자동차는 멋진 물건이 될 수 있습니다. 원하는 시간에 원하는 곳으로 데려다 줄 수 있습니다. 해당 장소가 대중 교통 수단을 이용할 수 없는 경우에도 마찬가지입니다. 사실, 현대 생활의 대부분은 자동차 없이는 불가능합니다. 그들은 우리가 직장, 학교, 식료품점, 심지어는 지역 쇼핑몰까지 가는 데 도움을 줍니다. 불행히도 자동차는 훌륭하지만 몇 가지 심각한 단점도 있습니다. 이러한 단점 중 두 가지는 유지 관리에 많은 비용이 소요되고 유독 가스로 대기를 오염시킨다는 것입니다. 대기 오염은 많은 도시 지역에서 심각한 문제가 되었으며 휘발유 가격이 사상 최고치를 기록함에 따라 내연 기관은 곧 사회에서 감당할 수 없는 사치품이 될 수 있습니다.
자동차를 완전히 포기하는 것을 옹호하는 사람은 거의 없지만 휘발유 연소로 인한 공해와 비용 없이 자동차의 힘과 편리함을 누릴 수 있는 방법은 없을까요? 다행히도 있습니다. 많은 사람들은 머지 않은 미래의 자동차는 휘발유가 아닌 전기로 구동될 것이라고 생각합니다. 사실, 이러한 전기 자동차(EV 또는 전기 자동차라고도 함)는 전혀 미래 지향적인 것이 아닙니다. 전기 자동차는 19세기 전반부부터 사용되었습니다. 그러나 21세기에도 여전히 내연기관이 지배하고 있습니다. 그런데 왜 전기 자동차가 유행하지 않습니까?
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전기차의 심장은 배터리다. 주로 엔진을 시동하고 라디오나 에어컨과 같은 액세서리를 작동시키는 대부분의 자동차의 배터리와 달리 전기 자동차의 배터리는 모든 것을 작동합니다. 가장 중요한 것은 전기 모터를 구동한다는 것입니다. 더 정확하게는 컨트롤러를 구동합니다. 이것은 차례로 전기 모터를 작동시키므로 최소한의 재충전으로 운전자를 필요한 곳으로 데려갈 수 있을 만큼 강력하고 오래 지속되어야 합니다. 최근까지 전기 자동차를 휘발유 자동차와 경쟁할 수 있는 안정적이고 대량 생산 가능한 배터리가 제조되지 않았습니다. 그러나 변화가 시작되고 있습니다. 전기 자동차는 실현 가능해졌을 뿐만 아니라 이제 주요 자동차 제조업체의 조립 라인에서 시작될 것으로 예상됩니다.
배터리가 자동차에 동력을 공급하는 실용적인 방법이 될 수 있는지 알아보려면 다음 페이지를 읽으십시오.
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배터리는 화학 에너지를 저장하고 그 화학 에너지를 전기로 변환하는 장치입니다. 배터리는 하나 이상의 전기화학 전지로 구성됩니다. , 각각 2개의 반쪽 전지 또는 전극으로 구성됨 . 음성이라고 하는 1개의 반쪽 셀 전극에는 전자라고 불리는 작은 음으로 하전된 아원자 입자가 너무 많습니다. . 다른 하나는 양성이라고 합니다. 전극에는 전자가 부족합니다. 두 개의 반쪽이 전선이나 전기 케이블로 연결되면 전자가 음극에서 양극으로 흐릅니다. 우리는 이러한 전자의 흐름을 전기라고 부릅니다. 이 움직이는 전자의 에너지는 예를 들어 모터를 작동시키는 일에 활용될 수 있습니다. 전자가 양극으로 이동함에 따라 흐름이 점차 느려지고 배터리에서 생성된 전기의 전압이 떨어집니다. 결국, 양극과 음극에 많은 전자가 있는 경우 배터리는 '죽은' 것으로 간주되어 더 이상 전기 흐름을 생성할 수 없습니다.
전자는 화학 반응에 의해 생성되며 시판되는 배터리에서 사용되는 다양한 화학 반응이 있습니다. 예를 들어, 손전등과 텔레비전 리모콘에 일반적으로 사용되는 친숙한 알카라인 배터리는 아연과 산화망간이 포함된 화학 반응을 통해 전기를 생성합니다. 대부분의 알카라인 배터리는 일회용 배터리로 간주됩니다. . 일단 죽으면 무용지물이 되어 재활용해야 합니다. 반면 자동차 배터리는 충전식이어야 하므로 지속적인 교체가 필요하지 않습니다. 충전식 배터리 , 전기 에너지는 전기화학 전지의 음과 양의 절반을 반대로 하여 전자 흐름을 다시 시작하는 데 사용됩니다.
