전기자동차

테슬라 모델S

기아자동차 쏘울EV

전기자동차는 내연기관의 도움없이 순수히 전기를 동력원으로 하여 움직이는 차량을 의미한다.

역사

전기자동차의 역사는 의외로 오래되었는데 1830년대부터 전기를 저장하는 배터리가 발명되고 동력기관인 모터도 개발되면서 전기자동차는 자동차 시장에서 주목을 받았다. 가솔린이나 증기자동차와 비교해 배기가스가 없으므로 냄새가 느껴지지 않으며, 내연기관에 비해 진동, 소음이 적고 운전이 간편했기 때문이다.

1912년에는 전기자동차가 그 어떤 방식의 차량보다 많이 팔리며 생산과 판매의 정점을 기록하기도 했다. 그러나 포드의 대중차인 모델 T가 내연기관의 대량 생산 체제를 구축한 데 이어, 미국 텍사스에서 대량의 원유가 발견되면서 상황이 급반전했다. 보다 저렴한 가격으로 많은 수의 자동차를 생산하는 한편 동력원인 석유마저 저렴해지며, 가솔린 자동차는 규모의 경제에 다다르게 된다. 결국 가솔린 자동차보다 2배 이상 비싼 가격에 무거운 배터리 중량과 충전 시간 등의 문제로 전기자동차는 내연기관에 밀려 비주류로 암흑기를 맞이했다.

오랜시간 내연기관에 밀려 외면받던 전기자동차는 21세기 들어 환경오염에 대한 각국의 관심과 규제가 강력해지면서 친환경 자동차라는 타이틀을 내세우면서 다시금 도약을 꿈꾸고있다.

종류

속도에 따른 분류

• 고속 전기차

  60km/h 이상의 속력을 낼 수 있는 전기자동차. 운행에 제한은 없다. 기성업체에서 내놓는 전기차들이 여기에 해당한다.

• 저속 전기차

  60km/h 이상의 속력을 낼 수 없는 전기자동차. 자동차전용도로, 고속도로와 일부 고속화도로 통행이 제한된다. 르노삼성 트위지를 제외하면 대부분 중소기업 제품으로 인지도가 낮아 많이 팔리는 편은 아니나, 우체국 배송차량 도입사업으로 종종 보인다.

차종별 분류

• 이륜차

  이와 관련한 내용은 퍼스널 모빌리티에서 볼 수 있습니다.

  전기자전거, 전기스쿠터 등이 이에 속한다. 아직 “이륜자동차” 조건을 만족하는 전기이륜차는 없으며, 모두 원동기장치자전거로 분류된다. 직구 붐으로 인해 직수입 제품이 많으나 기술표준을 준수했다는 확인을 받지 못한 제품은 공도에 나올 수 없다.

• 승용차

  전기차 보급이 가장 활발한 영역으로 기존 내연기관의 2배 정도의 가격이 매겨지지만 보조금 혜택과 운영비(연료비, 제세금 등) 감소로 인해 환경만 갖춰진다면 가장 경제적인 선택지가 된다. 다만 전기충전 비용이 높아지면 그만큼 혜택이 줄어드는 것과 같고, 배터리 용량의 한계로 기존 내연기관 차량들보다 주행거리가 짧고, 충전시간도 길기 때문에 내연기관 완전 대체까지는 넘어야할 산이 많다.

• 상용차(버스, 트럭)

  출력이 많이 필요하지 않은 1톤 이하 트럭을 중심으로 특장업체 개조모델이 생산된다. 1톤 이하는 도심에서 많이 쓰이기 때문에 국토부에서도 전기 트럭에 한해 영업용 신규 면허를 내주고, 보조금으로 디젤차량보다 저렴하게 가격을 맞추는 등 보급에 힘쓰고 있으나, 업계의 특성상 운행 패턴이 정형화되어 있지 않아 주행거리를 산정하기 어렵다 보니 신통치 않다.

