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ⓒ클립아트코리아

 

이제는 전기자동차의 시대라고 해도 과언이 아닙니다. 자동차 회사들은 전기자동차를 개발하고 상용화하기 위해 앞다투어 연구에 뛰어들고 있습니다. 전 세계가 환경을 위해 전기자동차 보급을 늘리고 내연기관 자동차의 사용을 줄이고 있는데요. 우리나라 역시 전기자동차를 타는 소비자에게 보조금을 지원해주는 등 여러 혜택을 주고 있습니다. 하지만 이런 전기자동차의 자세한 작동원리, 구성 부품에 대해서는 잘 모르고 있지요. 오늘은 전기자동차에 대해 자세하면서도 쉽게! 알아보도록 합시다.

 

전기자동차는 일반 내연기관 자동차와 구조에서 많은 차이가 있습니다. 자동차의 심장 역할을 하는 엔진 대신 전기 모터가 있으며 연료를 저장하는 연료탱크 대신에 전기를 모아두는 배터리가 있죠. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜 구동에너지를 얻어 자동차를 움직이게 됩니다. 우리가 어릴 때 가지고 놀던 미니카를 생각해보면 쉽습니다. 미니카에는 전기모터가 있고 배터리를 껴서 움직였던 거와 같은 원리라고 생각하면 됩니다. 단지 전기자동차는 외부로부터의 전력 공급, 즉 충전소를 통해 배터리를 충전합니다. 급속충전기는 50kW급으로 완전 방전 상태에서 80% 충전까지 30분 정도 소요되고, 완속 충전기는 6~7kW급으로 완전 방전에서 100% 충전까지 4~5시간이 걸립니다.

 

ⓒ클립아트코리아

 

그럼 이제 전기자동차의 구조에 대해서 알아볼까요?

전기자동차는 약 3,000개의 부품으로 구성된 단순한 구조입니다. 배터리 비용문제를 제외하면 내연기관 자동차보다 매우 저렴하게 생산할 수 있죠. 전기자동차의 핵심부품으로는 전기모터, 배터리, 감속기, EPCU, OBC가 있습니다.

전기자동차의 구조 ⓒ현대자동차 홈페이지 / ⓒ두피디아 홈페이지

 

전기모터는 높은 효율과 출력을 가진 구동모터입니다. 내연기관의 엔진과 달리 주행 중에도 소음과 진동이 거의 발생하지 않습니다. 작은 크기의 모터가 상당히 강력한 회전력을 갖고 엄청난 출력을 보여줍니다.

 

배터리는 전기자동차에 필요한 전력을 저장하는 가장 중요한 역할을 합니다. 주로 리튬이온배터리를 사용합니다. 리튬이온배터리는 전기화학반응을 이용해 화학 에너지와 전기에너지를 자유롭게 변환시킬 수 있는 장치입니다. 배터리 기술이 발전하면서 최근 출시되는 전기자동차의 1회 충전 주행거리는 초기 전기자동차보다 크게 늘었습니다.

 

전기자동차 배터리에는 배터리를 관리하는 시스템인 BMS(Battery Management System)가 부착되어 있습니다. BMS는 배터리의 충전, 방전, 온도, 냉각제어 등을 수행합니다. 배터리를 최적의 상태로 관리하여 에너지 효율을 높이고 수명을 연장해주는 역할을 하지요. 또한, 실시간으로 전압, 온도 등을 모니터링하여 과도한 충전, 방전 등을 방지하고 배터리의 안전성과 신뢰성을 높여줍니다.

 

감속기는 모터의 회전을 바퀴에 효율적으로 전달하는 장치입니다. 모터가 회전하면 감속기는 회전력을 적절한 속도로 바꾸어 바퀴에 전달합니다. 전기자동차의 감속기는 구조가 매우 단순하고 크기가 작아 전기자동차 내부의 공간 활용에도 효과적입니다.

 

EPCU(Electric Power Control Unit)는 전기자동차의 통합전력제어장치를 말합니다. EPCU는 인버터, LDC, VCU로 구성되어 있습니다. 인버터는 배터리의 직류전원(DC)을 전기모터에서 사용하는 교류전원(AC)으로 변환시키고 정확한 충전을 유지해주는 장치입니다. LDC(Low voltage DC-DC Converter)는 350V에 이르는 고전압 배터리의 전압을 자동차의 오디오나 전자장비에 적합한 저전압인 12V로 변환하여 공급합니다. VCU(Vehicle Control Unit)는 자동차 내에 전력을 제어하는 기기를 총괄하는 컨트롤 타워입니다.

 

OBC(On Board Charger)는 고전압 배터리의 충전을 위해 외부 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 장치입니다. 이 핵심 부품들 외에도 약 3,000개의 부품이 각자의 역할을 수행하며 전기자동차가 더 효율적이고 안전하게 움직이도록 하고 있습니다.

 

전기자동차의 종류 ⓒ최아영 제작

 

이번에는 전기자동차의 종류에 대해 간단히 알아보겠습니다! 전기자동차는 구조에 따라 EV, HEV, PHEV로 구분됩니다. EV는 Electric Vehicle로 순수 전기자동차를 의미합니다. 리튬 배터리로 전기모터를 구동하기 때문에 배터리의 성능이 자동차 에너지 효율의 핵심 요소입니다. 내연기관을 전혀 사용하지 않기 때문에 완벽한 무공해 차량이라고 할 수도 있지요.

 

HEV는 Hybrid Electric Vehicle로 하이브리드 전기자동차입니다. 가솔린, 엔진 등의 내연기관과 전기모터를 동시에 갖춘 자동차이지요. 주로 내연기관을 이용하여 움직이지만 움직이면서 발생하는 에너지로 배터리를 충전하여 얻어진 전기에너지를 모터에 공급함으로써 부 동력원 역할을 합니다. 배터리를 별도로 충전할 필요가 없고 매우 높은 연비를 자랑합니다.

 

PHEV는 Plug-in Hybrid Electric Vehicle, 플러그인 하이브리드 전기자동차입니다. HEV 구조에서 주 동력원을 모터로 바꾼 구조입니다. HEV에 충전식 전기 배터리를 넣었습니다. 더 많은 전기를 소모하고 내연기관의 사용을 줄인 것이죠. EV와 같은 전기 배터리를 갖추어 보통 내연 자동차보다 연비도 훨씬 좋고 친환경적입니다.

 

2020년, 우리나라의 배터리 수출액은 2012년 이래 역대 최고치를 기록했습니다. 전기자동차의 보급이 전 세계적으로 확대되면서 배터리 수출 확대로 이어진 것이지요. 이처럼 전 세계에서 전기자동차에 대해 집중하고 이에 대한 수요 역시 증가하고 있습니다. 친환경으로의 움직임이 계속되면서 전기자동차와 관련된 산업은 앞으로도 발전하겠죠? 환경을 위해, 지구를 위해, 우리를 위해 탄소 없는 자동차 시장의 발전을 응원합니다.

 

 

 


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