전기차 내연기관보다 부품수가 적다? 그럼 무게는?

전기차의 부품과 구동원리에 관하여

이제 전체적인 전기차에 의문 대하여 다루었으니 부품에 대해 다루고 전기차의 역사 제작방식 대해 다룰 준비가 되었습니다. 

사실 부품의 특성을 어느 정도 이해해야 전기차의 역사를 다룰 수 있기에 우선 최우선적으론 부품을 다루고 그 이후엔 제작방식으로 접근해 볼 예정입니다 뭐 오늘은 전체적으로 무게와 시스템에 대해 이야기해 보죠

 그럼 시작해 볼까요?

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진짜로 전기차가 더 무거워요?

 많은 사람들이 전기차의 장점으로 '부품 수가 적고 구조가 단순하다'라고 말합니다. 하지만 이 단순함이 과연 모든 면에서 장점인지 생각해 볼 필요가 있습니다. 실제로 부품수는 10%~20%에서 감소되었다는 게 사실이지만 이게 왜 줄어든 건지를 이해하실 필요성이 존재합니다. 그런데도 무게가 늘어난 게 사실이고요 그렇다면 실제로 더 무거울까요? 이걸 먼저 이야기해 보겠습니다.

우선 비슷한 출력인 Tesla Model 3(전기차)와 BMW 3시리즈(내연기관)의 무게를 비교해 보겠습니다.  

BMW 카탈로그 테슬라 사이트 캡쳐

지금 보시고 있는 자료들은 두 차의 카탈로그를 캡처한 것으로 

Tesla Model 3 (전기차): 약 1,800 [kg]

BMW 3시리즈 (내연기관): 약 1,500 [kg]

정도입니다 실제로 가격이 비슷한 모델의 경우 이런 차이가 발생하죠 뭐 이게 직비교가 안된다고  말씀하실 수 있으니 다른 사례를 볼까요?

제가 좋아하는 벤츠 G바겐의 경우에 동일 모델의 전기차와 내연기관차를 비교해 보면,   

G580 위드 EQ 테크놀로지 (전기차 모델): 공차중량 3,085 [kg]

G500 (내연기관 모델): 공차중량 2,585 [kg]

흥미롭죠? 부품은 줄어들었는데 오히려 무게는 늘어 낫습니다. 부품 수가 줄어들고 구조가 단순해졌음에도 불구하고, 왜 전기차가 더 무거울까요?

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전기차의 시스템과 무게 증가 요인

무게증가의 가장 큰 이유는 바로 배터리입니다. 배터리는 전기차의 심장과도 같은 존재로, 많은 무게와 비용을 차지합니다. 

실제 사례를 보자면 현대의 아이오닉 5는 차종마다 다르지만 1800~2000 [kg] 엔데 그중 배터리 팩 무게만 약 450 [kg]에 달합니다. 이는 차량 전체 무게의 약 30%에 해당하며, 심지어 전기차 가격의 40%를 차지합니다. 

배터리는 단순히 무겁기만 한 것이 아니라 냉각과 안전 관리가 반드시 필요해 여러 추가 시스템을 요구합니다. 이 때문에 전기차의 공차중량은 내연기관차보다 더 무겁게 됩니다.

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그렇다면 부품수는 어떨까요?

전기차의 동력구조를 극한까지 단순화하면 아래와 같은 구조로 설명드릴 수 있습니다.

그럼 내연기관 차량은? 다음과 같이 단순화시킬 수 있겠죠

이러한 구조에서 부품수의 차이가 발생합니다. 전기차의 핵심이라 칭하는 PE(Power Electronics) 시스템에 은 인버터, 감속기, 모터를 포함하며, 내연기관의 엔진과 변속기의 역할을 전기적으로 대체합니다.

 인버터는 전력을 제어하고, 감속기는 모터의 회전 속도를 적절히 줄여 차량에 맞는 토크를 제공 이러한 구성 덕분에 차량의 구조는 단순해지는 거죠 뭐 순수하게 엔진과 모터만을 비교해 봐도 엔진이 200개 이상의 부품이 필요한 반면 모터는 10~20개 사이입니다.

한국자동차연구원 국내외 차량 전동화 핵심부품 기술 분석 및 동향 조사

세세하게 비교하면 끝이 없겠지만 괜찮은 보고서가 있더군요 한국자동차 연구원에서 조사한 바에 따르면 부품수가 약 37% 감소하고 전장품의 70%의 대체 가능성을 주장했습니다.

물론 부품이 적어진다는 게 장점은 아닌 게 시스템자체가 단순해질수록 제어난이도나 세부조정의 난이도는 엄청 올라갑니다. 사실 뭐 그런 건 일반 소비자 분들이 신경 써야 할 문제는 아니고요 

문제는 당연한 생각으로 오 부품 주는데 무게도 당연히 줄어야 하는 거 아니야라는 의문을 해결해 보죠

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전기차 배터리? 뭐가 문제야?

인터넷에 유명한 이야기가 있습니다 세계사에 이상한 일 발생했을 때 영국을 찍으면 대다수의 원인이다라는 밈인데요 뭐 혐성국 밈입니다.

전기차도 비슷합니다 전기차에 문제가 발생했을 때 대다수의 원인은 배터리입니다. 가격이 안 떨어지는 이유 불이 나는 이유 냉각시스템부터 수많은 안전시스템이 더필요한 이유가 이놈이죠 까놓고 말해서 이 정도 크기의 배터리를 일반인에게 상용화한 전례가 없었으니 문제가 터져 나오는 건 당연하겠죠

 현재 사용되는 리튬 이온 배터리는 훌륭한 발명품이고 많은 발전을 해왔지만 차량에 사용하기에는 에너지 저장 밀도가 낮아 동일한 주행거리를 위해 더 많은 무게를 필요로 하는 것도 사실입니다.

 또한, 이 배터리란 놈은 높은 온도에서 효율이 저하되고 화재 가능성이 있기에 때문에 지속적인 냉각이 필요합니다. 또 그게 끝이냐? 아니요 사용 리튬이온 배터리는 저온에서는 효율이 급감합니다.

제가 과거기고한 글만 봐도 진짜 문제는 수도 없이 많습니다.

왜 추우면 전기차는 시동이 안 걸릴까?

물론 이런 문제 해결하기 위해, 전기차 회사들은 열 관리 시스템을 최적화를 개발하고 배터리 팩에 액체 냉각 방식부터 아래와 같이 복잡한 설계를 적용하죠

이러한 시스템은 배터리 안정성을 높여 사고를 방지하지만,  문제를 해결하위한 시스템 자체가 다시 차량 무게와 비용을 증가시키는 요소로 작용합니다. 결국 배터리 놈이 문제라는 거죠

물론 전고체 배터리부터 배터리 팩설계까지 다양한 해결 방법이 대두되었지만 그런 복잡성 높은 이야기는 부품파트에서 다뤄보죠

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마치며

전기차의 전체적인 구조와 무게 문제를 이해했다면, 이제부터는 각 부품을 하나씩 분석해 보겠습니다. 모터, 인버터, 감속기, 배터리 관리 시스템 등 각 부품의 역할과 특성, 그리고 기술 발전이 전기차 효율성에 미치는 영향을 다룰 예정입니다.

항상 봐주시는 분들에 감사드리며 라이킷은 글을 쓰는데 큰 도움이 됩니다.