자동차 제조업체는 전기 자동차 사용에 적합한 세 가지 유형의 충전식 배터리를 식별했습니다. 이러한 유형은 납산입니다. 배터리, 니켈 금속 수소화물(NiMH) 배터리 및
리튬 이온(Li-ion) 배터리.
납산 배터리는 1859년에 발명되었으며 현재까지 사용되는 가장 오래된 충전식 배터리입니다. 그들은 19세기부터 전기 자동차를 포함한 모든 종류의 자동차에 사용되었습니다. 납산 배터리는 일종의 습식 전지입니다. 일반적으로 열린 용기에 황산의 순한 용액을 포함합니다. 이름은 이러한 배터리에서 전기를 생성하는 데 사용되는 납 전극과 산의 조합에서 비롯됩니다. 납축전지의 가장 큰 장점은 오랜 세월 사용된 후에도 잘 알려져 있고 생산 비용이 저렴하다는 것입니다. 그러나 사용하는 동안 위험한 가스를 생성하며 배터리가 과충전되면 폭발의 위험이 있습니다.
니켈 금속 수소화물 배터리는 1980년대 후반에 상업적으로 사용되었습니다. 에너지 밀도가 높습니다. -- 즉, 비교적 작은 배터리에 많은 양의 에너지를 담을 수 있으며 독성 금속을 포함하지 않으므로 재활용하기 쉽습니다.
1990년대 초에 상업적으로 사용되기 시작한 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 매우 높으며 대부분의 배터리보다 사용하지 않을 때 방전될 가능성이 적습니다. 이러한 특성을 자체 방전이라고 합니다. . 리튬 이온 배터리는 무게가 가볍고 유지 관리가 필요 없기 때문에 랩톱 컴퓨터와 같은 전자 장치에 널리 사용됩니다. 일부 전문가들은 리튬 이온 배터리가 과학이 아직 완벽한 충전식 배터리를 개발하는 것과 거의 비슷하며 이러한 유형의 배터리가 가까운 미래의 전기 자동차에 전력을 공급하는 데 가장 적합한 후보라고 생각합니다. 리튬 이온 폴리머 배터리라고 하는 리튬 이온 배터리의 변형도 EV의 미래에 가치가 있는 것으로 입증될 수 있습니다. 이러한 배터리는 결국 리튬 이온 배터리보다 제작 비용이 적게 들 수 있습니다. 그러나 현재 리튬 이온 폴리머 배터리는 엄청나게 비쌉니다.
아마도 전기 자동차 배터리와 관련된 가장 큰 문제는 충전일 것입니다. 전기차 배터리 충전은 어떻게 하나요? 더 중요한 것은 전기 자동차 배터리를 어디에서 충전합니까? 스스로 할 수 있습니까? 집에서 할 수 있습니까? 알아보려면 다음 페이지를 읽으십시오.
충전식 배터리는 충전할 장소가 없으면 아무 소용이 없습니다. 전기 자동차의 주스가 바닥난다면 가까운 주유소에 급히 정차할 수 없습니다. 지역 주유소에 플러그를 꽂을 수 있는 곳이 없는 한 말입니다. 불행히도 대용량 배터리를 재충전해야 합니다. 전기 자동차의 배터리는 몇 시간이 걸릴 수 있으며 대부분의 주유소는
그 시간 동안
재충전 문제에 대한 가장 좋은 해결책은 저녁에 차를 집으로 가져가서 플러그를 꽂는 것입니다. 마치 랩톱 컴퓨터나 디지털 음악 플레이어를 연결하는 것과 유사하게 밤새 충전할 수 있도록 하는 것입니다. EV에는 표준 전기 소켓에서 충전할 수 있는 충전 시스템이 함께 제공되어 다음 날 아침에 다시 도로를 달릴 준비가 될 것입니다. 적어도 한 회사는 10분 안에 전기 자동차를 충전할 수 있는 시스템을 개발한다고 주장하지만 기존 충전기는 일반 가정 전기를 사용하여 전기 자동차 배터리를 최대 전력으로 끌어오는 데
3~10시간이 걸립니다.
[출처:Fehrenbacher].
