[전기자동차의 이해] 전기자동차 구동원리

전기자동차

전기자동차는 말 그대로 전기를 동력원으로 움직이는 차량을 말한다. 주로 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차로 EV(Electronic Vehicle)라고도 불린다. 전기자동차는 1873년대에 가솔린 자동차보다 오히려 먼저 개발되었지만 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간, 낮은 유가를 바탕으로 한 가솔린 자동차의 경쟁력에 밀려 실용화되지는 못했다. 그러나 환경오염에 대한 관심이 늘어나고 유가가 상승하면서 배기가스가 거의 없고, 전기를 에너지원으로 사용하는 전기 자동차가 차세대 Vehicle로 새롭게 조명 받고 있다.

자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 자동차에서의 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다. 즉, 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하고, 주행 중에 CO₂나 NO_x 등 배출가스를 방출하지 않으며 진동, 소음이 적고 정숙한 것, 2차 에너지인 전기를 사용하기 때문에 석유대체 에너지의 이용이 가능한 것 등을 들 수 있다. 

전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 공해문제가 최근 심각해지면서 다시 개발이 되고 있다.

전기자동차는 엔진이 전기 모터로 대치된 것 외에 내연기관 자동차들과 약간씩의 차이가 있다. 그러나 가장 큰 문제는 에너지의 공급원인 배터리이다. 배터리의 경량·소형화 및 짧은 충전시간은 전기자동차가 실용화되기 위한 필수적인 선결 조건이다. 미국의 자동차회사들은 배터리 연구개발 공동협의체를 만들어 운영하고 있다

연료비에 대해서도 전기료는 휘발유 값의 수 분의 1에 지나지 않으므로 경제적이며, 이 경제성은 석유 값의 상승에 따라 더욱 확대되는 경향이 있다. 그 반면 1회 충전으로 주행하는 거리가 짧은 것, 고성능 전지를 사용하기 때문에 차 자체의 가격이 높은 것 등의 과제가 있다.

축전지에 전기를 충전하여 그 전기의 힘으로 자동차의 모든 활동을 가동시키는 자동차 형태를 말한다. 100% 전기의 힘으로 자동차가 구동되기 때문에 대규모의 축전지가 자동차에 들어가야 하며 따라서 전기자동차의 성공여부는 이 2차 전지에 있다고 볼 수 있다.

기본 구동원리 및 시스템 구성

전기자동차는 일반 내연기관 자동차와 달리 전동기, 전동기 제어기, 축전지 및 충전장치로 구성되며, 기본적으로 축전지에 저장된 에너지를 인버터 등의 전력 변환장치를 이용하여 효과적으로 전동기에 전달해 차량을 구동하는 무공해 자동차이다.

따라서 전기자동차에 있어서 차량을 구동하기 위한 전기모터 및 제어기, 축전지에 에너지를 저장하기 위한 충전장치, 축전지에 저장된 에너지를 차량에서 사용하기 적합한 수준으로 변환하는 DC/DC Converter 등은 전력전자 분야와 밀접한 관계에 있으며, 이외에도 Air Conditioner 및 Electric Power Steering(EPS) 등 전기자동차를 구성하는 여러 부분들이 전력전자 분야와 직간접적인 관계를 갖고 있다.

다음은 전기자동차의 시스템 구성도를 그림으로 나타낸 것이다.

전기자동차 시스템 구성도

다음 그림은 전기자동차의 구동원리를 설명한 것이다. 

1. 구동모터 및 제어기

개발초기에 비교적 간단한 직류 전동기가 사용되었으나, 최근에는 유지보수가 용이한 유도 전동기 또는 영구자석 전동기가 사용.

2. 충전장치

장착위치와 전력공급방식으로 다양하게 나뉨.

3. 조향장치

기존의 내연기관 차량에 사용되는 유압식 동력 조향 시스템에서는 엔진의 구동력을 이용하여 유압 펌프를 동작시키는 방법이 사용되었으나, 전기 자동차에서는 유압장치 대신 전기모터를 사용하는 전동식 동력 보조 조향장치가 사용.

4. DC/DC 컨버터

5. 회생제동 시스템

회생제동 시스템은 구동 모터의 발전기능에 의해 차량의 운동에너지를 전기에너지로 바꿔주는 것으로써, 이를 통해 제동력을 얻음.

6. 발전기 및 AC/DC 컨버터

진에서 발생되는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로, 통상 AC/DC 컨버터를 이용하여 차량에 장착된 축전지를 충전하거나 구동용 모터를 동작.