전기차 원리 세상에서 제일 쉽게 알아보기(1)
전기차의 구조와 충전방식에 대하여
안녕하세요! 영어 논문 해석하고 정리하는 Summer입니다. 이번 글에서는 전기차에 대한 내용을 풀어볼까 합니다. 전기차 시장이 몇 년 전부터 아주 뜨거운 거 아시죠?
그에 따라 저도 전기차 관련 논문들 몇 개를 읽어봤는데요, 논문 풀이에 앞서 전기차에 대한 지식이 부족한 저를 되돌아보며 전기차의 구조와 원리에 대한 공부를 해보았고, 이를 브런치에 정리하면 좋을 거 같다는 생각이 들었습니다.
혹시나 저처럼 아직 전기차의 구조와 작동방식에 대한 이해가 부족하신 분들, 용어가 헷갈리시는 분들께서 도움을 받으실 수 있을 것 같습니다.
이 전기차 내용은 총 2개의 글로 이뤄질 예정입니다. 첫 번째 글에서는 전기차의 구조와 작동방식 / 전기차 충전 방식에 대해 알아보고, 다음 글에서는 전기차의 배터리인 리튬이온 배터리의 구조와 종류 / 최근 전기차 시장에 대한 이야기를 풀어나가볼까 합니다.
그럼 첫 번째 글 시작해볼까요?
1. 전기차의 구조와 작동방식
2. 전기차 충전 방식 두 가지
1. 전기차의 구조와 작동방식
전기차는 어떻게 구성되어 있을까요? 간단하게 3개만 기억합시다.
OBC/인버터, 배터리판, 모터
인버터/OBC가 외부에서 들어오는 전기를 알맞은 형태로 변환해주어 배터리판에 저장한 뒤, 모터를 돌려 전기차가 돌아가게 됩니다.
참 간단하죠?
물론 이 단계 하나하나를 살펴보면 여러 물리적 개념이 동반되는데요, 오늘 이 글에서는 이까지만 알아보고 더 자세한 개념은 인터넷에 잘 나와있으니깐 찾아보시면 좋을 거 같습니다 : )
여기서 하나하나 간단하게 살펴볼게요.
1 - OBC/인버터
이 두 부품을 알아보기 전에, 부품 이해에 필요한 교류와 직류에 대해 간단하게 알아보도록 할게요.
중.고등학교 과학 수업 시간에 한 번 씩 들어보셨을테지만, 교류와 직류는 전류의 두 가지 형태입니다.
직류(DC)는 전자의 흐름이 한 방향으로 일정하여 극성의 변화가 없는 형태인 반면,
교류(AC) 는 시간에 따라 전압의 크기가 변하여 전자가 흐르는 방향이 왔다갔다하므로 극성이 변하는 전류의 형태입니다.
출처 : 아이네오의 네이버 블로그 교류와 직류의 차이점이 명확해지셨나요? 그럼 이제 설명 들어가보겠습니다.
OBC(On Board Charge)는 외부의 충전기기에서 자동차로 교류 형태로 들어오는 전류를 직류로 바꿔줍니다. 하지만 정작 모터를 돌릴 때에는 교류 형태의 전류가 필요하기 때문에 인버터를 이용해 다시 직류를 교류로 바꿔줘야해요.
다시 원래 형태로 되돌릴 거면 왜 굳이 두 번이나 바꾸는 걸까요?
이는 바로 직류와 교류의 특성 차이 때문인데요, 우리가 가정에 공급 받는 전류는 교류 형태인 반면, 우리가 사용하는 대부분의 전자제품은 직류 형태로 사용되기 때문입니다. 배터리도 마찬가지이고요. 우리가 배터리를 꽂을 때에 +,-극을 구분해서 사용하듯이 배터리는 직류 형태로 전기를 저장합니다.
하지만 전기자동차는 내연기관과 달리 변속기가 없기 때문에 교류의 특성을 이용해 모터의 속도를 조절하기 위해 다시 교류로의 변환이 필요한 것입니다.
