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2020년 8월 3일 (월) 01:30 판
전기자동차(electric car)는 구동 에너지를 전기 에너지로부터 얻는 자동차이다. 화석 연료와 엔진이 아니라 전기 배터리와 전기 모터를 구동원으로 사용한다. 간략히 전기차라고 한다.
목차
개요
전기자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 친환경 자동차다. 고전압 배터리에서 전기 에너지를 전기 모터로 공급하여 구동력을 발생시키기 때문에 화석 연료를 사용하는 자동차와 달리 배기가스 배출이나 소음이 거의 없다. 전기자동차는 고속도로에서 장거리를 고속으로 주행할 수 있는 전기자동차(electric car)와 시내에서 저속으로 주행하는 전기자동차(neighborhood electric vehicle)로 구분하기도 한다. 동력원인 전기는 태양전지나 충전된 배터리로부터 얻는데, 일반적으로 전기자동차는 차에 실린 배터리로부터 에너지를 얻는 차를 의미한다. 전기를 사용하는 전기 모터와 화석연료를 사용하는 내연기관을 모두 갖추고 필요할 때 내연기관을 작동해 부분적으로 배터리를 충전하는 하이브리드 자동차도 있고, 감속할 때 배터리를 충전하는 전기자동차도 있다. 전기자동차는 1837년 휘발유 자동차보다 먼저 제작되긴 했지만, 배터리의 무거운 중량과 충전에 걸리는 시간이 오래 걸린다는 점 때문에 실용화되지 못했다. 그러나 환경오염과 자원 부족 문제 때문에 1990년대부터 자동차업체들의 경쟁이 생겼다. 전기자동차는 화석연료를 사용하지 않아 주행 시 이산화탄소나 질소산화물을 배출하지 않아 친환경적이며, 전기 모터로만 구동할 경우 운행 비용이 저렴해 경제적이다. 또, 차량 수명이 상대적으로 길고, 사고 시 폭발 위험성이 적고, 심야 전력으로 자택에서 충전이 가능하며, 기어 변경이 필요가 없어 운전 조작이 쉽다는 장점이 있다. 그러나 높은 구입 가격, 수리 비용, 유지 비용, 자동차의 수명, 충전소의 접근성, 충전 시간 등의 단점도 고려해야 한다. 미래에는 전기자동차 배터리의 가격을 낮추고 에너지 축전 용량 및 사용 가능 시간을 연장하는 것이 필요하다. 축전 용량의 경우 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등을 통해 증가시킬 수 있고, 에너지 저장 대체 기술이 성장하면서 더 나은 전기자동차가 생길 것이다.
역사
1830년대부터 크고 작은 실험을 통해 전기를 저장하는 축전기가 발명됐고, 전기 모터도 개량되면서 냄새, 진동, 소음이 적고 운전이 간편한 전기자동차는 시장에서 큰 성공을 거두고 있었다. 1834년 스코틀랜드의 로버트 앤더슨(Robert Anderson)은 최초의 전기자동차를 만들었다. 1835년 네덜란드의 시브란두스 스트라틴(Sibrandus Stratingh) 교수가 소형 전기자동차를 만들었다. 1842년 미국의 토마스 대번포트(Thomas Davenport)와 스코틀랜드의 로버트 데이비슨(Robert Davidson)은 재충전이 가능한 전지를 전기자동차에 도입했다. 1885년 배터리로 가동되는 전기 택시가 영국 브라이턴에서 운행됐다.[1] 1912년에는 전기자동차가 어떤 차량보다도 많이 팔리며 생산과 판매의 정점을 기록했다. 그러나 포드의 대중차 모델 T가 내연기관의 대량 생상 체제를 구축했고, 미국 텍사스에서 대량의 원유가 발견되면서 휘발유 자동차의 생산 비용과 석유가 저렴해졌다. 휘발유 자동차보다 2배 이상 비싸고 무거운 배터리 중량, 충전 소요 시간 등의 문제가 있던 전기자동차는 자동차 시장에서 사라졌지만, 친환경의 필요성이 대두되면서 규제가 강화되고 정부의 보조금 정책이 더해지며 전기자동차가 부활했다. 