[한스경제=권선형 기자] 전기자동차는 전기가 이동해 모터를 회전시키고 바퀴를 굴리는 구조다. 전기를 공급하면 모터 내부의 코일에 전류가 흐르면서 발생하는 자기장과 자석 간에 발생하는 운동에너지를 바로 활용하는 구조라 내연기관 자동차보다 좀 더 단순하다. 내연기관 자동차의 엔진의 4행정 사이클과 달리 2행정이나 1행정으로 움직여 조용하고 반응이 빠르다. 사실 전기자동차의 모든 장점은 여기서부터 시작된다고 할 수 있다.

현재 자동차 시장은 내연기관 자동차에서 전기자동차로 넘어가고 있는 과도기적인 시기다. 이에 따라 다양한 전기자동차가 생기고 있다. 구체적으로 분류하면 하이브리드 전기자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV, Plug in Hybrid Electric Vehicle), 순수 전기자동차(EV, Electric Vehicle), 수소연료 전기자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)가 있다.

◆ 엔진과 모터 사용 비중에 따라 나뉘는 전기자동차

전기자동차의 구분은 엔진과 모터의 사용 비중에 따라 나뉜다. 전기를 이용하는 모터의 역할은 하이브리드–플러그인 하이브리드–순수 전기자동차 순서로 커진다. 반대로 가면 내연기관의 엔진 비중이 크다고 할 수 있다.

순수 전기자동차는 100% 전기에너지로만 주행하는 것을 의미하고, 하이브리드 전기자동차와 플러그인 하이브리드 전기자동차는 내연기관에 전기모터가 혼합된 형태다. 이는 주동력과 보조동력의 차이다. 하이브리드 전기자동차는 주동력원이 화석연료이고 보조동력원이 전기인 반면에, 플러그인 하이브리드 전기자동차는 주동력원이 전기이고 보조동력이 화석연료인 것이다.

◆ 하이브리드 전기자동차(HEV)

하이브리드의 사전적 의미는 ‘혼합물’이다. 두 가지 기능이나 역할이 하나로 합쳐짐이라는 뜻도 갖고 있다. 하이브리드 전기자동차는 내연기관 자동차에 전기모터와 저용량 배터리를 추가한 형태로 시동이나 저속주행 등 작은 힘이 들어갈 때는 전기모터로 주행하고 큰 힘이 필요하거나 고속으로 주행할 때는 엔진과 전기모터를 함께 사용한다. 모터 출력이나 배터리 용량은 순수 전기자동차에 비해 작고 충전은 엔진이 가동될 때 발전기(Generator)를 통해 한다.

하이브리드 전기자동차는 전기모터가 주행의 일부분을 꾸준히 담당해 동급 내연기관 자동차에 비해 장점이 많다. 우선 연비가 좋고 오염물질이 적다. 또한 주행 중 충전이 이뤄져 별도로 충전할 필요가 없다. 하지만 내연기관 자동차에 비해 구조가 복잡하고 가격이 비싸며 내연기관이 작동할 때 배기가스가 발생하는 단점이 있다. 업계에서는 순수 전기자동차로 가는 과도기적 모델로 평가하고 있다.

배터리 측면에서 하이브리드 전기자동차의 전기모터는 보조동력으로 사용되므로 그에 맞는 스펙이 필요하다. 용량은 작지만 뛰어난 출력과 내구성을 갖춰야 한다.

◆ 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV)

플러그인 하이브리드 전기자동차는 하이브리드 전기자동차와 반대로 전기에너지가 주동력원이고 엔진은 보조동력으로 작동한다. 주행 시에는 전기모터로 운행하고 고속 주행 또는 장거리 주행 시에는 엔진을 사용하는 것이다.

하이브리드 전기자동차와 가장 큰 차이점은 외부 콘센트에 꽂아 충전할 수 있다는 점이다. 외부에서 전기를 충전한 배터리로 주행하다가 전기가 모두 소모되면 내연기관을 활용하거나 하이브리드 모드로 주행한다.

전기를 외부에서 충전해야 하므로 저속주행이 많은 시내에서는 전기모터를 주로 사용할 수 있고 충전 시설이 없는 곳에서는 내연기관으로 주행할 수 있다. 배기가스 배출량은 하이브리드 전기자동차에 비해 적다. 플러그인 하이브리드 전기자동차용 배터리는 주 에너지원으로 사용되기 때문에 에너지 밀도가 높고 용량이 커야 한다.

◆ 순수 전기자동차(EV)

순수 전기자동차는 엔진 없이 오로지 모터로만 움직인다. 때문에 소리와 진동이 없는 것이 특징이다.

내연기관 자동차가 화석연료를 열에너지로 전환하는 과정에서 나오는 소리와 진동이 사라지기 때문에 승차감이 큰 폭으로 개선된다. 엔진이 없기에 배기가스도 나오지 않고 자동차에 들어가는 부품 수도 줄어 구조가 단순한 것도 장점이다.

순수 전기자동차는 고밀도 대용량 배터리가 필요하다. 플러그에 꽂아 충전하는 시간이 길어지면 사용자 편의성이 떨어지므로 급속충전 기능이 필수 스펙으로 꼽힌다.

◆ 수소연료 전기자동차(FCEV)

수소연료 전기자동차는 아직은 생소한 감이 없지 않다. 국내 자동차 업체가 2013년에 세계 최초로 양산을 시작했으며 2018년 평창 올림픽에서 미래형 모델을 시연해 이목을 끌기도 했다. 당시 서울에서 평창까지 자율주행을 펼쳐 스포트라이트를 받았다.

수소연료 전기자동차는 외부에서 전기를 충전하는 순수 전기자동차와 달리 연료전지에서 배터리를 충전한다. 충전된 수소가 연료전지에서 산소와 결합해 전기를 만들고 이 전기가 모터를 구동하는 원리다. 순수 전기자동차와 마찬가지로 배기가스를 배출하지 않는다. 부산물로는 수소와 산소가 결합하는 과정에서 나오는 물(H2O)이 배출된다.

다만 수소연료 전기자동차는 아직 넘어야 할 산이 많다. 낮은 에너지 효율, 열악한 인프라, 비싼 가격이 허들로 자리 잡고 있다. 하지만 수소에너지가 재생에너지와 더불어 미래 에너지의 한 축을 담당할 거라는 기대가 높은 만큼 수소연료 전기자동차에 대한 기대도 높은 상황이다.

권선형 기자 peter@sporbiz.co.kr