미래 먹거리는 친환경 자동차

미래 먹거리는 친환경 자동차
하이브리드차·플러그인하이브리드차·전기차·수소차

 

사진. 기아자동차 전기차 '쏘울EV'

 

현대차그룹은 지난 달 중순 친환경차 전용 모델인 ‘아이오닉’ 하이브리드차를 출시했다. 현대차그룹의 야심작인 아이오닉은 토요타의 프리우스를 능가하는 세계 최고의 연비를 자랑함으로써 대중의 관심을 한 몸에 받고 있다. 이처럼 최근 미래 먹거리 산업인 친환경차 시장을 위한 업계의 발걸음이 바빠지고 있다.
이에 본지는 환경부 자료를 바탕으로 친환경 자동차(하이브리드차, 플러그인하이브리드차, 전기차, 수소차)의 종류와 특징 및 세계 친환경 자동차 시장을 정리해 보았다.

 

Ⅰ. 친환경 자동차란?

 

1. 하이브리드차 (Hybrid Electric Vehicle)

하이브리드차는 엔진과 모터동력을 조합하여 구동하는 자동차로 출발과 저속 주행시에는 엔진 가동 없이 모터동력만으로 주행하는 점이 특징이다. 또한 배터리 충전은 ‘회생 제동’이라는 방식으로 이루어지는데, 그 원리는 감속시 브레이크를 밟으면 모터가 발전기로 전환되어 전기를 생성하고 배터리에 충전하는 방식이다. 이 때문에 연비가 기존의 내연기관차보다 40% 이상 높고 배기가스는 저감된다. 뿐만 아니라 엔진 출력에 모터출력이 추가되어 큰 구동력이 필요한 오르막길 등에서도 가속성능이 좋고 정숙한 승차감을 갖는 장점이 있다.

 

● 하이브리드차 작동원리

연료 소모는 최소화하면서 주행 성능은 극대화하기 위해 출발과 저속주행, 가속주행, 고속주행, 감속주행, 정지 등 5가지 주행 형태별로 모터주행과 엔진주행을 적절히 조합한 주행모드로 주행한다.
- 엔진에 모터의 동력을 더해 큰 힘으로 구동
- 차량 감속시 회생제동으로 충전하였다가 출발, 저속주행시 모터 동력만으로 주행하기 때문에 가솔린차 대비 연비 40% 이상 좋음

* 인버터(Inverter): 전기모터에서 생산된 교류를 직류로 변환시켜 배터리에 저장하고, 전기모터를 구동할 때는 역(易)으로 배터리에 저장된 직류를 교류로 변환시켜 전기모터에 공급하는 장치

 

사진. 기아자동차 하이브리드 SUV '니로'

 

사진. 한국토요타자동차 '프리우스' 하이브리드

 

2. 플러그인하이브리드차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

플러그인하이브리드차는 엔진과 모터동력을 조합하여 차량을 구동하는 면에서 하이브리드차와 동일하다. 단, 플러그인하이브리드차는 차량 추진 에너지를 공급하기 위해서 외부 전원으로부터 에너지를 끌어와서 저장하는 방식이다. 하이브리드차는 자체 엔진과 발전기에서 생산한 전기만을 저장하여 활용한다는 점에서 다르다.

 

● 플러그인하이브리드차 작동원리

배터리를 가득 충전한 후 출발하면 처음 40㎞ 전후까지 배터리 전원의 힘만으로 가는 전기차모드로 주행하고, 그 이후는 배터리 충전량을 일정 수준으로 유지하면서 하이브리드 모드로 주행한다.
- 전기차 모드와 하이브리드차 모드로 주행이 가능하여 전기차의 짧은 주행 거리를 극복
- 출퇴근거리(30~40㎞)를 연료 소모없이 전기차 모드로만 주행 가능
- 전기차 모드의 주행기능 강화로 하이브리드차 대비 배출가스 40~50% 저감

● 플러그인하이브리드 충전시스템

플러그인하이브리드차는 완속충전 인렛을 적용하고 있으며, 완속충전기 전용 충전케이블과 비상용 충전케이블을 제공하고 있다.

