전기차 특징

1. 전기차를 구성하는 요소로는 다음과 같다.

(1)파워트레인

- 전기모터와 인버터, 감속기 등 구동계 시스템이다.

- 전력 효율성을 결정짓는 부품으로 전기차의 구동 효율을 높이면 주행거리가 증가한다.

- 배터리에서 생성된 동력원과 토크(회전력)를 바퀴에 전달한다.

- 모터가 인버터로부터 전력을 받아 회전한다.

- 제동 시 차량 운동에너지를 회생제동을 통해 전기에너지로 변환해 발전기처럼 전력을 충전하는 기능도 수행한다.

- 인버터는 배터리에 직류 형태로 저장된 전기를 교류 전압으로 변환해 모터 구동에 필요한 3상 전원 공급한다.

- 감속기는 내연기관의 변속기와 유사한 기능을 하며 모터의 높은 회전수를 차량 운행에 필요한 적절한 회전수로 조절해 바퀴에 큰 토크의 동력을 전달한다.

 

1) 전기모터(구동모터)

- 전기에너지를 운동에너지로 변환시켜 바퀴를 회전시킨다.

- 회생제동 시스템 기능( 스티어링 휠 패들 시프트를 통해 감속과 회생제동 수준을 단계별로 조절하여 효율 개선)

 

2) 감속기

- 모터 특성에 따라 동력을 바퀴에 효율적으로 전달.

- 모터 회전수를 감속하여 큰 토크 발생.

 

3) 통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)

- 차량 내 전력을 제어하는 장치를 통합 제어하여 효율성 증가.

- 인버터, LDC, VCU 구성.

 

가. 인버터(Inverter)

- 배터리 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터 속도 제어하는 등, 감속/가속 기능.

 

나. LDC(Low voltage DC-DC Converter)

- 배터리 고전압을 저전압(12V)으로 변환시켜 전장 시스템에 전력 공급 장치.

 

다. VCU(Vehicle Control Unit)

- 차량 내 전력 제어기 통합 제어 담당.

- 모터 제어, 회생제동 제어, 공조 부하 제어, 전장 부하 전원공급 제어 등 통합 자동제어.

 

4) 관련 회사

가. 비테스코 테크놀로지스

-첨단 구동 기술·e-모빌리티 솔루션 기업

- 최근 고도화된 통합 전동화 구동시스템인 ‘EMR4’를 출시하였다.

- EMR4는 모듈화와 확장성·표준화를 달성하면서, 출력 범위는 80~230㎾까지 증가시켰다.

- EMR3등 이전 모델 대비 크기와 무게도 줄여 경량화와 설계 공간 확보에도 성공했다.

-EMR4의 경우 기술력과 전문성을 집약해 통합형 전동화 플랫폼으로 설계했다.

- 출력 범위 증가 외 에너지 효율 등도 확장돼, 현재 전기차 시장에서 요구하는 높은 효율을 충족하는 모델이 될 것으로 기대하였다.

 

5) 개발동향

- 차량 동적 성능, 에너지 고효율화, 경량화, 일체화

- NVH 성능(정숙성)

- 전기강판, 코일, 파워모듈 등 소재 개발

- 모터, 감속기 등 고효율화.

 

(2) 배터리

- 전기에너지를 저장하는 부품이다.

- 전기를 저장하는 부품으로 용량과 밀도에 따라 최대 주행거리가 달라진다.

- 이론적으로 전기차 주행거리를 높이고 무게를 낮추기 위해선 배터리의 에너지 밀도가 높아야 한다.

- 밀도가 높을수록 같은 무게에 저장할 수 있는 전기 용량이 더 커진다.

- 배터리 소재로 최근 주목받는 것은 ‘실리콘 음극재’다.

- 음극재는 양극재에서 발생한 리튬이온을 받아 저장했다가 방출하면서 전기를 발생시키는 역할을 한다.

- 실리콘 음극재는 가볍고 부피가 작다.

- 기존 ‘흑연 음극재’보다 충전시간을 줄이면서, 에너지 밀도는 향상시킬 수 있어 배터리 업계에서는 실리콘 음극재에 큰 관심을 쏟고 있다.

 

1) 배터리 수명

- 배터리 전력 100% 사용후 충전 시 1000회

- 배터리 전력 50% 사용 후 충전 시 5000회

- 배터리 전력 20%사용후 충전 시 8000회

 

2) 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)

- 수십개에서 수천 개 배터리 셀의 충전, 방전 상태를 감시 제어하여 배터리 내구성과 성능이 최적 컨디션을 유지할 수 있게 해 준다.

- 이상이 감지되는 경우에는 릴레이를 통해 자동으로 배터리 전원 온/오프 시킨다.

- 일체형, 통합전력제어장치(EPCU) 포함형.

 

3) 배터리 히팅시스템

- 배터리는 낮은 온도에서 충전량, 충전속도가 감소된다.

- 동절기 성능저하방지, 주행거리 확보, 충전 효율성 증가시키는 장치이다.

 

4) 온보드차저(On Board Charger, OBC)

- 완속 충전 시, 휴대용 충전기로 가정용 전기 사용시 교류전기를 직류 전기로 변환시키는 장치이다.

- 급속 충전시 직류 전기 이용한다. 

 

5) 배터리 요구 조건

- 가벼워야 한다.

- 에너지 밀도가 커야 한다.

- 출력 밀도가 커야 한다.

- 가격이 저렴해야 한다.

- 전극 재료가 풍부해야 한다.

- 폐전지 회전, 리싸이클 용이해야 한다.

- 경제성이 좋아야 한다.