  상용차의 주력인 대형 버스나 트럭은 아무래도 장거리 이동시 배터리 용량문제가 발목을 잡는 경향이 강하지만, 배터리 기술이 발전하면서 속속 상용화되는 추세이다. 전기버스의 경우 노선버스 중심으로 보급되고 있다. 정부에서 대차 보조금이 나오고, 노선버스는 운행형태가 정형화되어 있는 만큼 쉽게 도입견적을 낼 수 있어서 천연가스버스를 잇는 친환경 대중교통으로 지목되어 도입에 박차를 가하고 있다.

• 특수차량

  과거부터 골프카트, 지게차 등이 사유지 운행 목적으로 많이 생산되었다. 단거리라서 항속거리 걱정이 없고, 지게차의 경우 실내 작업을 위해서 산업안전상 부득이하게 전동 방식이 일찍 도입되었다. 전동 지게차는 건설기계에 해당하지 않아 번호판이 발급되지 않으므로 공도에는 못 나온다.

전기 저장방식에 따른 분류

• 급전 기반

  전철처럼 급전을 받지 않으면 움직이지 못하는 차량들로, 트롤리 버스가 이 방식이다. 트롤리 버스는 대부분 가공전차선을 도로위에 가설하여 전기를 공급받는데, 철도와는 다르게 전철주를 설치하기가 까다롭고 도로 상공에 거미줄처럼 전선이 얽히게되어 도시 미관에 악영향을 끼치며, 급전을 위해 집전기가 필수적이며 그로인한 주행속도 제한이나 운행노선의 다변화가 어려운 단점이 지적된다. 이를 타개하기 위하여 배터리를 패키지로 묶어서 특정 지점에서 교환한다거나, 무선충전을 도입하려는 시도가 이뤄지고 있다.

• 배터리 기반

  2024년 기준 상용화된 대다수의 전기자동차는 배터리 기반이다. 전기 충전소와 플러그만 있으면 손쉽게 충전이 가능하기 때문에 인프라 구축이 쉽다는 장점이 있으나 배터리 자체가 가지는 용량과 수명의 한계, 내연기관에 비해 무지막지하게 오래 소요되는 고질적인 충전시간 문제가 단점으로 지목된다. 테슬라의 전기자동차들은 1회 충전으로 400~500 km 정도를 이동할 수 있는 모델을 개발하여 출시하고 있다. 보통 가솔린이나 디젤차량은 승용차 기준으로 1회 주유시 약 500~600 km 수준의 주행거리를 확보한다는 점을 생각하면 내연기관 수준의 주행거리 확보에 상당히 근접한 상황이다.

• 연료전지 기반

  흔히 수소자동차로 불리는 자동차들이다. 기본적인 기술은 개발이 되어있으며 연료 충전 시간이 일반 내연기관 차량과 별반 차이가 없고 항속거리 자체도 내연기관차와 비교해도 별 차이가 나지 않는데다 자동차 자체를 발전기처럼 사용하는 것도 가능하다는 장점이 있으나 수소충전소 인프라 구축 비용 자체가 만만치 않고 여기에 부가적으로 따라붙는 수소 생산, 저장 및 운반 과정의 비용문제, 수소 누출시 폭발같은 안전문제도 지적되어 대중화까지는 갈길이 멀다.

특징

장점

• 친환경

  내연기관은 필연적으로 배기가스가 발생하며, 여기에는 지구온난화의 주범으로 지목받는 이산화탄소, 대기오염의 주범으로 지목받는 탄소산화물, 질소산화물(NoX), 미세먼지 등이 포함된다. 전기자동차는 이러한 배기가스 자체가 발생하지 않으므로 친환경 자동차라는 본연의 목적을 달성할 수 있으며, 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이려는 기조가 강하므로 앞으로도 전기자동차에 대한 각국 정부의 관심과 정책적인 지원이 이뤄질 가능성이 높다. 친환경은 전기차만의 장점이지만 의미가 퇴색될 수도 있다. 화력 발전소에서 생산된 전기가 전기 자동차를 충전하는데 쓰이면 탄소는 여전히 배출되어 친환경이 아니게 된다는 문제점이 있다. 온실 가스가 나오지 않는 발전 수단을 확대하면 탄소 배출 문제는 줄어든다. 전기차로 친환경 효과를 보는데에는 탈원전 정책이 발목을 잡는다는 의견도 있다. 탈원전을 할 경우 원전에서 생산하지 못한 전기는 화력 발전소에서 생산하거나 타국의 전기를 수입해서 사용해야 하는 문제가 발생한다. 전기를 구입하게 되면 전기세가 올라갈 수 밖에 없는데 때문에 전기료 인상을 조절하기 위해서는 화력 발전량을 확대함으로서 부족한 전력을 채우는 것이 더 좋은 선택이다. 이렇게 되면 전기차가 친환경 차인가에 대한 의문이 남는다는 의견이 많다. 물론 원전도 100%로 친환경일 수 없다.