 

 

● 가정용 충전케이블 사용 주의사항

- 과전류 방지를 위해 가정의 콘센트와 전력용량 점검 필요
- 전기료 과다 발생(누진세)을 피하기 위해 전기차 요금제를 받는 별도 전력설비를 마련하거나 별도 충전 서비스 이용 필요
- 공동주택이나 타인 소유 건물에서 사용할 경우 도전(盜電)의 위험이 있으므로 사전 협의 후 사용 필요

 

사진. BMW코리아 플러그인하이브리드 'X5 xDrive 40e'

 

3. 전기차(Electric Vehicle)

고전압 배터리에서 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로, 화석연료를 전혀 사용하지 않는 완전 무공해 차량이다.

 

- 내연기관차와 달리 엔진이 없어 배터리와 모터만으로 차량 구동
- 엔진이 없으므로 배출가스와 온실가스를 전혀 배출하지 않음
- 충전용량이 적을 경우 배터리 주행거리에 제한이 있음

 

● 전기차 시스템

· 충전시간
완속 충전시간(100%): 4시간 20분(6.6㎾)
급속 충전시간(83%): 24분(100㎾)~33분(50㎾)

 

사진. 한국GM 주행연장전기차(EREV) '쉐보레 볼트 EV'

 

사진. 르노삼성자동차 전기차 'SM3 Z.E.'

 

4. 수소차(Fuel Cell Eletric Vehicle)

수소차는 수소와 공기중의 산소를 직접 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지 자동차로서 물 이외의 배출가스를 발생시키기 않기 때문에 각종 유해 물질이나 온실가스에 의한 환경피해를 해결할 수 있는 친환경적 자동차이다.

 

 

● 수소차 작동원리

수소가 연료전지에 공급되면 전자와 수소이온으로 분리되고 이때 발생한 전자들은 외부 회로로 전달되어 연료전지 자동차의 모터를 구성하는 동력원인 전기에너지로 사용된다.
또한 수소에서 분리된 수소이온들은 전해질 막을 통과해 막 반대편의 연료전지에 공급된 공기 중의 산소와 반응하여 물을 생성하게 된다. 이때 생성된 물은 수소차의 유일한 배출물로서 남은 공기와 함께 대기 중으로 배출된다.

 

● 시스템 구동 원리

수소차는 내연기관차와 달리 엔진이 없으며, 전기차와 달리 전기공급 없이 내부에서 전기를 생산한다.

 

 

수소탱크: 충전소에서 충전한 수소를 고압(700bar)으로 저장
연료전지: 수소와 산소를 화학반응시켜 전기를 생산
배터리: 연료전지에서 생산된 전기를 저장
모터: 배터리에 저장된 전기를 이용하여 자동차 바퀴를 구동

● 연료전지의 구조

수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는 차세대 무공해 에너지이다.

 

수소는 (-)극에서 산화되고 산소는 (+)극에서 환원된다. 이 반응식에서 볼 수 있듯이, 수산화 이온(OH-)의 농도는 변하지 않고, 단지 수소와 산소로 물이 만들어진다. 이것은 수소가 공기 중에서 연소하여 물이 되는 반응과 동일하다.

 

사진. 현대자동차 '아이오닉' 하이브리드 렌더링 이미지(위)와 수소차 '투싼ix Fuel Cell(아래)'

 

Ⅱ. 친환경 자동차의 특징 비교

 

 

Ⅲ. 중장기 추진계획

● 친환경 자동차 시장 패러다임 변화

자동차 시장의 패러다임이 급변하면서 고효율 친환경 자동차 시장이 연평균 11.3% 성장하고 있다. 더불어 전기차를 포함한 친환경 자동차가 내연기관차를 대체해 나가고 있다.
· 친환경 자동차: 1,071(2010년) → 3,132만대(2020년)
· 가솔린차: 5,966(2010년) → 6,605만대(2020년)

 

 

● 친환경 자동차 시장 전망

EU는 환경문제 대응을 위해 EURO-6 배출가스 저감기준을 제시하고 있으며, 미국은 캘리포니아주를 중심으로 ULEV(Ultra Low Emission Vehicle), SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle)을 넘어서 ZEV(Zero Emission Vehicle) 프로젝트를 실행 중이다.
앞으로도 자동차 산업은 빠르게 고연비, 친환경 자동차 중심으로 재편될 것으로 예상되며, 하이브리드차, 전기차, 수소차로 대변되는 친환경 자동차가 큰 비중을 차지하게 될 것으로 전망된다.

 

● 전기차 급속충전시설과 완속충전시설 비교

 

 

 

출처. 환경부 www.me.go.kr

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 미래 먹거리는 친환경 자동차