첫 번째 양산 전기자동차는 1996년 제너럴 모터스 컴퍼니(GM)에서 출시해 미국 캘리포니아에서 시판된 고성능 전기자동차 EV1이다. EV1은 한 번 충전으로 최장 208km까지 시속 150km로 달릴 수 있었으며, 유명 할리우드 배우들이 구매해 화제를 모으기도 했으나 수익성이 없다는 이유로 판매를 중단하고 모두 수거해 미국 애리조나의 사막에 폐기처분했다. 이후 포드, 토요타자동차㈜, 혼다 등 여러 기업에서 전기자동차를 시판했으나 배터리 충전에 많은 시간이 필요하고 주행 거리가 짧아 실용성에 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 충전용 보조 엔진을 달아 전기로 움직이는 하이브리드 자동차와 연료전지차들이 연구, 개발되었다. 여러 국가에서는에서는 전기자동차의 조기 실용화를 위하여 정부 차원의 대규모 투자 및 강제 보급 정책을 추진하였다. 미국 캘리포니아주의 경우 2003년부터 무공해차량의 의무판매를 규정, 업체별 자동차 판매대수에 따라 전기자동차, 하이브리드 자동차, 슈퍼초저공해 자동차 등 무공해 차량을 일정비율 이상 판매하도록 의무화하였다. 이에 제너럴 모터스 컴퍼니에서는 무공해차량 의무판매 법안에 충족할 전기자동차 개발에 주력하였으며 2012년 11월에는 EV1 이후 두 번째로 제작한 전기자동차 셰비 스파크 EV를 출시하기도 했다. 그러나 전기자동차의 가격이 휘발유 차량에 비해 비싼 데다 충전소가 제한돼 있다. 현재 전기자동차에 있어 가장 축적된 기술을 확보하고 있는 나라는 일본으로, 미쓰비시자동차(Mitsubishi Motors Corporation)는 2009년 관공서와 법인을 대상으로 최초의 전기자동차 아이미브를 출시했으며, 2010년 4월부터 일반인을 대상으로 판매하고 있다. 또한 닛산의 경우 아이미브보다 경쟁력을 갖춘 리프를 출시함으로써 본격적인 상용화에 돌입했다. 국내의 경우 현대자동차가 2010년 9월 국내 최초의 전기자동차 블루온을 생산한 데 이어 2011년 12월 말 현대자동차㈜가 국내 최초 양산형 고속 전기자동차 레이 EV를 공개한 바 있다.
특징
적은 공해
전기 에너지를 전기 모터로 공급하여 구동력을 발생시키기 때문에 화석 연료를 사용하는 자동차와 달리 배기가스 배출이나 소음이 거의 없다. 친환경적이기 때문에 여러 나라에서 보조금이나 세제 혜택을 주며 전기자동차를 보급한다. 자동차가 움직이면서 내는 소음도 공해인데, 전기자동차는 소음이 적다.
에너지 효율
전기자동차의 에너지 효율은 배터리를 충전하는 데 사용되는 에너지와 그 중 자동차를 구동하는 데 사용되는 에너지의 비율이다. 이 비율은 휘발유 자동차의 에너지 효율보다 월등히 높다. 일정 거리를 주행하는 데 필요한 전기 에너지를 구입하는 비용은 화석 연료를 구입하는 데 필요한 비용보다 저렴하다. 전기자동차의 경우 배터리에서 발생하는 2.7kW의 전기에너지는 1리터의 가솔린으로 발생하는 에너지와 비슷하며, EV1의 경우 100km를 주행할 때 약 11kWh의 에너지를 소비한다. 전기자동차의 에너지 효율성은 휘발유 자동차의 에너지 효율성, 하이브리드 자동차의 에너지 효율성보다 좋다. 그러나 에너지원으로부터 바퀴 구동까지의 에너지 효율을 따져 보면 전기자동차가 필요로 하는 전기를 만드는 발전소의 발전 효율은 40%가 안 되고, 송전 시 손실되는 에너지도 많다.
안전성
운전자의 측면에서 볼 때 전기자동차의 안전성은 높다. 배터리의 큰 질량으로 인해 전기자동차는 같은 크기의 가스 자동차보다 질량이 많이 나가고, 자동차 충돌 사고 시 무거운 차량의 운전자가 입는 피해는 평균적으로 가벼운 차량의 운전자보다 적다는 것을 고려한다면 그 안전성은 가스 자동차보다 높다. 몇몇 전기자동차는 마찰력이 작은 타이어를 사용하여 문제가 되고 있다. 보행자의 입장에서 보자면, 안전하다고는 보기 힘들다. 전기자동차는 내부연소 엔진을 갖춘 차량에 비해 소음이 적다. 전기자동차의 적은 소음은 장점일 수 있지만, 보행자가 자동차 운행 소리를 듣지 못하여 예기치 못한 사고가 발생할 가능성이 있다. 보행자들이 자동차가 다가오는 것을 알아채지 못하는 위험성 때문에 일부러 소음을 넣기도 한다.
