대부분의 제조업체는 기존 모델에 익숙한 고객들의 반감을 사지 않기 위해 전기 자동차에 관습에 부합하는 외관을 부여하려고 노력하지만, 전기 자동차의 작동 방식은 석유 연료 자동차의 작동 방식과 현저하게 다릅니다. 전기 자동차의 추진 메커니즘은 내연기관 자동차가 사용하는 것과는 근본적으로 다른 아키텍처를 기반으로 합니다.
전기 자동차의 수리 또는 정비를 원하는 고객에게 만족스러운 서비스를 제공하려는 모든 자동차 정비사는 적절한 교육과 함께 전기 자동차의 기능에 관련된 복잡성에 대한 심층적인 이해가 전제 조건입니다.
전기 자동차(EV)가 효과적으로 작동하기 위해 필요한 기본 요소 및 시스템에는 [1] 연료에서 변환된 전기 에너지를 저장하는 배터리 팩, [2] 저장된 에너지를 다시 운동으로 변환하는 전기 모터, [3] 모터와 배터리 사이의 전력 흐름을 관리하는 컨트롤러, [4] 필요할 때 배터리를 충전할 수 있는 충전기, [5] 주행 거리, 속도, 온도, 충전 상태 등 차량의 다양한 기능을 모니터링 및 제어하는 관리 시스템 등이 포함됩니다.
배터리 팩
전기 자동차(EV)의 생산에는 배터리를 주요 동력원으로 사용하는 것이 포함됩니다. 배터리 팩은 주요 에너지 저장 시스템 역할을 하며 다양한 환경 조건에서 작동하면서 수많은 충전-방전 주기를 견뎌냅니다. 또한 자동차 프레임 내에서 구조적 요소의 역할을 담당하는 경우도 많습니다.
전기 자동차(EV)의 배터리 팩은 서로 연결된 여러 개의 셀로 구성되며 소형 자동차의 경우 40킬로와트시(kWh) 미만부터 특정 전기 픽업 트럭의 경우 200kWh 이상에 이르기까지 다양한 크기로 제공됩니다. 예를 들어, 업계 최고 수준의 205kWh 배터리 팩으로 329마일을 주행할 수 있는 GMC 험머 EV가 있습니다. 반대로 미니 쿠퍼 SE는 상대적으로 작은 32kWh 배터리 팩을 탑재하고 있어 1회 충전 시 114마일에 불과한 제한적인 주행 거리를 자랑합니다.
제조업체는 총 배터리 용량과 사용 가능한 배터리 용량을 모두 제공하므로 동일한 전기 차량의 경우 보고된 주행 가능 거리에 차이가 있을 수 있습니다. 이는 실제 주행 거리가 에너지 소비 효율에 영향을 미치는 차량 중량 및 구름 저항과 같은 요소의 영향을 받기 때문입니다.
배터리 모니터링 시스템
배터리 관리 시스템(BMS)은 전기 자동차(EV) 배터리 팩의 안전하고 효율적인 작동을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. BMS는 배터리 팩을 모니터링하여 적절한 온도, 전압 및 전류 수준이 유지되도록 하는 동시에 배터리 잔량 및 전반적인 배터리 상태에 관한 정보를 제공합니다. 이 중요한 기능을 통해 운전자는 차량의 에너지 수준을 더 잘 이해할 수 있으며, 과충전 또는 방전된 배터리와 관련된 잠재적 위험을 예방할 수 있습니다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 팩의 전반적인 상태와 개별 셀 기능에 대한 감시를 유지합니다. 경험이 많은 전기차 소유자의 경우 배터리의 작동 및 사용 패턴을 기록하는 BMS 로그에 액세스할 수 있습니다. 이 정보는 배터리의 최적 기능을 결정하고 개선이 필요한 부분을 식별하기 위해 철저한 검사를 거칠 수 있습니다.
열 관리 시스템
배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 팩의 온도를 제어할 수 있는 기능이 장착된 전기 자동차에서 배터리 팩의 열 관리 시스템을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 기능은 초기에는 이 기능이 없던 닛산 리프, BMW i3, 르노 조에, 폭스바겐 e-골프 등 대부분의 최신 전기 자동차에 필수적인 기능입니다.
전기 자동차(EV)의 온도 관리는 기존 내연기관 자동차의 냉각 시스템과 유사하게 작동하며, 튜브와 채널 네트워크를 통해 배터리 팩 전체에 순환되는 유체를 활용하여 주요 구성 요소의 열을 제거하고 성능을 향상시키며 수명을 연장합니다.
일부 전기 자동차 생산업체는 냉각수를 주기적으로 점검하고 교체할 것을 권장하는 반면, Tesla와 같은 다른 제조업체는 냉각수가 완전히 밀폐된 시스템으로 일상적인 유지 관리가 필요하지 않다고 주장합니다.
전기 자동차(EV)에서 히트 펌프의 활용도가 증가하고 있습니다. 이 중요한 부품은 배터리 팩과 모터의 잔열을 효율적으로 사용하여 쾌적한 실내 온도를 효과적으로 유지합니다. 또한, 에어컨 시스템과 유사한 방식으로 작동하는 냉방 기능을 제공하도록 기능을 역전시킬 수도 있습니다.
전기 모터
전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하여 차량의 바퀴를 구동하는 전기 자동차(EV)에 동력을 전달하는 주요 부품입니다.
로터와 스테이터. 다양한 종류의 전기 모터가 존재하며 각기 다른 장단점을 가지고 있지만, 이 두 가지 요소는 모터 설계의 기본 요소로 남아 있습니다. 로터는 유일한 이동식 구성 요소인 반면, 고정자는 로터의 고정 하우징 역할을 하며 유체가 순환하여 열을 방출하는 채널을 수용합니다.
