기 때문에 적재물을 가득 싣고 이동해야 하는 세미트럭에 큰 이점을 제공합니다. 이러한 즉각적인 가속은 운전의 느낌을 바꾸고 정차 및 이동 교통 체증에서 더 효율적으로 만듭니다. 최신 전기 파워트레인의 설계는 광범위한 속도 범위에서 꾸준하고 고른 출력을 제공합니다. 즉, 일반 디젤 트럭으로는 힘들 수 있는 가파른 언덕에서도 고속도로 속도를 유지하고 도달할 수 있습니다.

동력에 대한 새로운 사고 방식은 전체 차량 제작 방식에도 적용됩니다. 대형 디젤 엔진이 없으면 더 넓은 공간이 확보되고 차량 무게의 균형이 더 잘 잡힙니다. 이는 더 나은 핸들링과 안정성으로 이어질 수 있습니다. 또한 동력원인 배터리 팩을 섀시에 내장할 수 있습니다. 이렇게 하면 차량의 무게 중심이 낮아지고 차량이 전복될 가능성이 줄어듭니다. 대형 차량의 동력에 대한 논의는 더 이상 모터의 출력(kW)만이 아니라 전체 전기 파워트레인이 어떻게 함께 작동하여 더 스마트하고, 더 빠르고, 더 효율적인 성능을 제공하는지에 관한 것입니다. 이러한 전체 시스템 관점이 최신 전기 트럭을 구형 트럭과 진정으로 차별화하는 요소입니다.

전기 트럭에 가장 적합한 파워트레인 구성은 무엇인가요?

제 경험상 모든 전기 트럭의 파워트레인을 위한 획일적인 설정은 없습니다. 최적의 설정은 트럭의 용도에 따라 크게 달라집니다. 오늘날 우리가 흔히 볼 수 있는 주요 설정은 중앙 직접 구동 방식과 점점 더 보편화되고 있는 전기 구동 액슬, 즉 e-액슬입니다. 중앙 구동 방식은 기존 트럭 플랫폼을 전기화할 수 있는 저렴한 방법으로 여겨지는 경우가 많습니다. 이 설정에서는 디젤 엔진이 일반 차량과 마찬가지로 변속기와 드라이브샤프트에 연결되는 대형 전기 모터로 대체됩니다. 이 방법은 전기로의 전환을 더 간단하게 만들 수 있지만, 전기 파워트레인의 공간과 에너지 절감 효과를 충분히 활용하지 못할 수 있습니다.

반면 e-액슬은 보다 올인원 솔루션입니다. 여기에서는 전기 모터, 파워 일렉트로닉스, 때로는 기어박스까지 모두 차축에 직접 배치됩니다. 이 설정은 긴 드라이브 샤프트가 필요하지 않으므로 무게를 줄이고 드라이브 시스템을 더 짧게 만들며 전체 시스템의 작동 방식을 개선합니다. 절약된 공간은 더 많은 배터리 용량에 사용할 수 있어 주행 거리를 늘릴 수 있습니다. 또한, 더 나은 동력 전달과 무거운 하중에 대한 향상된 성능을 제공하는 듀얼 모터 설정이 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 설정 중 하나를 선택하려면 개발 비용, 제작 난이도, 특정 차량에 원하는 성능 및 효율성 수준 간의 균형을 고려해야 합니다.

전기 모터가 디젤 엔진의 높은 토크에 맞먹는 성능을 낼 수 있을까요?

이 질문은 제가 많이 받는 질문이며, 대답은 '그렇다'입니다. 실제로 전기 모터는 토크를 전달하는 데 있어 디젤 엔진보다 더 나은 성능을 발휘하는 경우가 많습니다. 핵심적인 차이점은 토크를 생성하는 방식입니다. 디젤 엔진은 특정 속도(RPM)에 도달해야만 최고 토크를 낼 수 있습니다. 하지만 전기 모터는 완전히 정지한 상태에서 즉시 최대 토크를 전달합니다. 이러한 즉각적인 높은 토크는 고강도 작업에 큰 도움이 됩니다. 가파른 언덕에서 짐을 가득 실은 세미트럭을 상상해 보세요. 정지 상태에서 바퀴에 최대 회전력을 가하여 출발하고 제어하는 능력은 놀랍습니다.

