전기자동차의 구조와 핵심부품 대학생도 만들수있을만큼 간단하다?

전기자동차는 내연기관 자동차에 비해 구조가 단순하고, 필요 부품이 상대적으로 적으며 핵심부품도 상이합니다. 오늘은 이러한 전기자동차의 기본 구조와 핵심요소 및 부품들에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

전기자동차의 핵심구조

전기자동차는 크게 감속기, 배터리, 구동모터, OBC, EPCU, BMS 6가지 핵심구조로 이루어져 있습니다.

 

• 감속기
• 배터리
• 구동모터
• OBC
• EPCU
• BMS

 

감속기부터 차례로 어떤 역할을 하는지 설명하겠습니다.

 

출처 현대모터 그룹 뉴스룸

감속기 - 상황에 맞는 모터의 회전수 조절

 

감속기는 상황에 따라 모터의 회전수를 줄여주는 역할을 합니다.

 

내연기관 자동차는 변속기였는데? - 변속기와 차이점 

 

내연기관 자동차와 달리 전기자동차의 모터 (전기차의 엔진) 는 기본적으로 회전력이 강해서 오히려 상황에 따라 그 회전력을 감속시켜야합니다. 

 

※ 회전력은 토크란 단어로 표현되기도 합니다.

 

따라서 기존 내연기관 자동차엔 '변속기'라는 용어를 사용했지만 전기차에서는 '감속기' 라는 새로운 장치가 필요합니다.

 

구조적으로 내연기관 자동차는 회전력이 일정하지않고, 여러 개의 기어를 통해 (다단) 회전력을 조절하기 때문에 복잡했습니다.

 

그러나 전기모터의 경우 회전력이 배터리로부터 상대적으로 일정하게 나오고, 감속기 자체가 회전력을 직접적으로 조절할 수 있습니다. 따라서 감속기의 크기도 작고, 구조가 단순합니다.

 

전기모터 - 자동차의 발전기

전기모터는 내연기관 자동차에서 엔진하는 역할을 맡습니다. 배터리를 통해 공급받는 전기에너지를 운동에너지로 전환합니다.

 

전기자동차의 모터의 대표적인 특징은 고효율, 고성능, 고수명, 저소음 4가지로 볼 수 있습니다.

 

그 이유는 전기 모터는 '영구자석'을 사용하기 때문인데요, 자석을 사용하면 회전자 측에 전류가 흐르지 않아 전류의 손실이 발생하지 않게 되고, 방열에 대한 부담이 적어져 고효율, 고성능, 고수명의 모터가 됩니다. 

 

특히 전기자동차는 저소음이 오히려 문제가 되는 경우가 많아 (차량 소리를 인지하지 못하고 사고가 발생하기도 함) 일부러 자연스러운 차량 소음을 스피커로 발생시키기도 합니다.

 

 

 

배터리 - 에너지 공급원

배터리의 경우 LG에너지솔루션을 포함한 대한민국 배터리 기업이 해당 산업에서 세계적인 경쟁력을 갖고 있는 것으로 유명합니다.

 

전기자동차에서 연료탱크의 역할을 합니다. 초기 전기자동차의 경우 크기와 무게에 비해 배터리 효율이 좋지 않아서 전반적인 차량 효율을 떨어뜨렸으나, 최근 점차 배터리 관련 기술이 발전하면서, 배터리의 저장용량이 커지고, 무게는 점차 줄면서 그 효율성이 개선되고 있습니다. 

 

배터리의 구조가 궁금하신 분들은 하단의 링크 참고하세요

▷ 배터리 단위 및 구조

[배터리 단위] 2차 전지 구성 단위 - 셀, 모듈, 팩 쉽게 정리

 

배터리 - 전기자동차의 성능을 결정

 

최근 미국에 상장한 루시드 모터스의 루시드 에어 드림 에디션 레인지 모델의 경우 최대 주행거리가 800km를 넘는데 배터리 기술이 진보하면서 전기자동차의 1회 완충 주행 가능 거리는 점점 더 개선될 것으로 보입니다. 혹시 루시드 모터스 기업이 관심 있으신 분들은 여기를 클릭하시고 관련글 참고해주시면 됩니다.

 

또한 중국의 경우 니오, 지리자동차, 베이징자동차 등이 배터리를 충전하지 않고 교체하는 형식을 지원하는 모델들을 내놓고 있다고 합니다.

 

OBC (On Board Charger) : 외부 전류 > 내부 전류로 변환

온보드 차저는 배터리의 충전에 필요한 장치로 외부 AC (교류) 전원을 DC(직류) 전원으로 변환하는 장치입니다. 배터리 저장은 DC 방식으로 이루어지기 때문에 에너지 저장을 위한 충전기로 생각하시면 될 거 같습니다. 

 

 외부 충전소 : 교류 / 배터리 : 직류 / 차량 내부 장치 : 교류

 

대체로 일반 가정 전원의 공급을 위한 완속충전기와의 연결에 사용되는데, 테슬라 슈퍼차지와 같은 DC 콤보 급속충전기들은 직류 방식으로 전기를 공급하기 때문에 OBC가 사용되지 않습니다.

 

 

 

EPCU (Electric Power Control Unit) : 전기자동차 내부 전력 관리

EPCU(통합 전력제어장치)에는 인버터, LDC (Low Voltage DC-DC converter), VCU (Vehicle Control Unit)로 구성되어 전기자동차의 전반적인 전력 시스템을 제어하는 역할을 합니다.

 

• 인버터 : 전기모터에 전원 공급을 위해 배터리에 저장된 DC 전류를 다시 AC 전류로 변환하는 장치, 변환된 전류의 주파수와 전압을 세밀하게 조정하여 모터에 공급합니다. 
• LDC : DC-DC 컨버터라고 불리기도 하는 LDC는 차량 내 다양한 공간에서 쓰이는 제품 및 장치들을 위해 고전압을 저전압(12V)으로 변환합니다.
• VCU : 차 내부의 전반적인 전력을 제어하는 컨트롤 타워 역할을 합니다.

 

BMS (Battery Management System) : 전반적인 배터리 케어

 

BMS라고 불리는 배터리 관리시스템은 차량의 상황에 따라 배터리의 성능을 최적화하고 제어하는 장치입니다.

• 배터리 온도, 방전여부, 충전상태, 주행가능거리 등의 정보 제공
• (비상상황에서) 배터리 분리
• 각 주행 상황별 배터리 성능 조절