고놈의 LIFE STYLE

  오늘은 조금 오래된 전기차 기술에 대해 알아보도록 하겠습니다. 조금 오래된 드라마나 영화, 혹은 1900년대 초중반을 배경으로 하는 작품들에서 쉽게 볼 수 있는 전기 자동차입니다. 주로 오래된 버스의 형태로 차량의 지붕 위쪽으로 더듬이처럼 뻗어있는 두 라인이 전선에 연결되어 있고 정말 가끔은 거기서 불꽃 스파크 튀는 모습도 보여주곤 합니다. 이걸 몰랐을 때에는 그저 '오래된 전철의 한 형태인가?' 정도의 반응이었지만 사실 그건 '트롤리버스'라 불리는 교통수단이었습니다.

  트롤리버스(trolley bus)는 도로의 상공에 붙은 가공 전차선에서 공급받는 전기를 동력으로 하여 달리는 버스를 말합니다. 이러한 방식을 가공 전차선 방식, 전기 철도의 집전방식, 가선집전 방식 등으로 부르기도 하며 차량이 지나가는 도로 상부에 있는 전선을 가선, 전차선, 트롤리선 등으로 부르기도 합니다. '트롤리'란 전기를 얻기 위한 장치를 의미하지만 이것이 창작된 버스를 보면 외관은 일반 버스랑 비슷하게 생겼으며 운전방법도 크게 다르지 않습니다. 

  트롤리버스는 도로상에 부설된 노면 철도를 주행하는 노면전차와 버스의 장점을  가진 교통수단으로 화석연료로 인한 배기가스를 발생시키지 않으면서도 노면에 철도를 부설할 필요가 없습니다. 하지만 드물기는 하나 가선으로부터 버스를 연결시켜 주는 트롤리 폴이 빠지는 문제가 발생하기도 합니다. 주로 가선이 분기하거나 교차하는 곳에서 이러한 트러블이 발생하기 쉬우며 이러한 곳에서는 감속할 필요가 있기 때문에 뒤 따라오는 차량과 충분한 거리가 있지 않으면 교통정체가 일어나기 쉽습니다. 

  트롤리버스는 다소 오래된 전기 자동차 기술 중 하나로 현재는 자동차의 교통량의 증가와 보다 성능이 좋은 디젤엔진이나 하이브리드 방식의 대형 노선버스의 출현과 함께 점차 그 입지가 줄어들어 없어지는 추세로 세계적으로는 소련의 영향아래 도시계획을 실시한 사회주의 나라나 도시에는 지금도 많이 남아있습니다. 또한 태나다 등 수력발전에 의한 풍부하고 저렴한 전력이 안정적으로 공급되는 지역이나 관광지에서도 트롤리버스를 운영 중인 곳이 많이 남아있습니다.

  최근에는 기존 가선 구간을 확장하는 대신 가선이 없는 구간을 주행하기 위한 소 배기량의 보조 엔진을 추가해서 운영하는 경우도 있으며 디젤 발전기를 탑재한 하이브리드 방식이나 축전지를 탑재한 경우 보다 장거리를 주행할 수 있게 만든 경우도 있습니다.

  트롤리버스의 구조를 살펴보면 도로 상의 가선, 트롤리 와이어(trolley wire)에서 더듬이 모양의 집전장치인 트롤리 폴(trolley pole)을 이용하여 집전하여 전동기를 돌려 동력을 발생시킵니다. 이 트롤리로부터 전기를 받아 달리기 때문에 '트롤리버스'라고 부르고 있습니다. 트롤리 폴의 선단부의 가선과 접촉하는 부분은 매우 초기에는 노면 전차와 같은 도르래모양의 트롤리 휠(trolley wheel)이 사용되었지만 트롤리버스는 도로나 교통 상황 등에 따라서 가선의 바로 아래를 크게 벗어나 달릴 필요가 있기 때문에 도래래에서 가선과의 각도가 커진 경우 접촉이 불충분하여 U자 형태의 단면에서 자유롭게 회전이 가능한 슬라이드 방식이 개발되어 보급되게 됩니다.

