BMW는 iX5 Hydrogen 현장 테스트 전기를 EV 모터에 직접 공급하는 양성자 교환막 연료 전지로 구동되는 iX SUV 버전. 

BMW 그룹은 연료 전지 드라이브를 개발하기 위한 파트너십의 일환으로 Toyota Motor Corp.로부터 개별 연료 전지를, Garrett Motion으로부터 공기 펌프를 받습니다. 토요타는 이미 시판 생산 연료 전지 차량, Mirai, 2014년부터 일부 시장에서. 

BMW 그룹은 토요타 셀을 사용하여 뮌헨에 기반을 둔 수소를 위한 "우수 센터"에서 고효율 연료 전지 시스템을 생산하고 있습니다. 연료 전지 시스템 기술은 BMW iX5 Hydrogen에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며 BMW는 이 작업이 전체 모빌리티 부문의 변화에 ​​영향을 미칠 것이라고 믿습니다. 

“수소는 무배출 모빌리티와 관련하여 직소 퍼즐에서 빠진 조각입니다. 하나의 기술만으로는 전 세계적으로 기후 중립적인 이동성을 실현하기에 충분하지 않을 것입니다.”라고 BMW AG의 이사회 회장인 Oliver Zipse가 말했습니다. 

PEM 연료 전지의 작동 원리

PEM(Proton Exchange Membrane) 연료 전지는 간단한 고체 발전기입니다. 세포 내부에는 투과성 막으로 분리된 두 개의 판이 있습니다. 플레이트는 가스 흐름을 용이하게 하기 위해 홈이 파여 있고 전도성 금속으로 코팅되어 있습니다. 이 시스템은 압축 수소를 막의 한쪽으로, 압축된 대기를 다른 쪽으로 보냅니다. 

멤브레인은 수소 원자가 교차하도록 허용하지만 수소 원자가 통과할 때 전자를 제거합니다. 전자는 도체를 통해 셀의 다른 쪽으로 이동하여 전류를 생성합니다. 

일단 막을 통과하면 수소 원자는 대기 중의 산소와 결합하여 물을 생성하고 원자는 전자를 다시 얻습니다. 따라서 연료 전지의 출력은 단순히 순수한 물과 전기입니다. 

연료 전지 생산에는 두 단계가 있습니다. 먼저 개별 연료 전지를 쌓아 연료 전지 스택을 만듭니다. 그런 다음 다른 모든 구성 요소가 장착되어 완전한 연료 전지 시스템을 형성합니다. BMW 그룹은 새로운 연료 전지 시스템을 위한 특수 수소 부품을 개발했습니다. 여기에는 Garrett과 협력하여 연료 전지를 통해 일반 대기를 밀어내는 고회전 압축기를 생산하는 것이 포함됩니다. 

“수소는 에너지 전환 과정과 그에 따른 기후 보호에서 중요한 역할을 하는 다재다능한 에너지원입니다. 결국 그것은 재생 에너지를 저장하고 운반하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 우리는 이 잠재력을 활용하여 모빌리티 부문의 변혁을 가속화해야 합니다.”라고 Zipse는 말합니다. 

연료 전지 시스템의 과제는 그것이 우주에서 가장 흔한 원소임에도 불구하고 산소 원자와 결합하여 물을 형성하는 경향 때문에 자유 수소 원자가 지구에서 드물다는 것입니다. 지구에는 문자 그대로 수소와 산소의 바다가 있지만, 연료 전지를 통해 회수할 수 있는 것보다 이러한 분자를 분리하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 

그러나 글로벌 정책 변화, 연료 전지 기술의 발전 및 보다 엄격해진 배출가스 규제로 인해 수소 전기 자동차에 대한 관심이 빠르게 증가하고 있습니다. 수소위원회(Hydrogen Council)에 따르면 지난 500년 동안에만 새로운 수소 프로젝트에 XNUMX억 달러 이상이 투자되었습니다.

BMW의 연료 전지 시스템

BMW 연료 전지에 공급하는 데 필요한 기체 수소는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 만든 두 개의 700bar 탱크에 저장됩니다. 함께 그들은 5kg의 수소를 보유하고 있어 BMW iX313 Hydrogen의 범위는 XNUMX마일입니다. WLTP 사이클에서 측정. 남부 캘리포니아에서 사용 가능한 현재 수소 연료 보급 시스템을 사용하면 수소 탱크에 연료를 보급하는 데 XNUMX~XNUMX분 밖에 걸리지 않습니다. 

작동 중에 수소는 이미 탱크에서 압축되고 공기 성분은 Garrett의 차세대 수소 연료 전지 전기 자동차용 모듈식 연료 전지 압축기에 의해 압축됩니다.

“지난 XNUMX년 동안 우리는 BMW 그룹과 긴밀히 협력하여 정확한 요구 사항에 맞는 고급 수소 연료 전지 압축기를 개발했습니다. 이러한 노력은 올해 후반에 심도 있는 온로드 시험에서 절정에 달할 것입니다.”라고 Garrett 부사장 겸 CTO인 Craig Balis는 말했습니다.

연료 전지 차량에서 생성되는 전기의 양은 순간적인 필요에 따라 결정됩니다. 그런 점에서 휘발유와 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 가속 페달을 밟으면 시스템이 더 많은 전기를 요구하고 연료 전지가 반응합니다. Garrett의 고성능 전기 공기 압축기는 연료 전지 시스템의 출력 밀도와 출력을 최적화하는 데 필요한 가변 공기 흐름을 시시각각 제공합니다. 

특히 이 응용 분야를 위해 연료 전지 스택의 배출구에서 폐기물 에너지를 회수하도록 설계된 새로운 터빈 확장기는 기존 연료 전지 압축기와 비교할 때 공기 압축을 위한 전기 소비를 최대 20%까지 줄일 수 있습니다. Garrett의 모듈식 고성능 전기 연료 전지 압축기는 회사의 터보 공기역학 전문 지식을 기반으로 하며 150,000rpm 이상의 표준 산업 속도 이상으로 작동합니다.

“Garrett은 생산 및 온로드 경험에서 입증된 수년간의 전문성을 갖춘 수소 전기 연료 전지 압축기 기술의 선구자입니다. 차세대는 우리 고유의 고속 전기 모터, 전력 전자 장치 및 고급 제어를 포함하여 혁신적인 설계 및 엔지니어링의 유산을 기반으로 합니다.”라고 Balis는 말했습니다.

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• 출처: https://www.thedetroitbureau.com/2023/06/bmw-fields-pilot-fleet-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles/