기록일지

가격을 제외한 기능성에 초점을 맞춰 비교한다.

1.환경성
연료전지차든 전기자동차든 소비자에 어필할 수 있는 가장 큰 매력은 환경성, 즉 무공해 자동차라는 부분이다.
전기자동차의 경우, 운행 중 대기오염 물질이 전혀 발생하지 않는다. 연간 약 2.3톤의 아산화탄소를 줄일 수 있어 1대당 소나무 약 450그루를 심는 효과를 얻을 수 있다.(evcis.or.kr 정보)
반면, 수소연료전지차는 물을 배출한다. 수소와 산소가 화학반응을 하면서 물이 생긴다. 토요타는 수소연료전지차가 운행 중 발생하는 물은 우유보다 깨끗하다고 홍보한다. 

2.편리성
소비자가 불편함을 느끼지 않을 만한 '시간'과 '공간'절약의 싸움이다.
충전과정만 따지면 수소연료전지차가 훨씬 편리하다. 충전기를 꼽으면 3~5분만에 수소를 탱크 가득 채울 수 있다. 반면 전기자동차는 대략 3시간 정도 필요하다. 급속충전기를 사용하면 20~30분 만에 80%까지 채울 순 있다.
 편리함을 확보하기 위한 조건 중 하나는 충전 시설이다. 현재는 전기자동차 인프라가 수소연료전지차보다 좀 더 우위에 있다. 전기자동차는 가정용 완속 충전기가 가정에 설치할 수 있다. 그에반해 수소 충전소는 건설에 많은 비용이 들어간다.
주행거리의 경우 수소연료전지차가 전기자동차보다 일반적으로 200km정도 더 달릴 수 있다. 수소연료전지차는 400km이상을 달린다 그에반해 현재 보급된 전기자동차의 경우 200km를 넘는 제품이 거의 없다. 하지만 앞으로 나올 전기자동차의 경우 수소연료전지차와 비슷한 수준의 주행거리를 달릴 수 있다고 홍보하고 있다.

3. 안전성
전기자동차는 안전에 문제가 된 부분이 없다. 외부 충격에 의한 배터리 손상으로 일어난 화재가 있으나 신속히 보안해 해결하고 유럽 신차안전도 평가에서 별 5개를 받아 안전성을 입증받았다(테슬라S)
하지만 수소연료전지차는 이제 시작이다. 수소의 성질때문에 사람들은 위험 물질이라 인식한다. 만든 회사들은 충분한 안전성을 확보했다고하나 사람들의 믿음을 얻기까지는 시간이 좀 걸릴 것으로 보인다.

4. 시장의 동향
전기자동차는 내연 기관 자동차가 갖고있는 환경문제와 비싼 유지비를 해결할 수 있는 근본적 대안 중 하나다. 2013년 판매량이 200만 대를 넘어섰고, 2020년에는 650만대 이상 판매될 것으로 예상된다. 이중 플러그인하이브리드차가 연평균 31.9%, 전기자동차가 31.5%씩 판매량이 증가중이다.
그에 이어 자동차 강국들은 자동차 제조업체들과 협력해 수소연료전지차 개발과 보급에도 본격적으로 가세하고 있다. 2015년 시장규모는 6600억 원을 기록하고 2020년엔 7조원, 그리고 2025년에 30조 원대로 급성장할 전망이다. 
일본은 2016년 가와사키 시에 대형수소연료 공급기지를 건설하고 도쿄 등 주요 거점 도시에 수소충전소 100개를 만들 계획이다. 2025년까지 1,000개, 2030년까지 2천 개의 충전소를 만들어 인프라 구축에 집중한다는 방침이다.
충전소 1개를 짓는 데는 30억 원 정도 든다. 그래서 미국의 경우 수소 산업 본산인 캘리포니아 주의 경우 2023년까지 수소충전소 건설에 매년 2,000만 달러의 예산을 배정해 건설비 85%를 정부가 지원하는 등 수소차 보급촉진 법안을 통과시켰다.
독일은 수소 관련 산업 지원을 전담하는 국가 기구 NOW를 설립해 2023년까지 독일 전역에 400개의 충전소를 설치할 계획이다. NOW는 별도로 2조 원 규모의 자체 예산을 가지고 50개 이상의 수소 충전소 설립 계획을 구상 중이다.
영국은 현대, 벤츠 등 4개 완성차 업체, 8개 수소관련 기업과 공동으로 2015년부터 상용보급을 시작한다는 내용의 수소차 프로젝트(UK H2 Mobility)를 마련했다. 중국 정부도 보조금 계획에 사상 처음으로 수소차를 포함시켰다. 상업용은 대당 50만 위안(8,400만원), 개인용은 대당 20만 위안(3360만원)의 보조금을 지급한다.
우리나라는 2017년까지 수소 충전소에 대한 관련 제도와 인프라를 정비해 2020년 이전에 대중화 기반을 구축한다는 계획을 세워두고 있다.

