일반 자동차와 전기자동차(HEV/PHEV/EV)의 구조

[전기차 이야기] #1. 일반 자동차와 전기자동차(HEV/PHEV/EV)의 구조는 무엇이 다를까? 

현대 사회의 필수 에너지원인 석유… 자동차에서는?

다가오는 전기차의 시대

석유는 산업화된 현대 사회에서 필수 에너지원 중 하나가 되었습니다. 석유가 산업혁명 당시 주 에너지원이었던 석탄을 밀어내게 된 데에는 사실 자동차 엔진의 발명도 한몫 했는데요.

하지만 선진국들을 중심으로 화석연료를 사용하는 내연기관(ICE, Internal combustion engine) 자동차에 대한 규제가 빠르게 확산되면서, 질소 산화물 등 유해 물질과 이산화탄소를 배출하지 않는 전기자동차가 미래 자동차의 대안으로 급부상하고 있습니다.

2016년 6월, 유럽 최대 산유국인 노르웨이 정부는 2025년부터 내연기관 자동차 판매를 전면 금지하는 법안에 사실상 합의했습니다. 내연기관 자동차의 판매 금지가 논의된 나라는 인도, 네덜란드 등 일부 국가가 있었지만, 판매 금지에 합의한 국가는 노르웨이가 처음입니다.

세계 각국에서 전기차 수는 지속적으로 늘고 있다.

노르웨이의 이런 행보는 다른 나라에도 영향을 줄 것으로 예상됩니다. 약 2050년 정도면 도로에 보이는 대다수의 자동차가 전기차로 대체될 것으로 예상됩니다.

‘카메라 필름’이 무엇인지 모르는 제 딸처럼, 미래의 아이들은 부모에게 “아빠, 예전에는 자동차에 기름을 넣었다면서요?”라고 물어보는 날이 오겠죠?

일반 자동차와 전기차(HEV, PHEV, EV)는 무엇이 다를까?

그런데 전기차는 내연기관(ICE) 자동차와는 어떤 점이 다를까요? 그리고 전기차는 세부적으로 하이브리드 전기차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV), 순수 전기차(EV)로 구분할 수 있는데, 이들 간의 차이는 무엇일까요?

가장 큰 차이는 자동차를 운행할 때 어떤 에너지원을 이용하는가? 입니다. 이에 대해 이해한다면, 자동차의 각 분류 별 개념과 구조, 장·단점 등을 쉽게 이해할 수 있습니다.

① 내연기관(ICE: Internal Combustion Engine) 자동차

연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관을 내연기관(ICE)이라고 합니다. 쉽게 말해, 내연기관 자동차는 휘발유, 경우, LPG 등을 연료로 사용하는 자동차로 흔히 볼 수 있는 기존 방식의 차량입니다.

이 자동차는 화석연료를 사용하여 연소하기 때문에 질소 산화물과 같은 유해 가스와 미세먼지 등을 지속적으로 발생시키곤 합니다. 이는 각국이 전기차로 패러다임 변화를 추구하게 된 주 원인입니다.

② 하이브리드 전기차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)

하이브리드 전기차는 전기차의 초기 방식입니다. ‘하이브리드’라는 단어의 사전적 의미는 ‘두 가지 기능이나 역할이 하나로 합쳐짐‘입니다. 말 그대로 이용하는 에너지원을 보면, 내연기관(ICE) 자동차가 화석연료만 사용하는 것과 달리, 화석연료와 전기를 함께 사용합니다.

그런데 주된 에너지원은 전기보다는 여전히 화석연료 입니다. 배터리의 전기는 자동차 시동을 켤 때 등 순간적으로 큰 출력이 필요한 경우에 엔진을 돕는 형태로 작동합니다.

하이브리드 전기차(HEV)는 전기와 화석연료를 동시에 사용하기 때문에, 연비가 내연기관(ICE) 자동차에 비해 좋고 공해물질 배출이 상대적으로 적다는 장점이 있습니다. 다만 여전히 전기를 에너지원으로 활용하는 비율이 작기 때문에 배터리 용량도 작습니다.