수치에 대한 아이디어를 제공하기 위해 일부 최신 전기 세미트럭은 디젤 버전과 비슷하거나 심지어 능가하는 매우 높은 토크 수치를 가지고 있습니다. 예를 들어, 듀얼 모터 설정은 수만 파운드-피트의 최대 토크를 제공할 수 있습니다. 이러한 높은 토크 출력 덕분에 전기 트럭은 화물을 가득 실은 상태에서도 빠르게 속도를 높일 수 있습니다. 엔지니어의 과제는 단순히 높은 토크를 얻는 것뿐만 아니라 이를 잘 제어하여 타이어와 기타 부품이 오래 지속되도록 하는 것입니다. 컨트롤러와 전체 파워트레인 관리 시스템의 설계는 이 엄청난 양의 동력을 원활하고 잘 제어하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

헤비 듀티 사용을 위해 회생 제동 시스템을 어떻게 개선할 수 있을까요?

회생 제동은 특히 대형 차량에 있어 전기 파워트레인의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 일반 트럭에서는 운전자가 브레이크를 밟으면 차량의 이동 에너지가 브레이크에 의해 열로 전환되어 기본적으로 손실됩니다. 하지만 회생 제동은 전기 모터가 발전기처럼 역방향으로 작동합니다. 이 과정은 차량의 속도를 늦추는 동시에 움직이는 에너지를 다시 전기 에너지로 전환하여 배터리에 저장합니다. 이렇게 에너지를 회수하면 전기 트럭의 주행 가능 거리를 크게 늘릴 수 있습니다. 일부 연구에 따르면 지역 배송을 하는 40톤 차량의 경우 약 20%의 주행 거리를 더 늘릴 수 있다고 합니다.

대형 차량의 회생 제동 성능을 개선하려면 전기 모터, 컨트롤러, 일반 마찰식 브레이크 시스템의 스마트한 조합이 필요합니다. 시스템은 두 가지 제동 유형을 원활하게 결합하여 운전자에게 안정적이고 신뢰할 수 있는 제동을 제공해야 합니다. 첨단 전자식 제동 시스템은 차량 속도와 스티어링 각도 등을 확인하여 회생 및 기계식 시스템 간에 제동력을 스마트하게 분산시킵니다. 목표는 안전이나 차량 주행 방식에 위험을 주지 않으면서 최대한의 에너지를 회수하는 것입니다. 또한 운전자는 종종 회생 제동의 강도를 조절할 수 있으므로 특정 주행 상황과 운전자의 취향에 따라 제동 느낌을 조절할 수 있습니다. 회생 제동을 잘 사용하면 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 일반 브레이크 부품의 마모를 줄여 차량 수명 기간 동안 수리 비용도 절감할 수 있습니다.

전기 트럭 모터 냉각의 주요 문제점은 무엇인가요?

대형 차량용 전기 모터를 설계할 때 열 관리를 잘하는 것은 매우 중요합니다. 이러한 모터는 많은 압력을 받고 무거운 하중을 받으며 장시간 작동하기 때문에 많은 열이 발생합니다. 이 열을 제대로 제거하지 않으면 효율이 떨어지고 부품이 너무 빨리 노화되며 심지어 모터가 고장 나는 등 많은 문제가 발생할 수 있습니다. 전기 파워트레인의 내구성과 신뢰성을 보장하려면 강력한 냉각 시스템이 필요합니다. 가장 큰 문제는 차량에 너무 많은 무게나 어려움을 가중시키지 않으면서도 잘 작동하고 크기가 작은 냉각 시스템을 설계하는 것입니다.

전기 모터를 냉각하는 방법에는 공랭식과 수랭식 두 가지가 있습니다. 공랭식은 더 간단하고 저렴하지만 대형 트럭의 고출력 요구에는 충분하지 않을 수 있습니다. 모터 케이스의 경로를 통해 냉각수를 이동시키는 액체 냉각은 일반적으로 열을 제거하는 데 더 효과적입니다. 많은 최신 전기 트럭 모터는 첨단 액체 냉각 시스템을 사용하며, 때로는 가장 뜨거운 부품에 바로 오일을 분사하여 최적의 온도를 유지하기도 합니다. 열 관리 시스템은 모터뿐만 아니라 배터리 및 전력 전자장치의 냉각 시스템과 연결하여 차량 전체를 위한 완벽한 냉각 솔루션을 만드는 경우가 많습니다. 이러한 연결 방식을 통해 한 부품의 폐열을 다른 부품을 예열하는 데 사용할 수 있는 스마트한 열 관리가 가능하므로 전체 시스템이 더 잘 작동합니다.

최신 전기 트럭에 다단 변속기가 필요할까요?