전기 자동차(EV)는 직류로 작동하며 브러시형 및 브러시리스 디자인으로 제공되는 직류(DC) 모터를 자주 사용합니다. 전자의 구성이 더 널리 사용되지만, 후자는 높은 토크 생산과 견고성으로 유명하지만 특히 브러시 모터의 경우 치수, 질량 및 신뢰성을 비롯한 특정 단점이 여전히 존재합니다.
유도 모터는 직류(DC) 모터와 비교할 때 다양한 이점을 제공하므로 전기 자동차에도 자주 사용됩니다. 특히, 인덕션 모터는 영구자석을 사용하는 DC 모터에 비해 출력과 효율성은 따라올 수 없지만, 더 작고 간단하며 유지보수가 덜 필요합니다.
일부 고급 전기 자동차에는 다른 형태의 유도 모터에 비해 뛰어난 출력 밀도와 효율을 자랑하는 영구 자석 동기 모터(PMSM)가 사용됩니다. 그러나 이 첨단 기술에는 복잡성과 비용이 증가한다는 대가가 따릅니다.
변속기
전기 자동차는 분당 매우 낮은 회전수에서 생성되는 높은 토크로 인해 속도 조절을 위해 여러 번의 기어 변경이 필요하지 않으므로 기존 변속기 시스템이 필요하지 않습니다.
반대로 전기 모터는 종종 내연기관 차량과 비슷하거나 그 이상의 회전 속도를 가지고 있음에도 불구하고 가속과 최대 속도 사이의 최적의 균형을 보장하기 위해 감속 기어 배열이 필요합니다. 전기 자동차에 사용되는 차동 장치는 내연기관 자동차의 차동 장치와 유사한 방식으로 작동합니다.
현재 시중에는 기어드 변속기를 사용하는 전기 자동차(EV)가 거의 없으며, 포르쉐 타이칸과 아우디 e-트론 GT가 대표적인 예외입니다. 이 모델에는 2단 자동 기어박스가 장착되어 있지만, 이 구성이 지나치게 복잡하다는 비판이 있어 앞으로도 계속 사용될지는 지켜봐야 합니다.
다른 제조업체가 전기 모터와 짝을 이루도록 특별히 설계된 2단 기어박스를 제공하는 미국 소재 회사 다나 인코퍼레이티드와 유사한 접근 방식을 채택할 계획인지 여부는 공개되지 않았습니다.
온보드 충전기
전기 자동차에는 교류 전원을 사용할 때 가능한 최고 충전 속도를 결정하는 온보드 충전기로 알려진 내장형 충전 시스템이 장착되어 있습니다. 이 구성 요소는 교류를 직류로 변환하는 역할을 하며, 이후 배터리 관리 시스템에서 관리합니다.
전기 자동차(EV)의 온보드 충전기 기능은 최대 출력 3.7킬로와트(kW)에서 22kW까지 다양하며 단상 및 3상 교류(AC)를 구분할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.
회생 제동 시스템
회생 제동 시스템은 다양한 종류의 전기 모터가 발전기 역할을 할 수 있기 때문에 전기 자동차(EV)에서 일반적으로 활용됩니다. 이러한 시스템의 작동은 전적으로 차량의 모터에 의존하며, 모터는 속도를 줄이고 동시에 배터리 팩에 추가 에너지를 공급할 수 있습니다.
이 기술을 구현하면 완전 전기 및 특정 하이브리드 차량의 브레이크 패드 교체 주기를 크게 연장할 수 있습니다. 또한, 이 기술을 통해 운전자가 가속 페달만으로 가속과 제동을 모두 제어할 수 있는 원페달 주행 기능을 제공할 수 있으며, 차량이 완전히 출발하면 모터 저항을 통해 자동으로 감속합니다.
인버터, 컨버터 및 컨트롤러
전기 자동차(EV)는 파워트레인의 최적의 성능을 보장하기 위해 다양한 인버터, 컨버터 및 컨트롤러를 활용합니다. 이러한 부품을 적절히 배치하는 것은 최대 전력 출력과 운영 효율성을 달성하는 데 매우 중요합니다.
인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 역할을 하며, 컨버터는 배터리 팩에서 추출한 고전압 DC를 차량이 다양한 시스템을 작동하는 데 필요한 저전압 전류로 낮추는 기능을 합니다. 컨트롤러는 배터리 팩과 주고받는 전기의 흐름을 제어하여 전력 관리에서 중요한 역할을 하며, 전기 자동차(EV)의 회생 제동을 가능하게 하는 장치이기도 합니다.
전기 자동차는 매우 다르게 구동됩니다
전기 자동차는 기존 내연기관 자동차에 비해 작동하는 부품 수가 적지만, 성능, 효율성, 주행 거리 및 신뢰성이 소비자의 기대치를 충족하기 위해 상호 의존적인 시스템 배열을 필요로 하는 복잡한 기계가 아니라는 것을 의미하지는 않습니다.
전기 자동차(EV) 분야에서는 이러한 혁신과 발전이 빈번하게 일어나기 때문에 기술 발전에 대한 인식이 필요합니다. 이러한 발전과 전기차의 기능에 미치는 구체적인 영향에 대한 초보적인 이해라도 있으면 도움이 됩니다. 또한, 전기차를 소유하고 있거나 전기차를 올바르게 관리하는 방법과 이 과정이 기존 내연기관(ICE) 차량과 어떻게 다른지 이해하고자 하는 사람들에게는 이 주제에 대한 친숙함이 필수적입니다.