LG화학 배터리가 탑재된 아반떼 HEV (’09)와 쏘나타 HEV (’10)

재미있는 것은, 하이브리드 전기차(HEV)에 있는 배터리는 우리가 별도로 충전하지는 않는다는 사실입니다. 그럼 어떻게 배터리를 충전할까요? 바로 주행 중 자체 발전기를 통해 전기가 자동으로 충전됩니다.

③ 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)는 하이브리드 전기차(HEV)의 앞에 Plug-in이라는 말이 붙었습니다. 네, 여러분이 가전제품을 사용할 때 쓰는 그 익숙한 ‘플러그’를 생각하시면 됩니다.

물론 가정에서 보던 플러그와는 모양·방식 등이 조금 다릅니다.

하이브리드 전기차(HEV)와 비교해서 전기를 에너지원으로 활용하는 비중이 꽤 높아졌습니다. 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)는 보통 단거리를 갈 때 전기만을 에너지원으로 사용하며, 배터리 용량이 일정 수준 이하일 경우 하이브리드 전기자동차(HEV)와 같이 화석연료를 에너지원으로 사용합니다. 덕분에 더욱 친환경적이며 우수한 연비를 보장합니다.

더 많은 전기를 사용해야 하기 때문에, 당연히 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)에는 하이브리드 전기차(HEV)보다 향상된 대용량의 배터리가 탑재됩니다. 이 배터리는 주행 중 자체 발전기를 통해 충전되기도 하지만, 별도의 충전이 필요합니다.

LG화학 배터리가 탑재된 GM 쉐보레 볼트(’10)

④ 순수 전기차(EV: Electric Vehicle)

순수 전기차(EV)는 ‘진정한 의미의 전기차‘로, 내연기관의 꽃인 엔진이 없는 자동차입니다. 

전기만을 사용하여 모터를 작동시켜 움직이기 때문에, 친환경적이며 소음이 거의 없다는 게 장점입니다. 여기에서는 배터리 용량이 곧 주행거리를 의미하기 때문에 고용량·고효율의 배터리가 필요합니다. 현재 일반적인 경우, 1회 충전 시 약 100~300 km의 거리를 운행할 수 있으며, 기술의 발전에 따라 주행거리가 점차 늘어가고 있는 추세입니다.

LG화학 배터리가 탑재된 Renault사 Twizy(’11)

내부 구조를 보면 이렇다. 그렇다면 전기차의 핵심은?

전기차(HEV, PHEV, EV)의 핵심, 배터리 기술

앞에서 말씀 드린 내용을 정리하자면, 현재 자동차 산업의 패러다임은 화석연료만을 사용하던 내연기관(ICE) 자동차에서 점차 전기차로 바뀌어 가고 있고, 전기차는 기술의 발전과 인프라의 보급에 따라 하이브리드 전기차(HEV) → 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV) → 순수 전기차(EV)로 점차 발전하고 있습니다.

그런데 HEV/PHEV/EV 공통적으로 에너지를 보다 많이 저장하고, 효율적으로 사용하는 배터리가 핵심입니다.

중요한 건, 역시 배터리 기술이다.

현재 LG화학은 GM, 포드, 크라이슬러, 아우디, 다임러, 르노, 볼보, 현대기아차, 상하이자동차 등 28개의 글로벌 자동차 업체로부터 82개의 프로젝트를 수주하며, 전 세계로부터 배터리 기술력을 인정받고 있습니다. 최근에는 전기차 제조업체 패러데이퓨처(Faraday Future) 社와 배터리 공급 계약을 체결하기도 했습니다.

LG화학의 배터리가 탑재된 전기차들이 점점 더 많이 세계 곳곳을 힘차게 누비게 되겠죠? 그 날을 기대해봅니다. :)