최신 전기 트럭에서 변속기의 필요성은 사람들이 여전히 논의하고 개선하고 있는 주제입니다. 가장 잘 작동하는 범위가 좁은 디젤 엔진과 달리 전기 모터는 다양한 속도에서 잘 작동합니다. 이 때문에 일부 회사에서는 파워트레인을 더 단순하게 만들고 기계 부품 수를 줄일 수 있는 단일 속도 기어박스를 선택하기도 합니다. 단일 속도 설계는 특히 정차 및 출발이 많은 도시에서 운전할 때 많은 용도로 잘 작동할 수 있습니다.

그러나 저속 회전부터 고속 고속도로 주행까지 다양한 조건에서 작업하는 대형 트럭의 경우, 다단 변속기가 큰 이점을 제공할 수 있습니다. 2단 또는 다단 기어박스를 사용하면 전기 모터가 가장 효율적인 범위에서 작동하도록 유지할 수 있습니다. 이렇게 하면 전반적인 에너지 사용량을 줄이고 주행 가능 거리를 늘릴 수 있습니다. 또한 가파른 언덕에서 출발할 때 더 많은 토크를 제공하고 순항 속도에서 더 나은 효율성을 제공하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 다단 변속기를 추가하는 결정은 특정 작업에 대해 전체 파워트레인에서 최상의 성능을 얻을 수 있도록 신중하게 계획하고, 더 나은 효율성과 성능의 좋은 부분과 더 복잡한 기어박스의 추가 난이도 및 비용의 균형을 맞추는 데 달려 있습니다.

전기 파워트레인용 차축은 어떻게 바뀌고 있나요?

모든 차량의 기본 부품인 차축은 새로운 전기 파워트레인과 함께 큰 변화를 맞이하고 있습니다. 일반 트럭에서 차축은 구동축에서 바퀴로 동력을 전달하는 단순한 부품입니다. 하지만 전기 트럭에서 차축은 구동 시스템의 스마트하고 능동적인 일부가 되고 있습니다. 여기서 가장 큰 변화는 앞서 말했듯이 전기 모터, 파워 일렉트로닉스 및 기어링을 모두 액슬 유닛에 통합한 e-액슬입니다. 이 올인원 설정은 무게 감소, 효율성 향상, 차량 섀시의 유용한 공간을 확보하는 더 작은 디자인 등 여러 가지 장점이 있습니다.

전자식 액슬은 다양한 방식으로 설정할 수도 있습니다. 예를 들어, 여러 개의 e-액슬을 함께 사용하여 사륜구동과 접지력을 향상시킬 수 있습니다. 이는 거친 환경에서 작업하는 대형 트럭에 특히 유용합니다. 또한 e-액슬의 전자 제어를 통해 각 바퀴에 전달되는 동력을 개별적으로 제어하여 안정성과 핸들링을 향상시키는 토크 벡터링과 같은 고급 기능을 사용할 수 있습니다. 또한 액슬의 각 측면에 자체 동력 장치가 있어 더욱 정확한 제어가 가능하고 회생 제동 시 100%의 에너지를 회수할 수 있는 새로운 구동 시스템도 선보이고 있습니다. 차축에 대한 이러한 새로운 사고방식은 차세대 고성능, 효율적, 친환경 대형 차량을 가능하게 합니다.

전기 모터가 상용차에 좋은 이유는 무엇일까요?

전기 트럭의 초기 비용은 비슷한 디젤 트럭보다 높을 수 있지만, 시간이 지남에 따라 총 비용은 훨씬 더 나은 경우가 많습니다. 이는 제가 전기 상용차에 대해 이야기할 때 항상 강조하는 매우 중요한 점입니다. 전기 모터와 전체 전기 파워트레인을 좋은 가치로 만드는 데 도움이 되는 몇 가지 요소가 있습니다. 그중 가장 큰 장점은 주행 거리당 디젤 연료에 비해 전기 비용이 저렴하다는 점입니다. 이는 차량 수명 기간 동안 큰 연료 절감으로 이어질 수 있습니다.

또한 전기 파워트레인은 디젤 엔진 및 관련 시스템보다 움직이는 부품 수가 훨씬 적습니다. 이는 수리 비용이 훨씬 저렴하다는 것을 의미합니다. 오일 교환이나 복잡한 배기 시스템이 필요 없고 회생 제동 덕분에 브레이크 시스템과 같은 부품의 마모도 적습니다. 배터리와 전기 모터 기술이 점점 더 발전함에 따라 전기 트럭의 시작 비용은 더욱 낮아질 것으로 예상되어 더 나은 경제적인 선택이 될 것입니다. 전기차와 충전소 구매에 대한 정부 보상과 세금 감면 혜택도 초기 비용을 충당하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 모든 점을 고려할 때 많은 상업용 차량의 경우 비용 효율적인 전기 모터로 구동되는 전기차가 장기적으로 경제적으로 좋은 결정이 될 수 있다는 것은 분명합니다.