 

6) 리튬계 전지 종류와 특성

전지 종류	리튬이온	리튬폴리머	리튬금속폴리머
음극	탄소	탄소	리튬
전해질	액체	고분자	고분자
양극	금속산화물	금속산화물	금속산화물
	LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4	LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4	전도성 고분자
평균전압	3.7V	3.7V	2.0V ~ 3.6V
에너지 밀도	높음	높음	아주높음
저온 특성	아주 우수	좋음	나쁨
안정성	나쁨	보통	좋음

 

7) 개발동향

- 차량 배터리에 충전하는 탑재형 완속 충전기와 고전압 배터리에 저장된 직류를 12V 계의 전장 부하에 전력을 공급하는 DC-DC 컨버터를 일체화 구현.

- 난연, 내열소재기술, 교효율 냉각 기술, 패키지 설계 기술, 모니터링 알고리즘 기술.

 

(3) 플랫폼

- 전기차 플랫폼은 파워트레인, 차체, 서스펜션 등 자동차의 핵심 구성 요소를 갖춰 놓은 전용 차대다.

- 플랫폼을 활용해 배터리 용량을 다르게 변경, 적용할 수 있다.

- 동일 플랫폼으로 필요에 따라 다양한 종류의 차량을 제작할 수 있다.

- 현대차 그룹의 E-GMP, 폭스바겐 그룹의 MEB플랫폼 등이 대표적인 전기차 전용 플랫폼이다.
- E-GMP 같은 전기차 전용 플랫폼은 내연기관차 플랫폼과 달리 엔진룸이 없고 배터리가 차체 하단에 배치된 비교적 단순한 형태이다.

- 전용 플랫폼답게 내부 구조를 전기차 특성에 맞게 개발해 최적의 부품 설계와 무게 밸런싱 최적화한다.

 

가. 관련업체

완성차	플랫폼	적용차량
기아, 현대	E-GMP	IONIQ5, EV6, GV60
폭스바겐	MEB, PPE, SSP	MEB : ID.3, ID.4 PPE : A6 E-TRON SSP : 26년 신차
GM	BEV2, BEV3	BEV 2 : 쉐보레 볼트 EV BEV 3 : 얼티엄 배터리, 얼티엄 드라이브모터 지원 예정
STELLANTIS	STLA SMALL STLA MEDIUM : 세단, SUV 프리미엄 모델, 1회 충전 주행거리 약 700KM STLA LARGE : 대형 중형 트럭, 1회 충전 주행거리 약 800KM STLA FRAME : 대형 픽업 트럭, 1회 충전 주행거리 약 800KM
벤츠	MEA -> MB.EA : 승용차 AMG.EA : 고성능 전기차 VAN.EA : 밴, 경형 상업용 차량	MEA : EQS

 

2. 전기차 장단점에 대해서 알아보자.

(1) 장점

- 주행 시 소음과 진동이 매우 적다.

- 운행 시 승차감이 좋다.

- 차량 공간활용성이 크다.

- 구동모터를 발전기로 변환 가능하다. 즉, 내리막길, 주행 중 감속 시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환해 배터리에 저장 가능하다.

- 유해가스 배출이 없다.

- 구조가 간단하여 고장률이 적어 정비비용이 적게 든다.

 

(2) 단점

 - 전기차는 내연기관차 대비 무겁다.

- 모터를 사용하는 특성상 동력 전달 구조도 처음부터 최대 토크(회전력)에 도달하는 등 차이점이 많다.

- 파워트레인, 배터리, 플랫폼의 경량화·집적화에 따라 중량·설계 등이 달라져 주행거리에 영향을 받는다.

- 현재, 대부분 전기차는 1회 충전 최대 주행거리가 아직 400㎞ 내외이다.

- 날씨가 추운 겨울에는 배터리 성능이 제원보다 떨어진다.

- 최고속도와 가속력이 작다.

 

3. 전기차 트렌드에 대해서 알아보자.

- 파워트레인과 배터리의 효율성 향상

- 플랫폼의 설계 범용성 확장

-주행거리와 충전시간 개선

 

4. 주요 완성차 제조사별 전기차 생산 계획 및 준비 현황에 대해서 알아보자.

완성차	생산계획
지엠	- 25년까지 350억불 투자 - 전기차 30여종 출시 - LGES과 합작회사 설립 - 배터리 공장 건설 추진
테슬라	- 통합운영체제 OS - 통합제어 구조 AP - 완전자율주행(FSD), OTA 등 소프트웨어 기반 전기차 - 30년 전기차 2,000만대 판매 계획
리비안	- 100% 전기차 생산 전문 업체 - 지속적인 생산 능력 확대 통해 연간 15만대 생산 계획
폭스바겐	- 26년까지 전기차 플랫폼 통합 - 전기차 판매 비중 30년 50%, 40년 100% 달성 계획 - 30년까지 배터리셀 공장 6곳 구축 계획
벤츠	- 30년 전체 차종 전동화 목표 - 전고체 전지 개발, 완전자율 주행 실현 추진 - 30년까지 전기차에 €40B 투자 계획
닛산	- 30년 북미 판매 중 전기차 40% 비중 목표 - 30년대 초반까지 100% 전기차 전환 목표
포드	- 30년 전세계 판매량 중 40% 전기차 달성 목표 - 30년까지 전기차에 $30B 투자 계획
볼보	- 30년까지 100% 전기
BMW	- 30년까지 전세계 판매량 중 전기차 비중 50% 달성 계획
현대	- 30년 전세계 전기차 323만대 판매 목표 - LGES와 배터리 공장 합작사, 반도체 조직 신설 등 내재화 역량 강화 추진 - 27년 Lv.4 자율주행 출시 목표