1) 단순함
내연 기관의 경우 부품 개수는 대략 2~3만 개지만 전기자동차는 8000개 정도로 적다.

2) 전기 모터
초기에는 DC모터를 많이 사용했으나 최근에는 AC모터, BLDC 모터를 많이 사용한다. 특히 모터가 바퀴의 안쪽에 직접 연결되어 구동하는 인-휠 모터는 차체의 골격을 최적화시켜서 장애물과의 충돌 시 탑승자의 안전성을 확보하고, 공간 최적화시켜 실공간을 확보할 수 있다.

3) 모터 제어장치(MCU)
엔진제어유닛(Engine Control Unit) 또는 엔진제어묘듈(Engine Control Modulte)은 엔진의 내부적인 동작을 다양하게 제어하는 전자제어장치다. ECU는 점하 시기, 가변 밸브 타이밍, 터보차저에서 조절하는 부스터 레벨 등을 제어와 기타 주변 장치를 제어하는 데 사용된다.

4) 인버터와 컨버터
인버터란 배터리의 직류 전원을 전기 모터에 사용할 교류 전원으로 변환시키고 정확한 충전을 유지하는 역할을 하는 부분으로 모터의 회전속도 및 토크 조절에 영향을 준다. 교류 모터 사용시 주파수와 전압 및 회전수와 토크를 조절할 인버터는 변환 주파수 1~20kHz, 용량 10~300kVA인 가변전압가변주파수(VVVF)의 인버터가 사용된다.
컨버터는 인버터와 반대로 교류를 직류로 변환하는 장치다. 전기자동차에는 제동회생 시스템이 적용되기에, 속도를 줄일 필요가 생기면 교류모터가 교류 발전기로 변환돼 발전하는 회생제동력을 조정하는 역할을 담당한다.

5) 전기자동차의 충전 시스템
전기자동차 또한 주거 공간 내의 일정 구역의 충전 가능 장소가 다양하게 구비ㄷ하는 것이 운전자들의 체감 안전도나 만족도에 상당히 긍정적인 영향을 미칠 것이 분명하다. 
 한전은 V2G 시스템 개발중이다. 전력피크 시간에 자동차 배터리의 전기를 전력회사가 사용하고 요금이 낮은 시간에 충전시킨다는 개념이다. (얼마나 실용적일지 모르겠다. 배터리 충방전 회전에 따른 배터리 수명 단축을 생각하고 요금을 내줄지 의문이다)