시장성
휘발유 자동차의 경우 몇십 년간 인류의 생활에서 없어서는 안 될 주요한 도구였기 때문에 그 인프라가 탄탄하다. 예를 들어 휘발유 차를 타고 여행할 경우 곳곳에 보이는 주유소를 이용할 수 있으나 인프라 구축이 미흡한 전기자동차의 경우 충전소를 찾기 위해 오랜 시간을 들여야 한다. 게다가 전기자동차의 배터리를 충전시키는 시간은 가솔린차의 주유 시간보다 오래 걸리기 때문에 여행자에게 제약이 된다. 또한 배터리 충전 용량의 한계 때문에 전기자동차는 장거리 운행에 있어서 단점이 있다. 현재 전기자동차의 인프라는 현재 전기자동차의 인프라는 느린 전기 충전에 알맞게 되어 있어 재충전되는 동안 차량은 주차되어 있어야 한다. 이러한 점은 통근용으로 차량을 사용하는 사람들에게는 큰 문제가 없지만 장거리 운전자의 경우 전지의 에너지를 모두 소모하게 되면 배터리 재충전까지 오랜 시간을 기다려야 한다. 하지만 이러한 장거리 운전자는 전체 운전자의 약 10%밖에 되지 않는다.
높은 비용
전기자동차의 휘발유 자동차의 경우 서비스 비용이 내연기관 자동차보다 작다. 내연기관 자동차의 배터리는 제한적인 용도에서 사용되는 소형이므로 교체 비용이 들지 않지만, 전기자동차에 사용되는 리튬이온 배터리는 교체 시 큰 비용이 소요된다. 그러나 리튬이온 배터리 기술이 발전하면서, 프리우스 전기자동차의 경우 300,000km를 배터리 교체 없이 주행할 수 있다. 새로운 배터리의 가격은 2008년 2,600달러에서 2,300달러로 앞으로 가격은 계속 낮아질 전망이었지만, 2018년 리튬이온 배터리의 주원료인 코발트의 가격 상승과 수요와 공급의 불균형으로 가격이 낮아지지 않고 있다. 전기자동차는 보통 1L의 가솔린으로 약 9.7kWh의 에너지를 발생시킨다. 전기자동차의 유지비용도 휘발유 자동차에 비해 크게 낮다. 전기자동차가 사용하는 배터리의 경우 주기적인 교체가 필요하지만, 니켈 수소 배터리의 수명은 보통 자동차의 수명과 같다. 그러나 전기자동차의 구매 가격이 휘발유 자동차의 구매 가격보다 비싸기 때문에 소비자는 구매 가격, 에너지 구매 비용, 수리 비용, 유지 비용, 자동차의 수명을 고려해야 한다.
종류
전지식 전기자동차
전지식 전기자동차(EV)는 축전지에 충전하여 전동기를 가동하는 타입으로, 통상적인 전기자동차의 정의에 충실한 순수 전기자동차이다. 고밀도 대용량 배터리가 장착돼 주행 거리가 하이브리드 전기자동차에 비해 길고, 플러그를 꽂아 배터리를 충전한다. 대용량 배터리를 충전하기 위해 급속 충전 기능을 주로 사용하는데, 작은 용량의 배터리를 사용하는 일부 초소형 전기자동차는 완속만 가능하기도 하다.[2] 예전부터 있었으며 개량되어 왔지만, 20세기 초 시장에서 퇴출된 후, 1995년 제너럴 모터스 컴퍼니가 EV1이라는 이름으로 다시 전기자동차를 시장에 도입했다. 뚜렷한 이유 없이 출시 2년 만에 모두 수거되어 2대만 남기고 전량 폐기됐다. 그 이후 21세기 들어 엘론 머스크의 테슬라(Tesla)가 사업을 확장하면서 가장 대표적인 전기자동차 생산 브랜드로 대두됐다. 리튬이온 배터리로 전기 모터를 구동하기 때문에 배터리의 성능이 성패를 가르는 핵심 요소다. 전기가 모든 것을 대체하기 때문에 친환경적인 자동차로 떠올랐다. 부품 수가 적어 시스템 단순화가 가능하므로 고장 위험 범위를 줄일 수 있고, 사고 시 폭발 위험성이 적고 다양한 에너지원을 이용할 수 있다. 고가의 전지가 필요하고, 자동차보다 전지의 수명이 짧아 전지를 교환해야 한다. 차량 가격이 비싸며, 인프라가 부족하다.
