전기 자동차란?
전기 자동차는 자동차를 구동할 때 전체 또는 일부를 사용하는 자동차를 말하며, 전기 자동차 종류는 전기의 사용 방식에 따라 '하이브리드(Hybrid Car)', '플러그 인 하이브리드(Plug in hybrid Car', '전기 자동차(Electric Vehicle 또는, Electric Car)', '수소연료 전기 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle)' 이렇게 4가지로 분류할 수 있습니다.
오래전부터 대기 오염의 원인으로 지적되어온 자동차 내연기관의 매연발생을 저감시키기 위해 다양한 노력들을 하고 있으며, 현 시대에서 내연기관 자동차를 대체하기 위한 기술 발전의 최 앞단에는 전기 자동차가 있습니다.
전기 자동차는 최근에 발명된 것으로 생각하는 사람들이 많지만, 전기 자동차의 역사는 자동차의 발명과 함께 시작 되었다고 할 수 있을 정도로 역사가 깊습니다.
공식적인 최초의 전기 자동차는 1835년도 네덜란드의 크리스토퍼 베커가 만든 전기자동차이며, 1900년도 초까지는 전기 자동차가 내연기관 자동차보다 더 많이 판매되었습니다.
하지만, 기술적인 한계로 자동차 성능을 끌어올리기 힘들었고, 배터리의 성능과 충전의 문제, 내연기관 기술의 발달과 기름값의 하락으로 내연기관에 밀려 한동안 자취를 감췄습니다.
최근 환경문제와 더불어 배터리 기술 및 자동차 기술의 발전에 따라 내연기관에 동등 또는 그 이상의 성능을 발휘할 수 있는 전기 자동차가 많이 나오고 있어 내연기관을 대체할 것으로 예측하는 사람들도 많습니다.
배터리의 용량 및 충전시간, 1회 충전시 주행거리, 충전 인프라 및 화재 문제 등 해결해야 할 문제들이 있지만, 대세는 전기차라고 볼 수 있습니다.
전기 자동차 종류
전기 자동차는 동력계 구조에 따라 아래와 같이 4종류로 분류할 수 있습니다.
- 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)
- 플러그 인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle)
- 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)
- 수소연료 전기 자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)
1. 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)
하이브리드(Hybrid)의 사전적 정의는 '두가지 기능이나 역할이 하나로 합져진 것' 입니다.
하이브드 자동차는 내연기관 시스템에 전기모터와 고전압/저용량 배터리를 추가한 자동차 입니다.
자동차가 출발하거나 저속으로 구동할 때 배터리에 저장되어있는 전기로 모터를 작동하여 주행하고, 나머지 주행에서는 엔진과 모터가 적절하게 혼합되어 작동하는 하이브리드 모드로 주행하게 됩니다.
하이브리드 전기 자동차는 회생제동 시스템을 갖추고 있어 내리막길을 주행하거나 브레이크를 잡을 때 운동에너지를 전기에너지로 전화하여 배터리를 충전하고, 충전된 전기에너지는 다시 주행할 때 사용하게 되는 구조입니다.
또한, 배터리 충전은 엔진 구동시 엔진과 연결된 발전기를 통해 배터리를 충전하기도 합니다.
하이브리드 전기 자동차는 별도의 외부 충전 없이 차량 내부의 동력계통 및 충전계통을 사용하여 구동되기 때문에 충전소 인프라와 상관없이 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있습니다.
또한, 내연기관 자동차보다 연비가 높으며, 배기가스의 배출량이 적어 환경에도 도움을 줄 수 있습니다.
하지만, 내연기관 자동차에 비해 전기를 사용한 동력계가 추가된 구조로 가격이 내연기관에 비해 높은편이며, 배기가스도 전혀 없는 것이 아니기 때문에 완전한 친환경 차로 분류하기에는 과도기적 모델이라 할 수 있습니다.
참고로 하이브리드 전기 자동차 출시 초기에는 한동안 정부에서 친환경차 구입 보조금을 지원했지만, 현재는 하이브리드 자동차에 대해서는 지원금을 지급하고 있지 않습니다.
2. 플러그 인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle)
플러그 인 하이브리드 전기 자동차는 하이브리드 자동차에 외부 전기를 충전할 수 있는 시스템을 추가하고, 고전압 배터리의 용량도 더 크게 만든 것입니다.
고전압 배터리의 용량을 늘려 배터리와 모터를 사용한 주행 거리를 더 늘려 배기가스의 배출량도 하이브리드 자동차에 비해 더 줄였습니다.
외부에서 전기를 충전한 배터리로 주행을 하다 충전한 전기가 모두 소모되면 내연기관을 활용 또는, 하이브리드 모드로 주행할 수 있습니다.
하이브리드 자동차와 마찬가지로 회생제동 시스템을 사용하여 내연기관 자동차에 비해 연비가 훨씬 좋습니다.
또한, 전기를 외부에서 충전할 수 있기 때문에 저속주행이 많은 시내 주행의 경우에는 전기 모터만을 사용하여 운행할 수 있으며, 충전 시설이 없는 곳에서는 내연기관으로만으로도 주행할 수 있는 장점이 있습니다.
참고로, 플러그인 하이브리드 전기 자동차는 친환경차 구입 보조금 지급 대상으로 구입시 보조금 혜택을 받을 수 있습니다.