EV가 한 번 충전되면 다시 충전해야 하기까지 얼마나 갈까요? 이는 차량의 배터리 유형을 비롯한 여러 요인에 따라 다릅니다. 납산 배터리를 사용하는 EV는 한 번 충전으로 약 80마일(128.7km)의 가장 짧은 주행 거리를 갖습니다. NiMH 배터리는 충전당 약 120마일(193.1km)의 범위에서 더 나은 성능을 보입니다. 여기에서 리튬 이온 배터리가 탁월한데 Tesla Roadster를 예로 들어 충전당 220마일(354.1km) 이상의 범위를 제공합니다. 주행 거리가 가장 중요한 고려 사항이라면 리튬 이온 배터리를
선택해야 합니다.
회생 제동이라는 기술로 EV의 범위를 더욱 확장할 수 있습니다. , 자동차 브레이크의 운동 에너지를 사용하여 즉석에서 배터리를 재충전합니다. 최적의 주행 조건에서 회생 제동은 차량의 주행 범위를 최대 50%까지 확장할 수 있지만 대부분의 상황에서 주행 범위의 증가는 더 작습니다.
그러나 전기 자동차로 더 긴 여행을 하고 싶고 밤새 충전 세션을 위해 집에 가지 않을 경우에는 어떻게 하시겠습니까? 꽂을 수 있는 곳이 있을까요? 충전소가 거의 없음 현재는 존재하지만 전기차 제조사들은 고객이 전기차를 운전하기 시작할 때 인프라를 구축할 수 있도록 충전소를 구축할 계획이다. 순수 전기 Tesla 로드스터의 제조업체인 Tesla Motors는 주요 호텔 체인과 계약을 맺어 밤새 로드스터를 충전하려는 고객을 위한 충전소를 제공합니다. 충전소의 한 가지 장점은 차량이 주유소만큼 빨리 들어오고 나갈 가능성은 거의 없지만 가정 충전 시스템보다 더 빨리 자동차를 충전할 수 있다는 것입니다. 불행히도, 전기차 소유자가 장거리 여행에서 재충전할 수 있을 만큼 충분한 충전소를 이용할 수 있기까지는 시간이 걸릴 수 있습니다. 가까운 장래에 EV는 출퇴근이나 통학, 지역 여행 및 쇼핑에 가장 적합할 것입니다. 이러한 방식으로 사용하면 전기 충전을 위해 매일 저녁 차고에 안전하게 보관됩니다.
다음으로,
전동식
전기 자동차 배터리의 가장 분명한 장점은 내연 기관과 관련된 오염 물질을 생성하지 않는다는 것입니다. 그러나 여전히 환경 비용이 있습니다. EV 배터리를 충전하는 데 사용되는 전기는 어딘가에서 가져와야 하며, 현재 대부분의 전기는 화석 연료를 태워서 생성됩니다. 물론 이것은 오염을 일으킵니다. 그러나 전기 자동차 배터리를 충전하기 위해 화석 연료를 태울 때 발생하는 오염은 내연 기관에서 발생하는 오염과 어떻게 비교할 수 있습니까? 캐나다 전기 자동차 협회(EVAC)에 따르면 석탄 동력 발전기에서 충전된 전기 자동차도 탄소 배출량을 대략 절반으로 줄입니다. 수력 및 원자력 발전소와 같은 더 깨끗한 형태의 발전에서 재충전되는 EV는 현재 내연 기관에서 생산되는 탄소 배출량의 1% 미만으로 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 따라서 최악의 시나리오에서도 EV 배터리로 작동하는 자동차는 가솔린 자동차보다 깨끗합니다.
<중앙>
가스 구동 엔진에 비해 배터리 구동 모터의 또 다른 중요한 이점은 연료 비용이 저렴하다는 것입니다. 즉, EV용 전기 및 내연 기관용 가스입니다. 미국 에너지부는 일반적인 EV가 1달러 가치의 전기로 43마일을 달릴 수 있다고 계산했습니다. 휘발유 가격이 상당히 낮아진다면 휘발유 자동차에 마일당 비용이 거의 들지 않을 수 있습니다.
이 충전식 배터리의 또 다른 장점은 재활용이 잘 된다는 것입니다. 이러한 배터리는 거의 100% 재활용할 수 있으므로 오래된 배터리가 폐기 문제가 되지 않습니다.