하이브리드 전기자동차
하이브리드 전기자동차(HEV)는 휘발유 엔진 등의 내연기관과 전기 모터를 동시에 갖춘 자동차이다. 일정 속도 이상으로 달릴 때만 내연기관과 모터가 함께 움직이고 그 이하로는 전기 모터로 달린다. 모터 출력이나 배터리 용량이 전지식 전기자동차에 비해 상대적으로 작고, 차량이 주행하며 생기는 전기 에너지를 활용하는 편이다. 모터가 주행의 일부분을 꾸준히 담당하므로 배기량과 출력이 작은 엔진을 사용할 수 있어서 연비가 좋고 오염물질 배출도 작다.[2] 별도의 외부 충전 없이 1997년 출시되며 전 세계적인 성공을 거둔 토요타자동차㈜의 프리우스가 대표적인 하이브리드 전기자동차 모델이며, 현재 하이브리드 모델과 휘발유 모델을 병행 출시하는 기업이 늘고 있다.
플러그인 하이브리드 전기자동차
플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)는 기존 하이브리드 전기차에 전지식 전기자동차의 특징인 전기 배터리를 내장하며 진화한 형태다. 내연기관을 그대로 활용하는 동시에 전기자동차적인 요소를 함께 갖추었기 때문에, 보통의 내연기관 자동차보다 연비도 좋고 친환경적이다. 배터리를 완충하고 가득 주유한 상태에서는 전기자동차 상태로 달리다가 전기가 떨어지면 하이브리드 상태로 주행할 수 있다.[2] 세계적인 환경 규제 강화 추세에 맞춰 시장이 급속도로 커지고 있다. 기존 자동차 디자인을 크게 변형하지 않은 양산형 모델이 나오면서 긍정적인 소비자 반응을 얻고 있으며, 또 한편 아우디(Audi AG)의 e-트론이나 BMW의 i8처럼 콘셉트카를 그대로 옮긴 듯한 차량도 존재한다.
수소 연료 전지 전기자동차
수소 연료 전지 전기자동차(FCEV)는 천연가스에서 정제한 수소를 전용 연료 전지 탱크에 저장한 후 공기 중의 산소와 결합해 에너지를 얻는 원리로 움직인다. 몇 분 만에 수소를 완충해 수백 km를 움직이지만, 부산물은 깨끗한 수증기만 나온다. 전지식 전기자동차와는 에너지의 원천 면에서 큰 차이를 보이지만, 전기 에너지로 모터를 움직이기 때문에 전기자동차에 포함되기도 한다. 토요타자동차㈜가 미라이 양산을 시작했다. 내연기관을 사용하는 수소 자동차보다 연료를 절감할 수 있지만, 인프라 정비에 많은 비용이 들고, 수소 탱크 때문에 차량 내부 공간이 좁고 무게는 증가한다. 수소 연료 전지가 고가이며, 화학 반응을 이용하므로 성능 저하를 피하기 위해 몇 년마다 전지를 교환해야 한다.
현황
한국
우리나라는 2014년 12월 환경부와 산업통상자원부가 '전기차 상용화 종합대책'을 발표했다. 전기자동차 보급을 2014년 누적 6,000대에서 2017년에는 4만 5천 대, 2020년까지 누적 20만 대를 목표로 공공 급속 충전시설도 2020년 1,400기까지 늘리는 계획이다. 그리고 소비자 부담 완화를 위한 보조금 지원, 세제 지원, 공공기관의 전기자동차 구매를 확대했다. 2015년 친환경 차량에 플러그인 하이브리드 전기자동차도 포함하며 기업들의 플러그인 하이브리드 전기자동차 모델 출시가 시작됐다.[3]
중국
중국 정부는 2012년까지 전기자동차와 수소자동차의 사용하는 계획을 추진했다. 중국 정부의 이 같은 관심은 세계의 전기자동차 시장을 주도하고 일자리 창출과 수출 향상 및 교외의 오염을 줄이는 데에 있다. 그러나 연구 결과에 따르면 휘발유 자동차에서 전기자동차로 자동차의 사용을 변화시킨다고 해도 이산화탄소 방출량을 19%밖에 줄일 수 없다고 한다. 중국 정부는 전기자동차의 사용을 활성화하기 위해 13개 도시에 전기자동차 기관을 설치하고 베이징과 상하이, 톈진에 충전할 수 있는 충전 시설을 건설하는 계획에 8,800달러의 예산을 지정했다. 중국은 2008년 2,100대의 생산한 전기자동차의 생산량을 2011년까지 500,000대로 늘릴 계획이다.