하이브리드 자동차의 경우 내연기관 자동차 종류로 구분되나, 전기를 외부에서 충전하는 플러그인 하이브리드 자동차는 전기 자동차 종류로 분류되기 때문이며, 자동차 번호판도 전기자동차를 나타내는 파란색 번호판을 발급받게 됩니다.
3. 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)
전기 자동차는 고전압 배터리에 저장된 전기 에너지만을 사용하여 구동하는 자동차 입니다.
디젤이나 가솔린과 같은 화석연료를 전혀 사용하지 않는 자동차로 배기가스 배출이 없으며, 내연기관 엔진을 사용하지 않기 때문에 소음도 없고, 자동차에 들어가는 부품의 수도 줄여 구조도 단순화 할 수 있습니다.
과거의 전기차는 배터리의 기술적 한계로 1회 충전 거리가 짧았으며, 충전 인프라도 적어 실 생활에서 사용하기에는 다소 부족한 점이 많았습니다.
하지만, 최근 배터리 기술이 발전함에 따라 대용량의 고전압 배터리를 적용하여 1회 충전으로 300km 이상을 주행할 수 있는 전기 자동차가 판매되고 있습니다.
또한, 전기 자동차의 친환경적인 면 외에도 자동차의 구동 성능도 많이 발전되었습니다.
내연기관에 사용되는 변속기가 없으며, 모터에서 발생되는 토크를 출발과 동시에 사용할 수 있어 저속부터 중속까지 가속 성능도 뛰어난 편입니다. (참고로, 테슬라 모델S의 경우 제로백 2.7초 대 입니다.)
차체 바닥에는 배터리가 넓게 배치되어 무게 중심도 낮아 회전시 선회성이 좋으며, 가감속시 안정성도 높습니다.
전기 자동차에 들어가는 배터리의 가격과 대량생산 체제가 아직 부족하여 다소 가격이 높지만, 아직까진 각 지자체별 전기차 구입 보조금을 지원받을 수 있어 가격에 대한 부담감을 줄일 수 있습니다.
한가지 단점으로는 배터리의 충전시간이 오래 걸린다는 것이며(완속은 보통 4~5시간, 급속은 15~30분), 아직까지는 부족한 충전 인프라가 전기차 보급의 성장에 걸림돌이 되고 있습니다.
한편, 전기 자동차에 대해서는 전기를 만드는데 화력 발전소를 사용하기 때문에 전체적인 관점에서는 친환경이라고 하기 어렵다는 의견도 있습니다.
조금 더 장기적인 미래를 본다면 전기를 만들 때 풍력이나 수력과 같은 친환경적인 발전이 많이 이루어져야 할 것으로 보입니다.
4. 수소 연료 전기 자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)
수소 연료 전기차는 일명 '수소 전기차', '연료전지 전기차'로 불리며 전기차와 마찬가지로 배터리에 충전된 전기에너지를 사용하여 모터를 구동하는 전기 자동차 입니다.
전기 자동차와 다른 점은 외부로부터 전기를 충전하는 것이 아닌, 연료전지 시스템을 사용하여 자동차 내에서 스스로 전기 에너지를 생산하여 배터리를 충전하는 방식입니다.
연료전지 시스템은 수소를 사용하여 수소와 외부 공기중에 있는 산소의 전기 화학반응을 통해 전기 에너지를 생산하게 됩니다.
전기 자동차와 마찬가지로 전기 에너지를 동력원으로 사용하기 때문에 배기 가스를 배출하지 않으며, 수소와 산소가 결합하며 전기가 발생하기 때문에 부산물로는 물(H2O)만 배출하게 됩니다.
또한, 외부 공기로부터 산소를 추출할 때 공기 정화 시스템을 통해 이물질을 제거한 공기를 사용하기 때문에 대기중의 오염물질을 정화하는 역할도 합니다.
수소 연료 전기 자동차는 연료로 사용되는 수소 탱크의 용량에 따라 주행거리가 달라지며, 현대자동차에서 출시한 '넥소'의 경우 156리터 수소탱크를 탑재하여 1회 충전시 609km 거리를 주행할 수 있습니다.
수소 연료 전기 자동차는 전기차의 단점인 충전 시간을 극복하였습니다.
수소 충전 시간은 5분 내외로 전기 자동차 충전 시간에 비하면 매우 짧은 시간입니다. 다만, 아직은 수소 충전소 인프라가 부족하여 대중화 되기에는 아직 시기상조라 할 수 있습니다.
또한, 수소를 연료로 사용하여 사고시 폭발위험을 우려하는 목소리도 많습니다.
현대자동차의 넥소의 경우에는 수소 탱크를 철보다 강도가 10배 높은 탄소섬유 강화 플라스틱을 사용하여 제작하였으며 고온 및 낙하 충격, 파열, 총격 시험까지 통과하였으며 용광로 및 수심 7,000m의 고압에서도 터지지 않는다고 합니다
이만큼 고객의 신뢰를 얻기 위해 충분한 테스트를 거쳐 안정성을 확보한 점은 수소연료 전기 자동차의 대중화에 도움이 될 것으로 보고 있습니다.
위와 같이 4가지로 분류되는 자동차 종류를 정리하였으며, 과도기적인 하이브리드와 플러그인 하이브리를 지나 최종적으로 전기 자동차 및 수소연료 전기 자동차 종류가 도로에 많이 보이는 날이 멀지 않았음을 생각하게 됩니다.
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