전기자동차는 골라 타는 재미가 있다

최근 친환경 제품에 대한 선호, 적은 유지비 등 각종 장점과 함께 전기자동차가 큰 주목을 받고 있습니다. 주요 국가들은 전기자동차 구매 장려 정책을 내놓고 있고, 여러 글로벌 완성차 업체들도 다양한 전기자동차 라인업을 공개했습니다.

내연기관 자동차와 전기자동차의 근본적인 차이점은 에너지원입니다. 기존 자동차는 휘발유나 디젤 등 화석연료에서 발생하는 열에너지를, 전기자동차는 전기에너지를 사용합니다. 다시 말해 내연기관 자동차는 엔진을 통해 열에너지를 운동에너지로 바꾸고, 전기자동차는 모터를 통해 전기에너지를 운동에너지로 바꾸는 것입니다.

엔진은 기계와 기계가 서로 맞물려 들어가면서 4행정 사이클(흡입-압축-연소·팽창-배기)을 거쳐 열에너지를 운동에너지로 전환합니다. 이렇게 발생한 운동에너지를 통해 자동차가 움직이는 것입니다. 이와 달리 전기자동차는 전기를 이용해 모터를 회전하여 바퀴를 굴러가게 하는 구조입니다. 모터 내부의 코일에 전류가 흐르면서 발생하는 자기장과 자석 간에 발생하는 운동에너지를 바로 활용하는 것입니다. 엔진의 4행정 사이클과 달리 2행정이나 1행정의 단순한 사이클로 움직이므로, 내연기관 자동차에 비해 조용하고 반응이 빠릅니다.

전기자동차의 구분 기준은 엔진과 모터의 사용 비중입니다. 구체적으로는 하이브리드 전기자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 순수 전기자동차(EV, Electric Vehicle)로 나눌 수 있습니다. 순수 전기자동차는 100% 전기에너지로만 주행하는 것을 의미하고, 하이브리드 전기자동차와 플러그인 하이브리드 전기자동차는 내연기관에 모터가 혼합된 형태를 말합니다. 모터의 사용 비중은 하이브리드–플러그인 하이브리드–순수 전기자동차 순서로 커집니다.

이는 주동력과 보조동력의 차이에서 비롯합니다. 하이브리드 전기자동차는 주동력원이 화석연료이고 보조동력원이 전기인 반면, 플러그인 하이브리드 전기자동차는 주동력원이 전기이고 보조동력이 화석연료입니다. 다음으로는 각각의 전기자동차가 갖는 특징과 장단점을 살펴보겠습니다.

[전기자동차 종류]

하이브리드 전기자동차(HEV)

‘하이브리드’의 사전적 의미는 ‘혼합물’로, 두 가지 기능이나 역할이 하나로 합쳐진다는 뜻입니다. 하이브리드 전기자동차는 내연기관 자동차에 전기모터와 저용량 배터리를 추가한 형태입니다. 하이브리드 자동차는 시동을 켤 때나 저속으로 주행할 때처럼 작은 힘이 들어갈 때는 모터로 주행하고, 고속으로 주행할 때처럼 큰 힘이 필요할 때는 엔진과 모터를 함께 사용합니다. 모터 출력이나 배터리 용량은 순수 전기자동차에 비해 작으며, 배터리의 경우 엔진이 가동될 때 발전기(Generator)를 통해 충전합니다.

하이브리드 자동차는 모터가 주행의 일부분을 꾸준히 담당하므로 동급 내연기관 자동차에 비해 연비가 좋고 오염물질이 적습니다. 주행 중 충전이 이루어지기 때문에 별도로 충전할 필요도 없습니다. 하지만 내연기관 자동차에 비해 구조가 복잡하고 가격이 비싸며, 내연기관이 작동할 때에는 배기가스가 발생하는 단점이 있습니다. 하이브리드 전기자동차의 배터리는 보조동력으로 사용되는 모터에 전기에너지를 공급하기 때문에, 용량은 작지만 뛰어난 출력과 내구성을 갖추어야 합니다.

[하이브리드 전기자동차의 작동방식]

플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)

플러그인 하이브리드 전기자동차는 하이브리드 전기자동차와 반대로 전기에너지를 주동력원으로, 엔진을 보조동력으로 사용합니다. 일반 주행 시에는 전기모터로 운행하고 고속 주행 또는 장거리 주행 시에만 엔진을 사용하는 것입니다. 하이브리드 전기자동차와의 가장 큰 차이점은 외부 콘센트에 꽂아 충전할 수 있다는 점입니다. 이렇게 충전한 배터리로 주행하다 전기가 모두 소모되면, 내연기관의 엔진을 활용하거나 하이브리드 모드로 주행합니다. 예를 들어 저속 주행이 많은 시내에서는 모터를 주로 사용하고, 충전 시설이 없는 곳에서는 내연기관으로 주행하는 것입니다. 배기가스 배출량은 하이브리드 전기자동차에 비해 적습니다. 플러그인 하이브리드 전기자동차용 배터리는 모터가 주 에너지원으로 사용되기 때문에 에너지 밀도가 높고 용량이 커야 합니다.

[플러그인 하이브리드 전기자동차의 작동방식]

순수 전기자동차(EV)

순수 전기자동차는 엔진 없이 오로지 모터로만 움직입니다. 그 때문에 소리와 진동이 없는 것이 특징입니다. 내연기관이 화석연료를 열에너지로 전환하는 과정에서 나오는 소리와 진동이 사라져 승차감이 큰 폭으로 개선되는 것입니다. 배기가스는 아예 배출되지 않습니다. 엔진이 필요하지 않기 때문에 자동차에 들어가는 부품 수가 줄어 구조가 단순한 것도 장점입니다. 배터리는 에너지 밀도가 아주 높고 용량도 매우 커야 합니다. 급속충전도 중요합니다. 플러그에 꽂아 충전하는 시간이 길어지면 사용자 편의성이 떨어지기 때문입니다.

[순수 전기자동차의 작동방식]