6) 배터리
전기자동차의 배터리는 재충전이 가능한 2차 전지가 이용되며 리튬이온 2차 전지가 대세다. 
배터리 관리 시스템(BMS)을 통해 배터리의 충전, 방전 조절, 전압/전류/온도 감시, 냉각 제어 등을 수행한다. 컴퓨터의 OS와 비슷하게 생각하면 된다.
전기자동차의 가장 중요한 역할을 하는 것이 바로 배터리다. 배터리를 이루는 구조는 셀, 모듈, BMS, 냉각장치 등으로 구성된다. 셀은 양극, 음극, 전해액, 분리막, 덮개로 구성된다. 배터리 팩에는 BMS와 냉각장치가 부착돼 작동한다.
세계적으로 가장 널리 사용되는 리튬이온-인산철 계열 배터리가 화재나 폭발에 민감한 만큼 이를 대체할 새로운 전지의 개발이 활발하다.(테슬라S 배터리팩 폭발 사고, GM, 비야디 등 많다) 미국은 군사용 통신 장비에 공기-아연 전지를 사용 확대중이다. 일본은 토요타를 중심으로 공기-아연 전지 채택 추진 중이다.(현재는 어떤지 조사 필요) 동일 부게의 공기-아연의 경우 리튬이온보다 3배 이상의 주행거리가 확보된다고 설명한다.
모든 화학 전지는 약극과 음극 사이의 물질 이동 통로인 전해질, 그리고 접촉 방지하는 분리막으로 구성된다. 반면 공기-아연 전지는 음극으로 아연금속이, 양극으로 공기 중 산소를 이용한다. 양극재가 공기인만큼 에너지 밀도가 매우 높다. 전지 내부가 음극으로만 구성돼 폭발/인화성이 없다. 또한 공기를 양극재로 해 다른 전지의 절반 이하 가격으로 생산이 가능하다.
하지만 낮은 온도와 습도에 영향을 많이 받고 일정한 공기의 양을 고정적으로 공급해야한다는 단점이 있다. 이 때문에 특수한 탄소층 및 촉매 기술이 핵심이다. 또한 2차 전지화를 실현하기 위해 안정적인 충방전이 지속돼야하나 현재론 어렵다.
다른 대안으로 전고체 배터리에 대한 개발이 이어지고 있다. 전해질이 고체로 구성된 전지다. 안전성과 내구성뿐 아니라 고체 전해질로 휘어지게 할 수 있고 음극 소재로 리튬 메탈, 리튬 합금을 사용할 수 있어 에너지 밀도를 대폭 향상시킬 수 있다. 거기다 복수의 전극을 쌓아 내부에서 고전압 셀 제작이 가능하다.
 차세대 전지 중에서도 전고체 전지가 주목받는 이유는 에너지 밀도 차다. 나트륨 계열 전지는 리튬 이온보다 90% 저렴하다 에너지 밀도가 200~250(WH/kg)이고 마그네슘 전지는 재료가 풍부하고 수명이 길지만 600(Wh/kg)로 낮다. 전고체 전지는 1000~1500(Wh/kg)이다.
 현재 연구/개발된 고체 전해질은 질화 리튬, 리튬 산소산염, 할로겐화 리튬 같은 유도체형 고체 전해질과 리시콘 형, 나시콘 형, 페로브스카이트 형 등이 있다. 하지만 아직 기술력 부족으로 높은 이온 전도도를 갖지 못하고 있다.
현재 전고체 전지는 기존의 리튬이온 전지에 비해 전극, 전해질의 계면 상태가 좋지 않아 전지의 성능 자체는 떨어지고 이온 전도도가 높지 않다는 점과 고용량/고출력을 달성하지 못해 실용화되지 못하고 있다. 불안전한 전기화학적 특성 또한 걸림돌이다. 고체 전해질은 전위창이 약 1.5~5V의 특성을 나타내는데 음의 전위에서 불안전한 전기화학적 특성을 갖는다.
현재까지 연구개발된 전고체 전지는 높은 계면저항으로 인해 전지 자체의 성능이 떨어지는 문제점과 전해질과 전극 종류에 따른 안전성 문제 등 아직 해결할 문제점이 있어 상용화되지 못하고 있다. 이를 해결하면 리튬이온 2차 전지를 대체할 수 있다.
2015년 3월 삼성SDI는 안전성을 끌어올린 전고체 배터리를 개발해 공개했다. 기존보다 얇고 유연한 형태며 외부 충격이 가해져도 폭발하지 않게 안정성을 높였다.

전기자동차는 축전지, 제어장치, 전동기의 세 가지 주요부로 구성된다.
1) 축전지(배터리)
초기 전기 자동차는 납축전지 사용했다. 그러나 1회 충전 당 주행거리가 짧고, 차지하는 중량 및 체적이 크며, 전지 수명이 매우 짧은 것이 단점이다. 현재는 니켈-수소(Ni-MH), 리튬-이온(Li-ion) 전지가 사용된다. 고가지만 에너지 밀도가 높고 수명이 납축전지에 비해 길다.
전기자동차의 전지로 사용되기 위해 요구되는 에너지 밀도는 약 120~160(Wh/kg)이다. 납축전지는 30~40(Wh/kg), 리튬이온 2차 전지는 120~200(Wh/kg)이다. 그러나 리튬이온 2차 전지의 경우 액체 전해질을 사용하기 떄문에 전극이 손상되어 양극과 음극이 맞닿게 되는 경우 폭발 위험이 있고 내구성에 한계가 있어 최근에는 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지로 나트륨-유황 전지가 개발중이다. 나트륨-유황 전지는 이론적으로 에너지 밀도가 최대 760(Wh/kg)로, 높은 에너지 밀도를 갖는다. 리튬-공기 전지와 공기-아연 전지는 기존 리튬이온 2차 전지와 달리 양극 소재로 공기를 사용하는 전지다. 이론적으로 가장 높은 에너지 밀도를 갖고, 양극에서 기체 상태 산소의 산화환원 반응을 이용한다.

