전기차 종류 및 기술적 특징 (친환경(신에너지차)의 구조)

우리가 보통 부르는 친환경자동차는 크게 하이브리드차, 전기차, 수소전기차로 나눌 수 있다. 이렇게 분류하는 방식은 에너지공급방식 혹은 동력전달방식에 따라 크게 아래 3가지 분류로 나누게 된다.

 

1) 주 주행에너지원이 기름인 쪽은 하이브리드 (HEV, PHEV)

2) 배터리 충전에 의한 에너지 공급은 전기차 (BEV, REVE)

3) 그리고 수소에너지를 통한 에너지 공급차량을 수소에너지 차량

동력전달방식 기준으로 보면 전기차와 수소에너지 차량은 둘 다 전기모터에 의한 동력전달이므로 같은 카테고리이지만

에너지 공급방식으로는 차이가 보인다. 위 친환경차량 중 전기차에 대해 알아보자.

 

1. 배터리 전기차(BEV)의 종류 및 특징

1) 주행거리 연장형 전기차 (REEV, EREV)

이 자동차는 기존 배터리 전기차에서 Range extender라고 하는 부품을 이용해 배터리를 내부에서 충전하여 주행거리를 늘린 자동차라 할 수 있다. 즉, 내부에 발전기(엔진)이 있어 배터리 충전을 추가로 해준다는 의미이다.

 

2) 배터리 전기차 (BEV)

배터리 전기차는 엔진없이 오로지 전기모터의 힘으로만 운행하게 된다. 유일한 에너지 원인 배터리를 외부에서 꾸준히 충전해주어야 한다. PHEV와 EREV는 명확한 구분이 어려웠다. 그래서 2012년에 California Air Resources에서 그 기준을 정의하게 된다. 배터리의 완전한 사용이 일어날 때 까지 주행거리가 120km이상이면 EREV, 120km미만이면 PHEV로 기준을 잡게 되었다.

 

 

2. 신에너지자동차의 동력전달방식 따른 특징

 BEV 배터리 전기차는 전기에너지를 유일한 에너지원으로 전기모터를 이용해 동력을 만들게 된다. 전기차는 많은 사람들의 생각과는 다르게 내연기관 전기차보다 먼저 등장 했을 만큼 기술의 역사는 오래된 자동차이다. 모터는 고효율을 내고 회생제동이 가능하고 저속에서 높은 토크를 낼 수 있는 장점이 있지만 에너지원인 배터리에서 아직은 낮은 에너지 밀도, 느린 충전시간, 높은 생산단가가 단점으로 작용한다.

내연기관의 경우 연료분사-점화-폭발-피스톤행정-클러치-변속제어 등과 같이 복잡한 전달구조를 가지고 있는 반면 전기차는 모터-변속기-바퀴의 단순단 동력전달 구조를 가져 저속의 즉각적인 반응을 통해 가속성능을 향상 시킬 수 있다. 게다가 모터의 95%에 달하는 높은 효율의 모터 그리고 동력루트의 단순화로 파워트레인 부품수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

 

가장 큰 장점중 하나로 제동시 마찰손실로 에너지를 다 소모하는 내연기관차량과는 다르게 전기차는 회생제동을 통해 운동에너지를 전기에너지로 순환시킬 수 있는 점이다.

배터리용량과 모터의 용량이 큰만큼 보통의 하이브리드 차량보다 에너지 흡수율이 더 높다. 때문에 감속 후 재가속시 에너지 손실이 매우 낮아져 효율이 높은 장점이 있다.

 

참고로 일반승용차(1.5t)가 100m를 하강할 때 손실에너지는 약 0.4kWh. 시속 100km/h에서 정차시 손실에너지는 약 0.16kWh이다.

하지만 배터리의 생산단가가 높고 충전시간이 오래걸리는 점 그리고 겨울에 낮아지는 배터리 효율로 인해 주행거리 감소는 큰 단점으로 작용한다. 물론 이를 극복하기 위해 새로운 전극물질개발, 생산기술 발전에 의한 재료비 절감, 히트펌프 기술을 이용한 배터리 효율 상승시키며 단점을 개선해가고 있다.

 

 

 

3. 전기자동차의 CO2배출량

전주기적분석 (LCA; Life Cycle Assemssment)에 의하면 전기차는 생산 및 폐기과정에서 배출되는 CO2가 매우 높다. 친환경 차량이라는 말 때문에 전기차가 내연기관 차량보다 압도적으로 친환경적이라 생각하지만 실상 운행 중 배출되는 CO2를 빼면 전기차가 내연기관 차량보다 몇 배는 높다. 실제로 주행에 따른 CO2 배출량은 전기차가 내연기관차보다 약 40~60% 정도 낮게 배출 한다. (전기생산을 위한 발전설비 가동 CO2 배출 포함)

하지만 제조부터 폐기에 이르는 모든 과정을 포함하면 다른 결과가 나오는데 아래 그림과 같다.

 

총 제조 및 폐기 순환에 따른 CO2 배출량을 보면 코나EV가 과거 하이브리드 아이오닉 차량보다 더 높게 나타남을 알 수 있다. 테슬라의 모델 X를 놓고 보면 제조-폐기에 이르는 LCA사이클의 CO2 배출량은 내연기관 승용차보다는 많고 SUV차량과 동급 혹은 그 이상임을 알 수 있다. 퍼포먼스에 초첨을 맞추다 보니 무겁고 효율이 떨어지는 측면 때문이다.

 

 

 2. BEV 파워트레인 구조 및 특징

일반적으로 배터리 전기에너지가 모터를 구동하여 동력을 만드는 구조로 되어 있다. 내연기관이나 HEV에 비에 구조가 간단하다. 전비성능 경쟁이 치열해지면서 전기차에서도 다단 변속기의 경쟁이 일어날 것으로 보인다.