일반적으로 전기자동차는 배터리로만 가는 전기자동차(Battery Electric Vehicle, BEV), 동력원으로는 전지에 저장한 전기만을 사용하고 필요에 따라 충전을 시켜줄 수 있는 조그만 내연기관을 가진 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid EV 또는 PHEV), 그리고 전기 모터나 내연기관을 동시에 사용하는 엔진이 둘 이상인 하이브리드 전기자동차(Hybrid EV 혹은 HEV) 등 크게 3가지로 나눌 수 있다.
NEV (Neighborhood Electric Vehicle) – 저속 전기자동차
저속 전기자동차는 아직은 부족한 배터리의 용량과 비싼 가격에 대응하기 위한 시도로써 차체의 경량화 및 소형화를 통해 소모전력을 줄여 성능을 보완하며 판매가격을 낮추게 된다.
EV (Electric Vehicle)
내연기관 없이 모터와 배터리가 엔진과 화석연료의 역할을 대신하는 자동차를 말한다. 주행 시 오염물질 및 이산화탄소배출량이 없어 무공해차량으로 불리며 이러한 특징들 때문에 HEV, PHEV와 같은 과도기적 혹은 혼합식의 구조는 향후 배터리 기술의 발전에 따라 사라지고 EV화 될 것으로 기대된다.
BEV
순수하게 차량에 탑재된 축전지만을 에너지원으로 사용하므로 배출가스가 전혀 없는 'Zero Emission Vehicle'로 환경규제에 가장 적극적으로 대응할 수 있는 장점을 가진 반면, 축전지 자체의 여러 가지 제약조건으로 인해 발생하는 소비자 관점의 한계들을 극복하기 어려운 단점이 있다. 현재까지는 북미 시장 법규에 대응하기 위한 가장 현실적인 방안으로 고려되고 있으나, 축전지의 획기적인 발전이 없을 경우 장기적으로는 Hybrid 또는 연료 전지 전기자동차 등으로 대체될 것으로 보는 시각이 지배적이다.
PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)
가정이나 충전소에서 쉽게 충전할 수 있는 전기 플러그가 장착되어 있는 하이브리드 자동차를 의미하며. 가정 등에서 충전한 전기로 주행을 하다가 충전된 전기를 소모해 감에 따라 엔진을 동작시켜 추가로 전기에너지를 보충시키는 방식으로, 충전된 전기로 주행하는 구간에서는 EV와 같이 오염물질 및 이산화탄소 배출량이 없으며 엔진을 동작시켜 운행하는 구간에서도 HEV와 같은 높은 연비와 저공해 주행이 가능하다.
현재 출퇴근용 정도의 거리는 전기자동차모드로 주행이 가능하다고 합니다. HEV와 비교하여 상대적으로 큰 배터리 용량이 요구되며, EV의 과도기적 기술로서 상용화가 계획되고 있다.
플러그인 하이브리드(Plug-in HEV, PHEV) 자동차는 화석연료와 전기에너지를 동시에 사용한다는 점에서 일반 HEV와 유사하나, 보다 더 큰 용량의 배터리를 사용하여 전기를 주 동력원으로 사용하며 전력망을 통해 배터리를 충전한다는 점에서 다르다. 현재로서는 최대 40마일까지 재충전 없이 전기만으로 주행이 가능하며 배터리가 다 소모되었을 때에는 화석연료로 주행한다. 일반적인 하이브리드차량에 비해 연비가 50% 정도 향상될 수 있다. 해외에서는 하이브리드차를 플러그인 하이브리드차로 개조하는 사업이 활발하게 진행되고 있다. GM Volt가 대표적인 플러그인 하이브리드 차량으로 올해 출시될 예정이다. 16kWh 리튬이온 배터리를 탑재하여 모터 주행거리가 40마일이며, 가정용 220V로 충전시간은 3시간이다.
