BEV / FCEV 차량의 파워트레인의 구조 및 특징

지난 시간에는 HEV차량의 구조에 대해서 알아보았고, 오늘은 BEV 자동차와 FCEV 자동차의 구조에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

BEV란?

BEV는 Battery Electronic Vehicle, 즉 배터리를 에너지원으로 하는 순수 전기차를 말합니다. BEV의 경우에는 아래의 개략도와 같이 기존 내연기관차나 HEV 차량 대비 비교적 간단한 구조를 가지고 있습니다. 일반적으로 배터리를 에너지원으로 사용하는 모터가 감속기를 통하여 토크증대하고, 이 힘을 차량에 전달하여 구동하는 동력전달구조를 가지고 있습니다.

 

최근에는 가속성능을 극대화하기 위하여 (포르셰의 전기차 타이칸의 경우에는) 감속기에서 업그레이드된 2단 변속기를 적용하는 등, 전비 향상과 같은 전기차 시스템의 효율을 향상하기 위한 변속기가 주목받고 있습니다. 다만 아직 3단 이상의 변속기는 활용성이 작아서 적용되진 못했습니다.

BEV의 개략도(좌), 듀얼모터시스템의 개략도(우)

전기차의 시스템 효율을 증대하기 위하여 최근에는 듀얼모터시스템을 적용하고 있습니다. 듀얼모터시스템이란, 특성이 다른 2개의 모터를 전륜 및 후륜에 장착하여 4륜 구동이 가능하게 하고, 각 모터의 특성에 따라 선택적인 모터구동이 가능하여 전기차 차량 구동 시스템의 효율을 높이는 시스템입니다. 대표적으로 테슬라의 모델 S, 모델 X에는 듀얼모터가 탑재되고, 모델 Y에도 사양에 따라 듀얼모터 시스템이 적용됩니다.

 

FCEV 파워트레인 구조 및 특징

FCEV차란, Fuel Cell Electronic Vehicle로 연료전지 자동차 또는 수소전기차라고 부릅니다. 배터리 전기차와 마찬가지로 유일한 동력원인 모터가 모든 구동력을 담당하므로 배터리 전기차와는 기계적으로 동일한 동력전달계로 구성되어 있습니다.

 

다만 모터의 에너지원으로 연료전지뿐만 아니라 연료전지의 응답특성과 회생제동 특성을 고려하여 배터리도 탑재되어 또 하나의 에너지원으로써 연료전지를 지원하게 됩니다.

수소전기차(FCEV)의 차량 개략도

 

수소전기차는 연료전지가 화학반응을 통하여 전기를 생성하여 모터를 구동시키기도 하고, 전기를 생성하고 남은 전기와 회생제동등을 통하여 생성된 전기를 배터리에 저장하여, 필요시에 모터를 구동시키기도 합니다. 이렇게 수소와 전기를 각각 에너지원으로써 선택적으로 활용하는 시스템이므로 어떻게 보면 시스템 제어 측면에서는 하이브리드 자동차의 개념에도 속할 수 있습니다. 현대의 넥쏘(NEXO)가  대표적인 수소전기차라고 할 수 있습니다.

하이브리드 자동차와 수소전기차의 동력원 및 에너지원

수소전기차의 경우 에너지원으로서 수소가 필요하게 되는데, 예전에는 이 수소를 얻기 위하여 가솔린 및 메탄올 등에서 수소를 생성하는 시스템인 개질기를 활용하는 방법이 제안되곤 했었습니다. 하지만 그 과정에서 CO2발생과 같은 부수적인 문제가 있어서, 최근에는 천연 수소를 생산하여 탱크에 저장하는 방법이 연구되고 있습니다. 다만 생산량 및 기술적인 측면 그리고 충전인프라와 같은 문제들이 해결되어야 합니다.

 

덧붙여서 수소를 에너지원으로 사용한 차량으로는 방금 언급한 수소전기차 외에도 수소를 연료로 하는 내연기관도 각 메이커에서 개발 중에 있으며, 이것 또한 친환경 자동차로 분류되고 있습니다.