  트롤리 폴과 가선의 각각의 강성이나 트롤리 폴의 원심력 등의 문제, 혹은 차량의 급회전과 같이 커브를 돌 때의 각도 변화나 속도 등의 영향으로 종종 트롤리 폴이 가선으로부터 빠지는 일이 발생하기도 하며, 이러한 경우 승무원이 차량을 정지시킨 후 빠진 트롤리 폴을 케이블에 다시 걸어서 운행하여야 합니다. 초기에는 빠진 트롤리 폴이 튀어올라 가선을 다시 건드리거나 절단시키는 등의 위험한 상황이 있었기 때문에 이를 개선하고자 트롤리 폴이 빠질 시 폴의 상승을 방지하는 태엽이나 강제로 하강시키는 장치 등이 설치되어 있습니다. 트롤리 폴이 빠진 경우가 아니더라도 차선을 잘못운행했거나 트롤리 폴의 흔들림, 운행하는 방향과 다른 쪽 방향의 가선에 연결된 경우 등에는 수동으로 트롤리 폴을 가선에서 내려 다시 원하는 가선에 연결할 필요가 있습니다.

  위와 같은 이유 등으로 트롤리 폴이 빠졌을 경우 안전을 위해, 교통의 흐름을 방해하지 않기 위해 차량을 이동할 경우나 부분적으로 가선을 설치할 수 없는 구간을 주행하여야 할 경우, 도로의 공사나 교통사고, 화재나 재해 등으로 본래의 도로 노선의 통행이 불가능할 경우 일시적으로 가선구간 외의 도로를 사용해야 할 경우를 대비하여 보조엔진이나 배터리를 탑재한 버스가 최근에는 주류로 운행되고 있습니다.

  트롤리버스의 장점으로는 엔진이나 배터리가 필요 없기 때문에 차량 가격이 저렴하고, 배기가스를 발생시키지 않고 소음이 적으며, 가선으로 부터 지속적인 전원 공급으로 인해 연료 보급에 의한 항속거리 제한이 없습니다. 기동시부터 큰 출력 토크를 발생할 수 있기 때문에 가속과 감속이 빈번한 도심부나, 가파른 언덕길의 운용에도 유리하고 고도에 따른 기압에 영향을 받아 출력이 줄어들거나 하는 일이 없습니다.

  단점으로는 변전시설이나 가설의 부설, 유지에 시간이나 비용이 요구되고 노선의 유동성이 거의 없으며 우회운행이 불가능합니다. 또한 가선의 설치 높이에 따른 차량의 최대 높이가 제한적이고 가선으로 인한 주변 경관 훼손 문제도 있습니다. 가선을 함께 사용하기 때문에 차량 추월등이 불가능하고 가선으로부터 벗어날 수 있는 거리에는 제한이 있기도 합니다. 과거에는 버스 차체의 절연이 미흡했기 때문에 종종 누전으로 승객이나 운전사가 감전하는 경우도 있었기 때문에 주의가 필요했으며 이로 인해 절연이나 접지 등의 보완이 필요하기도 했습니다.

개조 전기 자동차

  우리가 여태 타고 다니던 차량을 개조라는 방법을 통해서 전기 자동차로 만들 수는 없을까요? 가솔린 엔진이나 디젤엔진의 자동차에서 엔진이나 머플러, 연료 탱크 등을 제거하고 그 자리에 전기 모터와 배터리를 장착한 전기자동차를 EV변환, 변환 EV, EV 전환, 전환 EV라고 부르기도 합니다. 이 말인즉슨, 개조가 가능하다는 말인데 이는 기존 엔진을 성능 향상 등의 목적성을 가지고 탑재되어 있던 엔진을 떼어내고, 새로운 전기 모터를 탑재하는 엔진스왑에 해당하기 때문에 새로운 모터를 가지고 일반 도로를 주행하기 위해서는 서면심사와 구조 등 변경 검사를 받아 합격할 필요가 있습니다.