영국
영국의 총리인 고든 브라운(Gordon Brown)은 2008년 G8에서 영국이 녹색차 혁명의 선두 주자가 될 것이라고 밝혔다. 또한 그 준비로 2009년부터 2010년까지 전기자동차에 대한 연구가 진행될 것이고, 영국 지방 의회는 영국의 첫 번째 녹색 도시가 될 도시로 글래스고(Glasgow)를 선정하였다. 2009년 1월 영국 정부는 전기자동차를 구입하는 사람들에게 2억 5천 파운드의 보조금을 지급할 계획임을 밝혔고 영국의 거대 전기자동차 공장은 전기자동차를 대량 생산할 기술을 승인받았다. 이는 영국 북동쪽에 4,500개의 주요한 전기자동차 생산자의 일자리를 창출할 것으로 예상된다. 2009년 4월에는 영국 정부의 수소자동차 또는 전기자동차 구매자들에 대한 5,000파운드의 지원금이 지원되었지만 대량 판매 시장의 형성에는 역부족이었다. 재무장관인 알리스타이르 달링(Alistair Darling)은 10년 이상된 차들을 회수하는 데에 2,000파운드의 지원금을 책정했다.
미국
미국에서는 1980년대 후반부터 세금 공제를 통해 전기자동차의 사용을 장려했다. 캘리포니아 대기 자원 위원회(CARB)에서 매연을 발생하지 않는다는 이유로 전기자동차를 무공해차량으로 주목했다. 이후 캘리포니아 대기 자원 위원회는 무공해차량 사용량에 대한 진보적인 할당량을 설정했으나, 자동차 제조업체들과 소비자들의 반대로 인해 철회했다. 많은 자동차제조업체의 반발로 캘리포니아 대기 자원 위원회는 요구사항을 완화하였으며, 2003년부터 무공해차량의 의무 판매를 규정, 업체별 자동차 판매 대수에 따라 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 초저공해 가솔린 자동차 등 무공해 차량을 일정 비율 이상 판매를 의무화했다.
일본
일본에서는 미국에서의 배출가스 규제가 계기가 되어, 1970년대 전반과 1990년대 전반 두 차례 전기자동차 개발 붐이 일었다. 그러나 자동차 업계와 섬유업계가 제기한 소송에 연방 정부가 방침을 바꾸자, 일본 대부분의 기업이 전기자동차의 개발을 중지하고 하이브리드 자동차 개발로 전환했다. 후지중공업(Fuji Heavy Industries)과 미쓰비시자동차는 2005년 8월 전기자동차 개발 계획을 발표했다. 2008년에 들어 닛산과 르노(Renault S.A) 연합이 전기자동차로 본격 참여 방침을 표명했고, 토요타자동차㈜도 2010년대 초반에 전기자동차를 출시하기로 발표하는 등 전기자동차가 활성화 조짐을 보였다. 또한 대형 자동차로는 트롤리버스가 도시 교통기관으로 예전부터 실용화되었고, 듀얼 모드 트레일러, 모스톤 하이브리드 트롤리버스, 비접촉 충전식 하이브리드 버스 등도 점차 도입되고 있다.
각주
- ↑ 전기차 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=798601&cid=43121&categoryId=43121
- ↑ 2.0 2.1 2.2 이브이포스트 닥터EV, 〈전기차의 종류에 대해 알아보자〉, 《이브이포스트》, 2018-09-11
- ↑ 〈전기자동차 국내 보급 현황〉, 《삼성SDI》
참고자료
- 전기자동차 위키백과 - https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8
- 전기차 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=932999&cid=43667&categoryId=43667
- 전기자동차 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3579683&cid=58791&categoryId=58791
- 전기 자동차 네이버 지식백과 - https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5741272&cid=60217&categoryId=60217
- 이브이포스트 닥터EV, 〈전기차의 종류에 대해 알아보자〉, 《이브이포스트》, 2018-09-11
같이 보기
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