• 동력 효율성

  내연기관의 경우 자연흡기든 과급기 차량이든 운전자가 액셀레이터를 밟는 순간 즉각적으로 속도가 증가하지 않는다. 이는 내연기관이 공기를 흡입하여 연소를 진행하는 특성상 아무리 고성능 차량이라 하더라도 최대출력 발휘까지는 약간의 시간이 필요하기 때문이다. 이와는 다르게 전기자동차는 바퀴에 연결된 모터가 즉각 회전을 시작하는 간결한 구조상 최대출력이 즉시 발휘될 수 있으며, 내연기관에 필수적인 변속기를 거치느라 일정한 동력이 손실되는 상황이 전기자동차에는 일어나지 않는다. 또한 감속시에도 회생제동을 자연스럽게 수행할 수 있다.

• 차량 유지비 감소

  내연기관은 기본적으로 엔진오일, 연료필터, 변속기 오일과 같은 소모품 교환이 필수적이며, 디젤차량은 SCR과 같은 부가적인 배기가스 정화장치가 부착되어 요소수 비용이 추가적으로 발생한다. 또한 동력계통이 복잡하여 정비소요가 많은 편이다. 이와 다르게 전기자동차는 배터리와 모터라는 간단한 구조를 가지고 있으며, 내연기관에게 요구되는 주기적인 오일류 소모품 교체가 발생하지 않는다. 또한 회생제동을 수행하므로 내연기관에 비해 브레이크 마모가 느리게 진행되어 교체주기가 상당히 길어진다는 장점도 가진다. 동력계통 자체가 단순하기 때문에 정비소요가 크게 발생하지 않는다. 전기자동차는 초기 구입비용이 내연기관에 비해 높은 편이나, 이는 각종 세제혜택과 전기자동차 구매 보조금 등으로 어느 정도 상쇄할 수 있고, 연료보충이나 소모품 교체가 내연기관에 비해 월등히 적기때문에 유지비 절약이라는 장점을 자동차 제조사들이 마케팅 포인트로 강조하는 편이다.

• 높은 생산성

  일반 소비자가 아닌 자동차 제조사 입장에서 전기자동차는 내연기관과 비교하여 원가를 절감하여 이윤을 높일 수 있는 매력적인 아이템이기도하다. 내연기관에 필수적인 엔진과 변속기 등 부품이 많이 필요한 동력계가 단순하게 모터로 간단히 해결되며, 연료를 공급하기 위하여 필요한 펌프라던가 필터, 디젤 엔진의 경우 배기가스 정화를 위한 별도의 장치(SCR) 등이 모두 제외되기 때문이다. 전기차는 완성차 업체 자체로는 이윤이 높아지나 반대로 기존 내연기관에 필요한 다양한 부품을 제조하던 업체들은 심하면 폐업을 고려하는 경우도 많다. 또한 부품이 단순화되므로 자동차 생산에 필요한 노동력도 절감되므로 인건비 절약도 가능하나 노조가 버티는 일부 제조사들은 인력 감축을 놓고 심각한 노사갈등이 벌어질 가능성도 높다.

단점

• 충전시간 및 인프라 문제

  가솔린이나 디젤은 바닥부터 넣어도 대략 10분 내외로 주유가 완료되는 반면, 전기자동차는 급속충전을 하더라도 30~40분 이상은 충전이 필요하며, 완속충전은 약 5시간 이상을 요구한다. 전기자동차 구매 고려시 이러한 재충전 시간이 오래 걸린다는 단점이 크게 발목을 잡는 요소이며, 거기에 전기충전소는 주유소만큼 접근성이 높은편도 아니어서 이래저래 실제 운행시 제약이 많은 편. 도심지나 근거리 출퇴근 용도로는 어차피 주차하는 시간동안 충전기를 꽂아놓으면 충전문제는 다소간 해결되지만, 장거리 운행이 잦다거나 사업용 화물자동차 등 충전시간으로 인한 공백은 전기차 선택을 망설이게하는 요인이다.