HEV (Hybrid Electric Vehicle) 하이브리드 자동차
일반적인 내연기관과 모터 그리고 배터리가 장착되어 화석연료의 에너지와 전기에너지를 사용하여 구동되는 형식의 자동차로서, 기존 내연기관 자동차에 비하여 연비가 높고 공해물질 및 이산화탄소의 배출량이 적은 것이 장점이다.
엔진과 모터 그리고 구동축의 연결방식에 따라 크게 직렬/병렬/직•병렬 방식으로 구분할 수 있으며, 구동축과 전기모터가 직접 연결되어 있는 방식이면 직렬, 구동축에 전기모터와 엔진이 같이 연결되어 있으면 병렬, 그때 그때 전기모터, 엔진, 모터+엔진의 방식으로 구동할 수 있으면 직•병렬 방식으로 분류한다.
BEV에서 가장 큰 문제로 대두되고 있는 일회 충전 당 주행거리 및 충전시간 등을 해결하기 위한 대안으로 Hybrid EV가 고안되었으며, 구동 에너지원으로 내연기관 또는 연료전지 등과 축전지를 복합하여 사용하는 형태이다. 하이브리드 자동차(HEV)는 구동계통 구조에 따라 크게 세 가지로 나뉜다. 엔진으로 발전기를 구동하여 그 전력으로 모터를 돌리는 직렬형 HEV와 엔진을 모터로 어시스트하여 엔진의 부담을 경감시키는 병렬형 HEV, 그리고 직ᐧ병렬 방식의 장점을 흡수한 복합협 HEV. 엔진으로 전기를 만들고 그 전력을 사용하여 모터를 구동하는 것이 직렬식이고 엔진과 모터를 상황에 따라 구동용으로 사용하는 것이 병력 방식이며, 최근에는 양자를 결합한 Combined 형으로 구분되기도 한다.
병렬형 HEV를 기준으로 장점을 설명하면, 가속 또는 등판시엔 모터에서 동력을 보조 받을 수 있기 때문에 동급의 엔진이라도 일반차량에 비해 가속/등판력이 좋으며 감속시엔 버려지는 에너지를 모터가 회생시켜 배터리를 충전하고 자동차가 정지시엔 엔진이 정지할 수 있어 연비 개선 및 이산화탄소 배출 저감효과가 있다.
직렬형인 경우는 엔진에서 발생하는 운동 에너지를 모두 전기에너지로 변화시켜, 이를 충전 및 모터 동력원으로 사용하는 방식으로 주로 버스 등 대형차량에 적용되고 있다. 직렬식은 제어방식 및 구조가 비교적 간단하고 배기가스 배출량을 최소화할 수 있지만 최고출력에 한계가 있고, 에너지 효율이 낮으며, 전기 시스템의 용량이 커 생산비용이 높다는 단점이 있다. 반면 병렬 방식은 전동기의 출력이 비교적 작아도 충분한 목표 성능을 기대할 수 있지만, 시스템의 제어방식 및 구조가 직렬식에 비해 복잡하고, 배기가스 저감 효과 역시 상대적으로 낮다. 한편 복합형은 앞서 두 시스템의 장점들을 모두 활용할 수 있으나, 시스템의 제어가 가장 복잡하며, 동력 분할기구 개발 등이 부가되어야 한다.
하이브리드 자동차의 장점은 전기모터의 작동으로 엔진에 걸리는 부하가 적고 작동조건이 개선되며 엔진의 배기가스가 크게 줄어들어 차량의 사용 가능 기간이 늘어나는 것은 물론 환경오염물질 배출 절감과 도시 소음을 줄이는데 효과가 크다는 점이다. 엄밀히 말하면 하이브리드 자동차는 청정에너지 자동차가 아니지만, 유해배출가스와 연료소모를 최소화 하는 기술인 동시에 다른 대체에너지 기술에 비해 시장으로의 접목이 용이하기 때문에 많은 각광을 받고 있다.
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