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전기자동차 역사와 개요

 

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전기자동차의 역사
 

 

가솔린 기관이 자동차의 원동기로 지위를 확정 하기전에는 증기기관과 전기모터가 많이 보급되고 있었다.
1939년에 R.데이비드슨이라는 스코틀랜드사람이 충전할 수 없는 전지로 자동차를 움직였다는 기록이 있으나, 급속히 보급된 것은 1865년 G.플랑테가 축전지를 발명한 후 부터이다.  전기 자동차가 많아 보급된 곳은 미국인데, 그 까닭은 G.B.셀덴이 1895년에 가솔린자동차의 근본에 대한 특허를 얻었기 때문이라 한다.(이 특허는 1911년 포드등에 의해 분쇄되었다).  미국에서는 그 후에도 악취나 연기가 없고 운전과 조작이 쉽다는 이유로 주오 여성용으로서 1920년경까지 제작 되었다.
그후 가솔린기관에 밀려 일단 소멸하였으나, 가솔린차의 배기가스에 의한 대기오염이 문제화된 50년대 말경부터 다시 클로즈업되어, 현재는 세계의 자동차 메이커,전기기기 메이커, 전력회사, 연구소, 대학등에서 연구되고 있다.

 

하이브리드차 (HEV)
 

 

 엔진과 전기모터를 조합시켜 동력원으로 하는 하이브리드차의 개발은 각국에 있어서 오래전부터 착수되어 왔다.  도요타의 "프리우스"는 세계최초의 양산 HEV라고 할 수 있으며, 앞으로 여러 회사에서 시장투입이 잇따를 전망이다.  그러나 HEV라고 하더라도 " 전기자동차의 개발형","내연기관의 발전형"이라는 설계상의 상이점에 의해 시스템은 달라지고 있다.

미국에서는 1991년 통합육상교통효율법에 의한 저공해차 지원책('92년~'97년 6년간 60억불 예상), 1992년 에너지 정책법에 의한 연방에너지성(DOE)의 전기자동차/하이브리드 전기자동차 개발의 조성('93~'97년간 4억불)이 있었고 이것의 연장선상에서 1993년 PNGV(차세대자동차 파트너쉽)프로젝트가 계획되어 연비를 10년동안 3배로 향상시킬 목표를 세웠다.

이 계획에 의하면 2000년까지 컨셉카를 개발하고, 2004년까지 시작차를 개발할 예정이다.  이 안에는 하이브리드 자동차도 대상으로 포함되어 있다.
유럽에서는 EU의 지원을 받은 조직을 중심으로 하이브리드차의 개발 계획이 진행중이다.

[동력원 조합방법으로 분류한 하이브리드 자동차] 

하이브리드자동차 종류

동력원 조합

하이브리드 메리트

하이브리드전기자동차

전기모터 + 엔진

총 주행거리의확대
배터리중량의 경감
에너지 절약 

하이브리드회생자동차

엔진 + 회생시스템
전기모터 + 회생시스템 

에너지 절약
저 배출가스 

하이브리드가스터빈차

가스터빈 + 전기모터

가스터빈의 연료 다양성
열효율과 배출가스 특성 

디젤전기보조식
 하이브리드자동차 

디젤 + 전기모터

고 부하시 다양으로 나오는
 가스억제 

 
[각국의 하이브리드차 개발동향] 

국가

계획

동향내용

일본

정부차원의 계획은 없으나 도입지원 제정책을 실시

디젤.전기식 하이브리드버스
디젤.축전식 하이브리드버스(미쯔비시,닛산)
하이브리드전기마이크로버스(도요타)
하입브리드전기자동차(도요타)
모터쇼에 각사의 전시사례 있음 

미국

PNGV 계획

연비를 '94년 모델대비 '98년 2배, 2004년 3배 계획, 빅3가 DOE와 계약하여 개발중

AFV 계획

DOE가 대체연료차(AFV)프로그램중에 EV,HEV의 연구개발을 실시

선진연구계획청

21세기의 육군을 지원하는 전략기술의 하나로 EV/HEV를 상정, 이것을 지원

캘리포니아

하이브리드 전기자동차를 EZEV(배출가스 제로로 평가된 자동차)로서 인정할 것을 결정했으나(95), 96년7월에 철회함

기타

DOT(운수성)등을 중심으로 도입지원책과 시험주행계획 있음

유럽

하이젬(HYGEM)계획

유럽자동차기업 8사와 연구기관등이 참가하고 있는 범유럽적인 연구조직의 EUCAR에 의한 연구계획의 하나로서 HEV의 동비.지원하는 계획('94년부터 3년간)