  배터리 교체나 무선충전 등의 대안을 연구했으나 그리 널리 보급되지 못했다. 충전시간 문제는 지속적으로 배터리 관련 기술이 발전하면 차차 해결될 것으로 보이며, 궁극적으로는 연료전지의 상용화가 가장 좋은 대안이다. 충전 인프라 문제는 전기자동차가 내연기관을 대체할 수준으로 대중화되면 주유소만큼 접근성이 높아질 것으로 보여진다.

• 외부요인에 의한 주행거리 감소

  배터리에 저장할 수 있는 전기의 용량은 제한적이며, 주행중 추가적으로 전기를 소모하는 에어컨이나 히터같은 공조장치 가동시 그만큼 배터리 소모가 증가하여 주행거리가 감소한다는 단점이 존재한다. 내연기관은 공조장치 가동시 출력이 약간 손실되지만 주행거리가 크게 감소하는 것은 아니며, 히터의 경우 엔진에서 발생하는 열기를 활용할 수 있어서 유리한 측면도 존재한다. 또한 배터리 특성상 외부의 기온에 따라 효율이 달라지며 특히 기온이 낮은 겨울철에 배터리 성능 저하로 인한 주행거리 감소가 지목된다.

• 높은 배터리 교체비용

  내연기관 차량들이 정비소요가 많아 유지비가 높다지만, 전기차도 배터리 교체비용이 발생한다. 물론 배터리 수명주기가 길어서 대략 10년 안팍으로 워런티를 제공하는 제조사들이 많아 일반인들 입장에선 크게 와닿지 않을 수 있지만, 사고나 잦은 장거리 운행으로 배터리 수명이 짧아져 교체할 경우 수백만원 이상의 비용이 깨져나간다.

• 화재위험

  전기자동차 보급률이 높아지면서 떠오르는 위험요인이다. 주행중 사고 등 외부충격으로 배터리 손상이 발생하는 경우 외에도 충전 목적 혹은 일상적인 주정차 상황에서도 화재가 발생하는 경우가 많아지고 있다. 특히 대다수 전기자동차에 적용된 리튬 이온 배터리의 화재는 화학적 반응으로 순식간에 800~900℃ 이상의 고온이 발생하며, 화재 진압도 손쉬운 편이 아니다. 일반적인 내연기관 자동차의 화재는 대형사고가 아닌 이상 운전자가 의식을 잃지 않는 상황에서는 화재를 인지하면 충분히 대피할 수 있고, 화재 진압도 엔진룸 등 발화지점에 집중적으로 물이나 소화액을 분사하는게 가능한 반면, 전기자동차는 대부분 배터리셀이 승객석 하부에 넓게 배치되는 형태여서 발화점에 직접 분사하기가 곤란하고, 순식간에 고온으로 화재가 진행되는 특성상 내부의 승객이 화재를 인지하더라도 심각한 화상을 입거나 탈출하지 못하고 사망하는 경우가 내연기관에 비해 높다. 전기자동차 화재에는 전용 덮개를 씌우거나 전용 수조를 설치하고 배터리 셀을 담궈버리는 식으로 대응해야 하는데 이러한 특수 장비를 소방대가 구비해야하며, 일반적인 충전소나 주차장 수준에서는 전용 소화장비를 구비하는것도 비용상의 문제로 보급이 더딘 편이다.

  특히 지하주차장과 같은 밀폐된 공간에서 화재가 발생하는 경우 대형 화재로 번질 가능성이 높다. 특히 대한민국의 경우 도심지 건물들 대다수가 지하주차장 혹은 주차타워 등에 의존하고 있으므로 이러한 공간에서 전기자동차 화재의 위험성에 대한 우려가 높아지고 있다.

관련 문서

• 전기자동차 충전소
• 전기버스