전 세계가 기후 변화에 대처하기 위해 더 많은 재생 에너지 및 운송 솔루션으로 이동함에 따라 전기 자동차(EV)의 인기가 급증하고 있습니다. EV 이면의 기술이 향상되어 우리 문화의 훨씬 더 큰 부분이 되었습니다. Tesla와 같은 회사는 EV를 일종의 지위 상징으로 만들기까지 했습니다. 그러나 실제로 어떻게 작동하는지 궁금해 한 적이 있습니까?
여기서 우리는 EV가 휘발유 차량과 다른 점과 작동 방식에 대해 간략하게 살펴보겠습니다.
그렇다면 전기 자동차는 어떻게 작동합니까?
사람들이 전기 자동차를 언급할 때 일반적으로 배터리로 구동되는 완전히 전기 자동차에 대해 이야기합니다. 이들은 때때로 배터리 전기 자동차(BEV)라고 불립니다. 그러나 다음을 포함하여 EV로 분류될 수 있는 다른 유형의 차량이 있습니다.
- 하이브리드 차량
- 플러그인 하이브리드 차량
- 연료 전지 전기 자동차(FCEV)
오늘날 도로에서 사용되는 주요 EV 유형은 하이브리드 및 배터리 구동 차량입니다.
EV 배터리 작동 원리
연료 전지로 구동되지 않는 모든 EV는 도로에서 차량에 전력을 공급하는 데 사용되는 에너지를 저장하기 위해 일종의 배터리가 필요합니다. 가장 일반적으로 이러한 배터리는 기본적으로 휴대폰 배터리의 산업용 버전인 리튬 이온으로 만들어집니다.
EV 배터리는 일반적으로 단위로 구성된 셀 스택으로 구성되며 견인 배터리라고 하는 차량 바닥을 따라 큰 은행에 배치됩니다. 배터리 어셈블리는 충전소를 통해 또는 차량을 가정용 전원 소켓에 연결하여 그리드의 전기로 충전됩니다. 배터리로 구동되는 트럭 및 SUV와 같은 대형 차량에는 더 큰 배터리 뱅크가 있습니다.
완전히 충전되면 차량은 다시 충전해야 하기 전에 설정된 범위를 갖게 됩니다. 전기 자동차는 자동차가 움직이지 않을 때 엔진을 끄고 자동차가 제동할 때의 운동 에너지를 사용하여 배터리를 충전하는 것과 같이 배터리 수명을 연장하기 위한 다른 기능으로 제작되었습니다.
연료 전지 차량은 약간 다르게 작동합니다. 배터리 대신 저장된 수소 가스 탱크를 사용하여 수소를 공기 중의 산소와 혼합하여 전기를 생성하는 화학 반응을 생성합니다. 가스가 고갈되면 탱크를 다시 채워야 하므로 EV 배터리를 충전하는 것보다 시간이 덜 걸릴 수 있습니다.
EV 배터리 기술의 발전은 지속적으로 이루어지고 있으며, 이는 EV 디자인의 새로운 반복을 볼 때 EV의 범위가 계속 증가할 것임을 의미합니다. GM은 CES 2021에서 LG와 파트너십을 통해 에너지 밀도가 더 작은 소형 EV 배터리를 생산할 것이라고 발표했습니다.
전기 모터 대 가스 엔진: 차이점은 무엇입니까?
가스로 구동되는 내연 기관은 압축 점화 연료를 사용하여 크랭크축에 연결된 피스톤을 움직여 차량의 바퀴를 돌립니다. 순수 전기 자동차는 동일한 회전 원리를 사용하여 차량을 앞으로 밀지만 동력이 다를 뿐입니다.
피스톤 대신 EV는 전자석을 사용하여 크랭크축을 움직입니다. EV의 전기 모터에는 자석 시스템이 있으며 그 중 일부는 고정되어 있고 일부는 회전합니다. 회전해야 하는 자석의 극성을 지속적으로 전환하여 자석을 회전시킵니다.
어렸을 때 두 개의 자석을 가지고 극에서 극으로 배열하고 함께 밀어 넣으려고 했던 과학 실험을 기억하십니까? 아주 기본적인 수준에서 북쪽에서 북쪽으로 또는 남쪽에서 남쪽으로 향하는 두 개의 자석을 함께 밀려고 할 때 얻는 저항은 EV의 모터를 회전시키고 차량의 바퀴를 회전시키는 것입니다.
그 저항을 생성하기 위해 회전하는 자석은 항상 고정된 자석과 반대 전하를 가져야 합니다. 이는 인버터라는 장치에 의해 달성됩니다. 인버터는 EV 배터리에서 전력을 끌어와 초당 약 60회 회전하는 자석의 극성을 전환합니다. 지속적인 스위칭은 지속적인 자기 저항을 생성하고 모터에 전원을 공급합니다. YouTube 채널 TechVision의 이 비디오에서 이 개념에 대한 훌륭한 시각적 분석을 볼 수 있습니다.
이 설계는 모터가 처음부터 회전하도록 제작되었기 때문에 내연 기관보다 더 효율적입니다. 반면 가스 동력 엔진은 크랭크축을 사용하여 피스톤의 상하 운동을 바퀴를 돌리는 회전 운동으로 변환해야 합니다 . 인버터의 극성 전환 주파수를 조정하면 운전자가 가솔린 엔진에서 얻을 수 있는 것보다 EV의 속도와 토크를 더 세밀하게 제어할 수 있습니다.
EV는 정말 가솔린 차량보다 더 지속 가능한가?
순수 전기 자동차는 화석 연료를 태우지 않기 때문에 배기관에서 유해한 배기 가스를 배출하지 않습니다. 수소 연료 전지 차량에서 운전의 유일한 부산물은 수소와 산소를 혼합하여 얻는 물입니다. 그런 식으로 EV는 휘발유 차량보다 더 지속 가능하고 환경 친화적입니다. 그러나 작동에 필요한 배터리는 장기적으로 지속 가능하도록 신중하게 제작되고 공급되어야 합니다.
전기 자동차가 가솔린 자동차와 경쟁하려면 EV 배터리를 만드는 데 필요한 광물을 더 많이 채굴해야 합니다. 사용 수명이 다한 배터리를 어떻게 처리해야 하는지에 대한 질문도 있습니다. 우려 과학자 연합(Union of Concerned Scientists)은 2021년 2월 EV 배터리에 대한 보고서를 발행하여 이를 달성하기 위해 수행해야 할 작업을 간략하게 설명했습니다. 주요 조치에는 배터리 재활용 프로그램, 강력한 작업장 건강 및 노동 기준, 제조 시 재생 에너지 사용이 포함됩니다.
배터리 제조업체는 배터리 구성에서 보다 쉽게 구할 수 있는 재료로 눈을 돌리고 있습니다. 예를 들어 앞서 언급한 GM 배터리는 배터리당 사용되는 코발트의 양을 줄이기 위해 알루미늄을 설계에 통합하고 있습니다.
EV의 지속 가능성에 대해 자주 언급되는 또 다른 요점은 해당 차량에 전력을 공급하기 위해 전기를 생산하는 공장에서도 온실 가스 배출이 발생한다는 것입니다. 예를 들어, 가스 및 수소 연료 전지 차량 모두 천연 가스를 통해 생산된 전기를 사용할 수 있습니다. 배기 가스는 여전히 휘발유 자동차에서 생산되는 것보다 적지만 풍력 및 태양열과 같은 재생 가능한 전원에 대한 더 많은 투자는 미래에 더 많은 전기 자동차에 전력을 공급하기 위해 전기를 생성하는 영향을 더욱 제한할 수 있습니다.
