토막상식: ①전기자동차의 원리 및 구성품목
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토막상식: ①전기자동차의 원리 및 구성품목
  • 김종율 기자
  • 승인 2019.08.11 11:30
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전기자동차(electric vehicles)는 화석연료를 사용하지 않는다. 대신 충전되는 배터리를 에너지원으로 한다. 전기자동차는 현재 수소자동차와 더불어 대표적인 친화경 자동차로 불린다.

전기자동차 시장에서는 BMW, 다임러, VW, GM, 포드, 토요타, 닛산, 테슬라 등이 메이저 업체로 활동하고 있다. BYD, BAIC, Geely, SAIC 등 중국 업체들도 시장에 적극적으로 참여하고 있다.

이들 중 BYD와 BAIC는 2018년 생산량 기준 세계 1위와, 2위를 차지하기도 했다.

전기자동차 시장에 참여하고 있는 중소업체로는 NIO, Byton. Xpeng(이상 중국), Lucid, Faraday, Future(이상 미국) 등이 있다.

내연기관차와 달리 전기자동차 시장에서는 업체들의 대응 방식이 다르다. 전용플랫폼을 활용한다. VW, BMW, 포드, 닛산, 미쓰비시, 오펠, 테슬라 등이 각자 개발한 전기자동차 전용 플랫폼을 확보하고 있다. 이들 중에서도 VW의 플랫폼이 단연 돋보인다.

VW는 소형 전기자동차 공용 플랫폼인 ‘MQB’를 이용해 배터리 탑재 위치를 개선하고 충전 속도를 높인 ‘MEB(modular electrification toolkit) 플랫폼’을 개발했다. 2020년부터 ‘MEB 플랫폼’을 적용한 전기자동차를 양산한다는 게 VW의 계획이다.

‘MEB 플랫폼’은 배터리팩, 전동기 등의 주요 부품을 표준화하여 규모의 경제를 달성하기 유리하여 효율적으로 전기자동차를 설계·양산할 수 있다. VW은 단일 ‘MEB 플랫폼’을 이용해 ▲‘I.D. Buzz’(마이크로버스) ▲‘I.D. Crozz’(소형 SUV) ▲‘I.D. Concept’(소형 승용) 등 3 종류의 차종을 양산할 예정이다.

전기자동차는 동력발생장치(전동기, 감속기), 에너지저장·관리시스템(배터리, 충전기, 파워일렉트로닉스(인버터, LDC, BMS, 전력공급모듈, 차량탑재형 충전기), 차체·샤시 플랫폼(샤시 플랫폼, 조향·현가장치, 회생제동장치), 공조장치(압축기, 열교환기 등)를 주요 요소로 한다. 각각의 기능은 다음과 같다.

전동기 & 감속기: 배터리 전기에너지를 운동에너지로 변환시킨다. 전동기의 회전수를 줄여 토크를 증대시키는 역할도 한다.

배터리: 외부전원에서 공급받은 전기에너지를 저장·공급하는 역할을 한다.

배터리관리시스템(BMS): 배터리의 성능을 제어하여 전류·전압 모니터링, 전하상태를 파악하는 역할을 한다.

인버터: 고전압 직류전원(DC)을 다양한 주파수와 전압의 교류전원(AC)으로 변환하여 전동기의 토크와 속도를 제어한다.

충전기: 배터리를 충전하는 기기로, 가정용 전원(완속충전, 220V, AC)과 급속충전기(고전압, DC)가 있다.

LDC(Low Voltage DC-DC Converter): 저전압직류변환기로 배터리의 고전압을 각종 전자장비에 적합한 12V의 저전압으로 강압하는 장치이다.

회생제동장치(Regenerative Breaking System): 제동 시 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리를 재충전하는 장치이다.

전동식 압축기: 전기에너지를 에너지원으로 사용하는 공조용 냉매압축기이다.

이차배터리 구성품별 주요 업체들
전기자동차에 사용되는 핵심 부품 중 하나는 이차배터리이다. 전기자동차 가격의 40%~50%에 달한다고 알려질 만큼 이차배터리는 전기자동차 시장의 성장을 좌지우지하고 있다.

배터리 가격이 지금보다 50% 이상 하락해야 전기자동차 시장이 활성화될 수 있다고 업계가 볼멘소리를 하는 건 괜한 투정이 아니다. 업계에서는 그 시기가 3년 이상 걸릴 것으로 보고 있다.

전기자동차용 이차배터리를 생각할 때 우리들이 떠올리는 업체는 삼성SDI·LG화학·SK이노베이션·파나소닉·CATL·BYD 등이다.

LG화학이 GM에 이차배터리를 공급했느니, 파나소닉이 테슬라와 손잡고 이차배터리 시장의 강자로 활동하고 있으니, 중국 시장을 포함시킬 경우 CATL이 글로벌 이차배터리 시장에서 1위를 차지한 업체니 등 이들의 활동을 생각하기 마련이다.

하지만 이차배터리를 구성하는 요소는 다양하다. 앞서 거론한 업체들은 ‘셀’ 업체들이다. 글로벌로 활동하고 있는 대표적인 셀 업체라면 이들 6개 업체를 꼽는다.

셀 외 이차배터리를 구성하는 요소로는 양극재, 음극재, 전해질, 후성, 분리막 등. 이들을 이차배터리의 4대 구성요소라 부른다. 



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