친환경 자동차 종류와 작동 원리(전기차, 수소차, 하이브리드, 플러그인하이브리드차)

 

 

1. 전기차(Electric Vehicle)

  고전압 배터리에서 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로, 화석연료를 전혀 사용하지않는 완전 무공해 차량입니다.

 

 

• 내연기관차와 달리 엔진이 없이 배터리와 모터만으로 차량 구동
• 엔진이 없으므로 배출가스와 온실가스를전혀 배출하지 않음
• 충전용량이 적을 경우 배터리 주행거리에 제한이 있음

 

 

 

2. 수소전기차(Fuel Cell Electric Vehicle)

  수소전기차는 수소와 공기중의 산소를 직접 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 이용하는 자동차로서 물 이외의 배출가스를 발생시키지 않기 때문에 각종 유해물질이나 온실가스에 의한 환경피해를 해결할 수 있는 환경친화적 자동차입니다.

 

 

수소전기차 작동원리

수소가 연료전지에 공급되면 전자와 수소이온으로 분리되고 이 때 발생한 전자들은 외부 회로로 전달되어 연료전지 자동차의 모터를 구성하는 동력원인 전기 에너지로 사용됩니다. 또한 수소에서 분리된 수소이온들은 전해질 막을 통과해 막 반대편의 연료전지에 공급된 공기중의 산소와 반응하여 물을 생성하게 됩니다. 이 때 생성된 물은 수소전기차의 유일한 배출물로서 남은 공기와 함께 대기 중으로 배출됩니다.

 

수소전기차 구동원리

수소전기차는 내연기관차와 달리 엔진이 없으며, 전기차와 달리 전기공급 없이 내부에서 전기를 생산합니다.

 

 

• 수소탱크 : 충전소에서 충전한 수소를 고압(700bar)으로 저장
• 연료전지 : 수소와 산소를 화학반응시켜 전기를 생산
• 배 터 리 : 연료전지에서 생산된 전기를 저장
• 모 터 : 배터리에 저장된 전기를 이용하여 자동차 바퀴를 구동

수소전기차 연료전지의 구조

수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는 차세대 무공해에너지입니다.

 

 

 

수소는 (-)극에서 산화되고 산소는 (+)극에서 환원됩니다. 이 반응식에서 볼 수 있듯이, 수산화 이온(OH - )의 농도는 변하지 않고, 단지 수소와 산소로 물이 만들어집니다. 이것은 수소가 공기 중에서 연소하여 물이 되는 반응과 동일합니다.

 

3. 하이브리드차

  하이브리드차는 엔진과 모터동력을 조합하여 구동하는 자동차이다. 출발과 저속주행시에는 엔진 가동 없이 모터동력만으로 주행합니다. 또한 배터리 충전은 ‘회생제동’이라는 방식으로 이루어지는데, 그 원리는 감속시 브레이크를 밟으면 모터가 발전기로 전환되어 전기를 생성하여 배터리에 충전하는 방식입니다. 이 때문에 연비가 기존의 내연기관차 보다 40% 이상 높고 배기가스는 저감됩니다. 또한 엔진출력에 모터출력이 추가되어 큰 구동력이 필요한 오르막길 등에서도 가속성능이 좋고 정숙한 승차감을 갖는 장점이 있습니다.

 

하이브리드차 작동원리

연료 소모는 최소화하면서 주행 성능은 극대화하기 위해 출발과 저속주행, 가속주행, 고속주행, 감속주행, 정지 등 5가지 주행 형태별로 모터주행과 엔진주행을 적절히 조합한 주행모드로 주행합니다.

 

 

• 엔진에 모터의 동력을 더해 큰 힘으로 구동
• 차량 감속시 회생제동으로 충전하였다가 출발, 저속주행시 모터 동력만으로 주행하기 때문에 가솔린차 대비 연비40% 이상 좋음

4. 플러그인하이브리드차

플러그인하이브리드차는 엔진과 모터동력을 조합하여 차량을 구동하는 면에서 하이브리드차와 동일합니다. 하지만 플러그인하이브리드차는 외부 전원을 연결하여 배터리를 충전할 수 있고, 하이브리드차는 감속시 생산한 전기만으로 충전한다는 점에서 다릅니다. 외부 전원으로 배터리를 충전할 수 있기 때문에 하이브리드차보다 긴 구간을 모터만으로 주행할 수 있습니다.

 

플러그인하이브리드차 작동원리

배터리를 가득 충전한 후 출발하면 처음 40km 전후까지 배터리 전원의 힘만으로 가는 전기차모드로 주행하고, 그 이후는 배터리 충전량을 일정 수준으로 유지하면서 하이브리드 모드로 주행합니다.

 

 

• 전기차 모드와 하이브리드차 모드로 주행이 가능하여 전기차의 짧은 주행거리를 극복
• 출퇴근거리(30~40km)를 연료 소모없이 전기차 모드로만 주행 가능
• 전기차 모드의 주행기능 강화로 하이브리드차 대비 배출가스 40~50% 저감