대형 전기 자동차를 위한 시스템의 강도와 신뢰성을 어떻게 개선할 수 있을까요?

모든 상용차에는 내구성과 신뢰성이 필수입니다. 트럭이 작동하지 않으면 돈을 벌지 못하기 때문에 대형 트럭은 수백만 마일의 고된 작업에도 견딜 수 있도록 제작됩니다. 대형 전기 자동차를 위한 시스템을 설계할 때는 시스템의 견고성을 확보하는 것이 매우 중요합니다. 이는 전기 모터 자체에서 시작됩니다. 대형 트럭용 모터는 높은 토크 요구와 실제 주행의 지속적인 흔들림을 견딜 수 있고 긴 작동 수명을 위해 설계되어야 합니다. 모터의 긴 수명을 보장하기 위해서는 고품질 소재를 사용하고 엄격한 테스트를 거쳐야 합니다.

모터 외에도 배터리 팩부터 컨트롤러, e-액슬에 이르기까지 전기 파워트레인의 모든 부품은 튼튼하게 제작되어야 합니다. 여기에는 극한의 온도, 습기, 먼지를 견딜 수 있는 부품 설계가 포함됩니다. 배터리 관리 시스템은 과충전, 과방전, 과열을 방지하여 전기차에서 가장 비싼 부품인 배터리 팩을 보호하는 핵심적인 역할을 합니다. 다양한 시스템이 함께 작동하는 방식도 신뢰성의 핵심입니다. 잘 설계된 관리 시스템은 모든 부품이 원활하게 함께 작동하도록 하여 부품이 너무 일찍 고장 나는 것을 방지할 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 업계에서 디젤 트럭에 기대하는 것과 동일한 강도와 내구성을 갖춘 대형 전기차를 위한 시스템을 설계하는 데 더욱 집중하고 있습니다.

전기 파워트레인에서 고급 컨트롤러의 역할은 무엇인가요?

전기 모터가 전기 트럭의 심장이라면 컨트롤러는 두뇌에 해당합니다. 이 첨단 전자 장치는 전체 파워트레인을 통해 에너지가 이동하는 방식을 제어합니다. 가속 페달을 얼마나 밟았는지와 같은 운전자의 신호를 받아 전기 모터에 대한 정확한 명령으로 바꿉니다. 컨트롤러는 모터가 만들어야 하는 토크의 양과 전달 방법, 회생 제동 사용 시기를 결정합니다. 성능과 효율성, 운전 편의성 사이에서 최적의 균형을 맞추는 것이 핵심입니다.

컨트롤러는 단순히 모터를 관리하는 것 이상의 역할을 합니다. 또한 배터리 관리 시스템과 통신하여 배터리의 충전 수준과 상태를 확인합니다. 컨트롤러는 모터와 배터리가 최적의 온도 범위를 유지할 수 있도록 열 관리에서 중요한 역할을 합니다. 또한 모터 또는 전자 액슬이 두 개 이상인 차량의 경우 컨트롤러는 바퀴 사이에 토크를 전달하여 접지력과 안정성을 향상시키는 역할을 담당합니다. 컨트롤러에서 실행되는 소프트웨어는 효율성을 높이고 새로운 기능을 추가하기 위해 항상 개선되고 있습니다. 요컨대, 컨트롤러는 파워트레인이 할 수 있는 모든 일을 할 수 있게 해주는 장치이므로 최신 전기 자동차 설계에서 매우 중요한 부분입니다.

주요 내용 요약

• 전기 모터는 즉각적인 토크를 제공하여 대형 트럭에 더 나은 가속과 성능을 제공합니다.
• 모터와 다른 부품을 차축에 결합하는 E-액슬 설정은 효율적이고 공간을 절약할 수 있어 점점 더 보편화되고 있습니다.
• 회생 제동은 움직이는 에너지를 다시 전기로 전환하여 주행 거리를 크게 늘리고 브레이크 마모를 줄일 수 있습니다.
• 전기 모터의 수명과 신뢰성을 높이려면 열 관리가 잘 이루어져야 합니다.
• 단단 변속기로도 충분할 수 있지만, 다단 기어박스를 사용하면 더 많은 주행 상황에서 효율성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.
• 전기 트럭을 소유하는 총 비용은 연료와 수리비를 절약할 수 있기 때문에 디젤 트럭보다 저렴할 수 있습니다.
• 고급 컨트롤러는 전기 파워트레인의 두뇌 역할을 하며 에너지를 관리하고 성능을 개선합니다.