2) 전동기
자동차의 구동력에 필요한 출력 특성에 만족해야하고 소형, 경량, 고효율, 신뢰성 및 보수성이 높을 것이 요구된다.
-직류 전동기
직류 전력을 기계적 동력으로 변환시키는 장치다. 즉 브러쉬와 정류자에 의해 토크를 발생하는 모터를 뜻한다.
직류 전동기는 구조가 간단하고 시동토크가 커 가속발진 성능이 양호하며, 간단한 제어장치로 가변속을 할 수 있고 비교적 저렴하다. 더욱이 전지가 직류라 초기의 전기자동차는 이 방식을 채용했다. 그러나 브러쉬 교환과 낮은 효율, 고회전 및 소형에 적합하지 않은 단점이 있다. 
-교류 전동기
전지에서 얻어진 직류전원을 인버터를 통해 교류 전류로 변환시켜 모터를 구동하는 방식이다. 따라서 구동제어장치에 파워반도체를 사용한 복잡한 장치가 되지만, 직류전동기에 비해 소형, 경량이며 효율이좋고 브러쉬가 없어 회전수를 높일 수 있다.
a. 유도 모터 : 로터(회전자)구조가 견고하고 고속화에 따른 소형 경량화에 적합하고, 넓은 출력 범위에서 고효율을 얻을 수 있다. 또한 영구자석 등을 사용하지 않아 가격 면에서 유리하고, 신뢰성이 커서 일의 강도가 높은 곳에 적합하다.
b. 동기 모터 : 영구 자석형 동기모터(Permanet Magmet)하며 현재 전기자동차 모터의 주류를 이루고 있다. 이 모터는 자력이 강한 영구자석을 사용하고, 회전 센서를 설치해 회전자의 회전각과 회전자계를 정확히 동기 시킨 전류를 인버터에 흘려 효율을 높이고 높은 출력을 얻도록 되어 있으며, 소형 경량화에 적합하다. 문제점으로는 고속 경부하시에는 역구자석의 자계를 약하게 하는 여자전류와 영구자석의 자속에 의한 무부하 손실이 발생하기 때문에 효율이 저하된다.

3) 제어장치
자동차 엔진은 넓은 회전수에 대해 일정한 토크 특성을 가지므로 변속기와 클러치를 조합해 저속에서는 저기어비로 발진가속을 하고 고속에서는 고기어비로 고속 주행하도록 되어 있다. 모터는 쉽게 시동, 정지가 가능하므로 고이호전 시나 정지 시에 구동계를 분리시키는 클러치와 같은 메커니즘은 필요없지만 반대로 정지된 자동차를 움직이고 언덕길에서 발진하기 위해서는 등판능력에 따른 시동 토크를 필요로 한다. 또한 모터는 자속 또는 전류의 방향을 변경해 역회전 시킬 수 있지만 후진시 속도를 제어할 제어 기구를 필요로 한다.
 모터 제어는 인버터에 의해 행해진다. 인버터란 직류를 3상 교류로 만들어주는 장치다. 인버터의 가변속 제어 방식에는 가변전압 주파수 제어 방식, 미끄럼 주파수 제어 방식, 벡터 제어 방식 등이 있다.
 교류 모터의 속도 제어에는 유도 모터용과 동기 모터용이 있다. 유도 모터의 경우, 토크를 일정하게 유지하면서 회전 속도를 변화시키기 위해서, 주파수를 변화시키는 동시에 모터에 인가하는 전압을 주파수에 비례하여 증감시키고 있다. 또 동기모터의 회전 속도는 전원의 주파수를 변화시킴으로써 속도 제어가 가능하다. 더욱이 주파수를 회전자의 회전 속도와 일치시키기 위해 피드백 제어를 행하고 있다.

4) 회생 브레이크 시스템
전기자동차는 엑셀 페달의 밟는 양에 따라 모터에 의해 토크(회전력)를 비례적으로 발생시켜 주행하고 있다.
엑셀 페달을 밟지 않을 때에 발생하는 엔진 브레이크의 상당분과 브레이크 페달을 밟을 때에 발생하는 감속 시 에너지를 회생시킬 수 있다. 이 경우 구동 바퀴만 브레이크력이 강하게 작용해 회생 브레이크 에너지가 너무 강하면 차의 안정성에 영향을 준다. 이 때문에 ABS 등을 함께 설치한 회생 브레이크 시스템이 탑재되고 있다.

5)동력전달장치
구동방식에는 FF, FR, RR 등이 있다. 차륜마다 모터를 설치하는 인휠 모터의 경우는 엔진 룸의 공간을 활용할 수 있고, 4륜 조향(4WS)이나 독립구동제어(4WD)도 가능하다.
a. 1축형
고효율, 콤팩트를 목적으로 모터, 감속기(또는 변속기), 차동장치(커브길에서 두 바퀴의 움직이는 거리가 다르게 되는 것을 보완하는 장치)를 동일축상에 일체화한 방식으로 포드의 ETX-2가 최초로 채용하였다. 이 형식은 부품수의 삭감이나 기계 손실의 저감 등의 효과가 크고 자동차에 대한 탑재성 측면에서도 유리하다.
b. 좌우 독립 구동형
2대의 1축형 동력전달장치를 좌우 바퀴에 독립적으로 실치해 2대의 드라이브 유닛으로 좌우 바퀴를 독립적으로 구동하는 방식이다. 모터는 토크 제어로 차동장치 없이 사용할 수 있다. 가장 콤팩트한 형식이다.