웰 계획(VERT)

디젤엔진에 필적하는 소형가스 터빈을 개발(애거타계획), 이것을 사용한 하아브리드승용차를 개발한다(목표 2003~05)

내일의 자동차 계획

2003~05년을 목표로 한 EV/ZEV 개발계획

기업 각사

각사에서 전기자동차,하이브리드 전기자동차를 개발중

기타

프랑스, 스웨덴에서 실증 실험


 

전기자동차 (EV)
 

 

역사적으로 전기자동차는 가솔린차보다 오래된 것이다.  전기자동차는 약 100년의 역사를 갖고 있으나, 당사의 자동차는 전지,모터,콘트롤러,샤시등 구성 부품의 능력이 열약하여 상품으로 성립되지 못하였다.

동시에 EV가 실용화되려면 전지의 발달이 수반되지 않으면 안된다.
미국은 에너지효율과 환경이라는 요인을 동시에 만족시킬 수 있는 EV에 대해 90년대초부터 국가 프로젝트로 설정하여 막대한 자본을 투입 EV의 핵싱인 전지의 개발을 추진하였으며 완료 단계에 있다.

EV는 가솔린자동차에 비해 3~3.5배의 코스트가 소요된다.  그러나 모터의 에너지효율은 90%를 상회한다.  더구나 전력코스트가 낮은 미국의 경우 동일 코스트로 주행거리가 2배가 나온다는것이다.

여기에 설비투자 즉, 만들고,사용하고,폐기하고, 리사이클한다는 제품제작 사이클이라는 면을 포함해 판단한다면 1.5배의 효율이 있다고 할 수 있다.

 

구분

스위스

미국

일본

프랑스

독일

EV의 개인이용대수

1500

-

-

225

1700

EV의 총 보유대수

2050

1900

2600

3000

4400

인구(백만인)

6.6

250

124

124

78

EV보급율(대/백만인)

310.6

7.3

21.3

54.5

56.4


 

연료전기차 (FCV)
 

 

 멀지 않아 엔진대신 자동차의 심장부로 등장하는 것이 연료전지(FC=fuel cell)이다. 연료전지가 탑재된 자동차(FCEV)는 2000년이후 선진국에 있어 본격적으로 시판될 대체에너지와 신동력시스템으로 주행하는 다양한 차종중에서 가장 유망한 차세대 자동차가 될것이다.
연료전지의 기본 구조는 전기분해이다. 물을 전기분해하면 수소와 산소가 생긴다. 이 역 반응을 이용해 수소와 산소의 화학반응으로 전기와 물을 만들어 내는 것이 연료전지의 원리이다.

구조는 배터리와 흡사하나 배터리와 같이 에너지가 소모되는 것이 아니다.
대신에 연료로서 수소를 소비하여향 한다.

현재 연료전지차의 연료로 메탄올이 주로 사용되고 있다. 액체연료인 메탄올에서 수소를 만들어내는 방식이라 배기가스에 대한 염려없이 깨끗하게 사용할 수 있다.
무엇보다도 구조가 비교적 단순하여 낮은 코스트로 완성 될 수 있다는 가능성을 갖고 있다.

메탄올은 현재 천연가스로부터 만들어지지만 장래에는 재생가능한 바이오매스(동물,식물의 자원)로부터의 생산도 연구되고 있다.
차량탑재 시스템(FC 본체와 메탄올개질기,Reformer)는 21세기초에는 자동차 1대당 1,500달러정도가 될 것이라는 예측이다.

세계 처음으로 연료전지가 탑재된 것은 1965년도 우주선 "제미니5호"였다.
수소와 산소의 반응에 의해 우주공간에서 전력과 물을 공급했다. 반응에너지를 전기에너지로 활용하기 위한 기계적 손실이나 열로서 손실되는 에너지가 극히 적어 이상에 가까운 에너지 효율을 얻을 수 있다.

전기와 열을 합해 종합에너지 효율이 80%로 높아(일반화력발전은 40% 임) 본래는 분산형 발전플랜트나 화혁발전소 대체플랜트로 연구 개발되어 왔다.
'80년대 후반부터 이온교환막을 전해질에 사용하는 "고체고분자형"으로 불 리는 타입의 기술개발이 추진, 차량 탑재이용의 가능성이 실현되고 있다.


◆ 자료출처 :  A & D 컨설턴트 "차세대자동차의 실태와 장래전망"
 


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