배터리 구동 자동차의 가장 큰 단점은 지난 섹션에서 언급했듯이 배터리를 재충전하는 데 필요한 시간입니다. 리튬 이온 배터리 기술을 사용하면 완전히 충전된 EV는 연료 탱크를 가득 채운 내연 기관 차량과 비슷한 거리를 이동할 수 있지만 그 시간이 끝날 때까지 여전히 충전기에 넣어야 합니다. 현재 이것은 방전된 EV가 완전히 재충전되기 전에 몇 시간 동안 서비스가 중단됨을 의미합니다. 물론 이것은 심각한 단점입니다. 미래에는 더 빠른 충전 기술이 가능해지겠지만, 가까운 시일 내에 전기 자동차는 장거리 여행에서 선택되는 차량이 아닙니다. 그럼에도 불구하고 대부분의 운전은 비교적 집에서 가까운 거리에서 이루어지기 때문에 배터리 전원이 가솔린 전원 역할을 하게 됩니다. 재충전 상황에 대한 가능한 솔루션은 EV를 재충전하는 대신 방전된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 간단히 교체할 수 있는 배터리 교체 스테이션일 수 있습니다. 이 시스템을 통해 차량 외부에서 배터리를 재충전할 수 있으며 배터리가 완전히 방전된 후 EV를 다시 가동하는 데 필요한 시간을 크게 줄일 수 있습니다.
전기차 배터리의 또 다른 단점은 무게입니다. 기존 자동차 배터리보다 더 많은 일을 해야 하기 때문에 전기 자동차 배터리는 추가 전력을 제공하기 위해 어레이 또는 배터리 팩으로 함께 연결되어야 합니다. 이러한 배터리 컬렉션은 무겁습니다. Tesla Roadster의 리튬 이온 배터리 팩의 무게는 약 453.6kg입니다. 그것은 운반하기에 많은 무게이며 자동차의 범위를 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 Roadster의 디자이너는 가벼운 프레임과 차체 패널로 이 배터리 무게를 상쇄했습니다. 전체 차량의 무게는 1,220.2kg(2,690파운드)에 불과합니다. 이 무게의 3분의 1 이상이 배터리라는 점을 고려하면 그리 무겁지 않습니다.
전기 자동차에서 배터리의 중요성을 감안할 때 배터리가 오래되면 어떤 일이 일어날지 궁금할 것입니다. 얼마나 오래 자동차에 동력을 공급할 수 있습니까? 그리고 그것이 마침내 죽으면 그것을 교체할 수 있습니까? 아니면 단순히 새 차를 사는 것이 더 경제적입니까? 계속 읽으십시오.
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전기차 배터리 수명은 얼마나 될까요? Tesla Roadster의 리튬 이온 배터리 팩은 약 5년 또는 100,000마일의 수명을 가질 것으로 예상됩니다. 그 기간이 끝나면 약 $10,000의 비용으로 팩을 교체해야 합니다. 물론 비싸긴 하지만 로드스터 자체의 가격은 거의 $100,000이므로 배터리 팩의 가격이 저렴해 보입니다. 아마도 대부분의 소유자는 새 로드스터를 구입하는 것보다 배터리 팩을 교체하는 것을 선호할 것입니다.
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물론 배터리 유지 관리 비용은 EV 운영 비용에 추가됩니다. EV에 사용되는 배터리 팩은 단단히 보관되므로 배터리 서비스를 받으려면 EV를 대리점에 가져가야 할 가능성이 큽니다. 고려해야 할 또 다른 점은 현재로서는 비교적 새로운 기술이라는 점입니다. EV가 도로에서 보편화됨에 따라 그와 관련된 높은 가격 중 일부는 감소할 것입니다. 그러나 현재로서는 Tesla Roadster의 $10,000 배터리가 유일한 기준점 중 하나입니다. 다른 EV의 배터리가 더 비쌀까요? 비용이 적게 듭니까? 일부 EV의 배터리 교체 비용이 단순히 새 차량을 구입하는 비용보다 더 듭니까? 시간이 말해줄 것입니다.
| 1966 Electrovair II (GM) | 은-아연 배터리 |
| 1976년 일렉트로벳 (GM) | 납산 배터리 |
| 2005 볼보 3CC (볼보) | 리튬 이온 배터리 |
| 2007 쉐보레 볼트 (GM) | 리튬 이온 배터리 |
| 2007 Nissan Mixim (닛산) | 리튬 이온 배터리 |
| 2008 콘티넨탈 DC (벤틀리 모터스) | 납산 배터리 |
| 2008 스바루 스텔라 (스바루) | 리튬 이온 배터리 |
| 2008 닛산 덴키 큐브 (닛산) | 리튬 이온 배터리 |
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