과학기술, 전기자동차 구분 및 구성요소

 최초의 자동차는 1769년 프랑스군의 장교인 니콜라스 죠셉 퀴뇨가 2기통 증기기관 자동차를 개발한 이후 200년이 넘는 기간동안 기술의 발전관 동반하여 발전해 왔다. 외부의 연소를 통해 운동에너지를 만들어 내는 외연기관(증기기관)에서 에너지효율을 증가시킬 수 있는 내연기관으로 발전하게 되었다. 여기서 내연기관이란 가솔린이나 디젤같은 인화성 물질이 밀폐된 공간에서 빠른 속도로 연소하며 밀폐공간 안의 압력을 증가시켜 실린더를 밀어내는 힘으로 구동하는 기관을 말한다.

 

내연기관의 작동원리, 출처 : 환경부

 내연기관은 소모되는 연료 대비 출력을 낼 수 있는 효율이 30%로 매우 낮다. 또한 연소과정에서 발생된 매연들은 환경오염의 주요한 원인이 되고 있다. 최근 들어 환경에 대한 중요도와 지구온난화와 화석연료의 고갈에 의한 수급 불안정 등의 이유로 전기자동차라는 새로운 개념의 자동차가 대두되게 되었다. 전기자동차는 기존의 내연기관 자동차의 구조와 필요 부품들이 다르다. 이번 글에서는 전기자동차의 구성요소와 특징에 대하여 알아보자.

 

 

1) 자동차의 기본구조와 기능

자동차는 기본적으로 기능화 역할에 따라 주요구성 요소를 나눌 수 있다. 대표적으로 차체(Body), 엔진&변속기, 새시부품(현가,구동, 조향, 제동, 연료 등)과 내장, 외장, 전장부품 등으로 구분할 수 있으면 자세한 구성은 아래 그림 같이 표현할 수 있다.  

자동차의 기본구조, KOSME 산업분석 Report – 자동차 - 2019

각각의 구성요소들은 협력 사로부터 개발 생산되어 완성차 기업으로 입고되어 최종 조립이 수행되고 있다. 완성차를 생산하는 기업은 엔진을 제외한 모든 구성요소들은 협력사와 함께 개발하는 방식이 업계에서 택하고 있는 주류의 방법이다. 이런 구조로 인해 자동차부품산업은 Tier N차로 나누어지는 계층구조를 가지고 있다. 이러한 계층구조는 직접적인 부품뿐만 아니라 철강이나 소재산업에도 영향을 주고 있다. 각각의 구성 부품들은 자동차가 안전하게 주행할 수 있도록 만들어 주는 고유의 역할들을 수행하고 있다. 주요 역할에는 현가, 구동, 제동, 조향, 등으로 나눌 수 있다. 구성요소들에 대한 기능과 명칭에 대한 설명은 아래의 표와 같이 정리할 수 있다. 

구분	설명	대표부품
현가	차축과 차체를 연결하여 주행 시 진동/충격을 완화하는 장치	스트러트, 쇽업쇼바. 셔스펜션
구동	동력원의 동력을 구동축으로 달하는 장치	드라이브샤프트, 액슬
제동	자동차를 감속, 정지 또는 주차상태를 유지하는 장치	디스크, 캘리퍼, 파킹브레이크
조향	자동차의 진행 방향을 바꾸기 위한 장치	스티어링 컬럼
연료	엔진에 공기공급 및 연소가스배출	연료탱크 및튜브
흡배기	자동차 실내를 구성하는 장치	에어덕트, 플러

 

2) 전기 자동차의 종류와 기본구조 및 작동원리의 이해 

친환경 자동차의 정의는 화석연료를 사용하는 내연기관자동차 외에 배터리를 동력원으로 하여 전기에너지로 전기모터에 공급하여 구동력을 발생하여 구동하는 자동차를 말한다. 최근 들어 지구온난화 등 환경적인 이슈가 대두됨에 따라 자동차를 생산하는 기업들이 ESG 경영차원에서 적극적으로 추진하고자 하는 부분이다. 친환경 자동차는 전기에너지를 사용하여 구동력을 얻는 수준 즉 전동화 수준에 따라 하이브리드(HEV), 플러그인하이브리드(플러그인 하이브리드(PHEV),배터리전기자(BEV), 연료전지차(FCEV) 4가지 정도로 구분할 수 있다. 4가지 친환경 자동차의 특징은 아래와 같이 설명할 수 있을 것이다.

[HEV: Hybrid Electric Vehicle]

• 내연기관과 엔진출력을 보조하는 전기모터가 함께 적용된 차량 
• 모터구동에 필요한 전기를 외부충전이 아닌 내부발전으로 충당 

[PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle] 

• 내연기관과 엔진출력을 보조하는 전기모터가 함께 적용된 차량 
• 모터구동에 필요한 전기를 배터리를 탑재하여 외부충전으로 충당 

 [BEV: Battery Electric Vehicle] 

• 내연기관엔진 없이 전기모터로만 구동력 발생 
• 배터리를 탑재하여 외부충전으로 에너지를 충당 

[FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle] 

• 내연기관엔진 없이 전기모터로만 구동력 발생 
• 외부의 에너지 공급 없이 연료전지 스텍을 통해 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지발생, 발생된 에너지는 탑재된 배터리에 저장

전기자동차의 구분별 기본 구조와 필요 제원

이번에는 전기자동차의 구분과 기존 구조에 대하여 이야기해 보았습니다. 전기차와 기존의 내연기관 자동차의 가장 큰 차이점은 구동장치가 구동하는 방식일 것이다. 내연기관은 화석연료의 연소를 통해 에너지를 발생하는 반면 전기자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 회전 운동에너지로 변화하여 구동력을 발생시키는 방법이다. 여기서 전기에너지를 회전운동으로 변환하기 위해 전기차만의 구성요소들이 필요하게 되는데 다음 글에서는 전기자동차 핵심부품들에 대한 자세한 이야기를 다루어 보겠다.