이제 OBC(교류->직류)와 인버터(직류->교류)의 역할이 명확히 이해되셨나요? : )
2 - 배터리판
당연히 전기를 충전했으면 저장할 수 있는 배터리 판이 필요하겠죠? 배터리판은 차량의 맨 아래쪽에 위치해있으며 납작한 판 모양입니다. 여기에 작은 배터리 셀들이 여러 개 모아진 모듈이 또 여러 개 배치되어 있습니다. 즉 아래 사진에서 확인하실 수 있듯이 셀<모듈<팩 순서로 규모가 커지는 것이죠. 이렇게 큰 배터리가 아닌 작은 배터리들로 이뤄진 이유는, 바로 냉각에 유리하게 하기 위함입니다.
출처: 현대 성우 저널
3- 모터
말 그대로 모터는 교류 전류를 이용한 전자기 유도 현상을 통해 전기차를 움직입니다.
전자기 유도 현상이란, 자기장의 변화로 인해 전압이 형성되는 현상인데요, 교류 전류가 자기장의 변화를 만들어내 전압을 형성시키고 이 전압으로 모터가 돌아갑니다. 더 자세한 설명은 아래의 유튜브 영상을 참고하시면 도움이 되실 거 같습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=OcYdo3-Tx_o
2. 전기차 충전 방식 두 가지
전기자동차 충전은 크게 두 가지 방식, '급속충전'과 '완속충전'으로 나뉩니다. 급속충전은 80% 충전까지 평균 50분 내외가 소요되는 반면, 완속충전은 평균 7~12시간이 소요됩니다. 전문가들은 전기차를 충전할 때엔 이 급속충전과 완속충전을 균형있게 사용할 것을 추천하는데요, 빨리 충전되면 좋을 거 같은데 왜 완속충전도 사용하라고 하는 걸까요? 그 이유는 바로 ..
급속충전만 이용할 시 배터리의 노화가 가속될 수 있기 때문입니다. 따라서 완속충전이 가능한 환경이라면 배터리의 수명을 위해 완속충전을 추천하며, 급속충전을 자주 사용할 수 밖에 없는 환경일 시 한 달에 한 번은 완속 충전을 권장한다고 합니다.
그렇다면 급속충전과 완속충전은 어떤 차이점이 있는 걸까요? 간단하게 원리를 살펴 보고 갑시다.
앞서 말했듯이, 국가에서 가정으로 공급하는 전류는 교류(AC)형태이지만 우리가 실제로 사용하는 전자제품들은 대체로 직류(DC)를 필요로 합니다. 다만 두 충전 방식 모두 교류를 직류로 바꿔 전기차에 공급한다는 점은 동일한데요, 급속충전은 이 변환을 전기차 외부에서, 완속충전은 전기차 내부의 장치인 OBC(On Board Charger)를 통해 AC/DC 변환이 이뤄집니다.
최근에는 코일을 이용한 무선충전 연구가 활발하게 이뤄지고 있으며, 자율주행 기술과 결합해 운전자가 하차하면 알아서 빈 주차공간으로 이동해 주차와 함께 자동으로 무선충전이 되는 기술도 상용화 준비 중이라고 합니다. 또한 미국 디트로이트에서는 달리기만 해도 충전이 되는 무선충전 도로를 건설 중이며 2023년에 완공될 예정이라고 하는데요, 기술이 어마어마하죠?
이미지 출처 : 엠에스리님의 네이버 블로그이제 위의 그림에서 이해되는 부분이 있죠?
완속 충전기와 급속 충전기의 차이점, OBC와 인버터의 역할이 이해되셨다면 사진을 이해하실 수 있을 겁니다. 그 외에도 고전압 배터리, 저전압 배터리와 컨버터의 역할이 궁금하신 분들은 아래의 유튜브 링크를 참고하시면 도움을 얻으실 수 있을 거 같습니다.
https://www.youtube.com/watch?v=gMTSSNUR7y8&t=187s
이렇게 오늘은 전기차를 구성하는 세 가지의 주요 부품들과 그 역할, 그리고 전기차를 충전하는 서로 다른 두 가지 방식에 대해 알아보았습니다. 부디 이해하는데에 많은 도움이 되셨길 바라며 글을 마무리 하겠습니다.
다음 글에서 전기차 배터리에 대한 이야기와 최근 시장 이야기까지 함께 만나봐요!
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