  현재 판매되고 있는 일반 내연기관 자동차의 전기 자동차로의 개조는 아주 드물게 시행되고 있습니다. 국내에서 일반 자동차의 개조는 현재까지 거의 드문 추세이지만 옆나라 일본의 경우 근거리 배달용 밴, 취미성 전기 자동차 모임이나 클럽 같은 곳에서 EV개조 키트를 진행해서 번호판을 취득하는 등 활동을 하고 있으며 디젤엔진을 가진 노선버스를 전기버스로 개조하여 운영하는 경우도 있습니다.

  개조 전기차의 장점으로는 우선 엔진 자동차에 비해 전기자동차의 구조가 단순하기 때문에 유지보수가 용이합니다. 내연기관의 부피보다 전기 모터 및 배터리의 부피가 작게 차지하기 때문에 개조 후 남는 공간의 활용이 가능합니다. 기술력만 갖추고 있다면 개인이나 소규모의 사업소에서도 개조가 가능합니다. 수동변속(MT) 차량에서 클러치나 기어박스를 분리하여 자동 편 속(AT) 차로 변경할 수 있습니다. 또한 수동변속(MT) 차량에 에어컨이나 파워 스티어링 이 장착되어있지 않은 소위 깡통차량의 경우는 개조가 간단하며 비용 또한 저렴하게 개조가 가능합니다.

  반대로 개조 전기차의 단점을 살펴보면 대형차, 자동변속(AT) 차량, 에어컨 탑재 차량, 파워스티어링(파워핸들)이 탑재된 차량의 경우는 구조가 복잡하기 때문에 개조 비용이 많이 들게 됩니다. 항속거리의 경우도 전기 차량으로 최적화되어 출시된 차에 비해 짧을 확률이 높으며, 이는 곧 내연기관 엔진 자동차보다도 항속거리가 짧을 확률이 높음을 의미합니다. 개조를 할 수 있는 사업소가 매우 드물며 서면 심사와 구조 등 변경검사 등을 받아야 하는 번거로움이 있습니다.

  국내에서는 개조 전기차에 대한 인식이 현재까지는 매우 낮으며 전기 차 시장이 이제 막 활기를 띄기 시작하는 단계이기 때문에 최근 출시되는 고급스러운 디자인과 첨단 기술에 사람들의 이목이 집중되고, 또 정부의 정책으로 인한 전기차 구매 보조금의 영향으로 새로운 구매를 희망하는 경우가 대부분이며, 개조의 경우는 일반 차량이라기보다는 특수 목적용 차량에서 소규모로 진행되고 있습니다. 예를 들면 골프장 코스를 이동하는 골프카트, 놀이동산이나 대규모 사업장 내에서 단지 내부 이동을 하기 위한 소형카트, 시골 어르신들이 근처 논밭을 왕래하기 위한 소형 트럭 등 이동거리가 적고 충전시설을 갖추기 편한 곳을 기점으로 하여 드물게 개조카트를 사용하기도 합니다.

상업용 전기 자동차

  상업용 전기 자동차의 경우 우리가 일상적으로 가장 접하기 쉬운 것은 대형 버스입니다. 시외버스나 고속버스의 경우 이동거리가 목적지에 따라 배터리 완충 시 이동할 수 있는 주행거리의 영역을 벗어나는 경우도 있기 때문에 현재 채용되는 경우가 적지만, 시내버스의 경우 운행 스케줄이 일정하게 정해져 있어 충전의 타이밍을 맞추기도 쉬우며 시내버스 종점에 위치한 시내버스 업체 주차장 같은 곳에 충전 시설을 구축해 놓기가 용이하기 때문에 일찍부터 도입되고 있습니다. 정부나 지자체의 입장에서도 탈이산화탄소를 정책적으로 추진하기 위해 대중교통을 시작점으로 하기 쉬우면서도 일반 대중에게 선전이나 광고의 효과도 기대할 수 있기 때문에 적극적으로 도입하게 됩니다.

  택시의 경우도 도로에서 흔히 볼 수 있을 정도로 보급화 되고 있습니다. 전기 택시의 경우 택시 사업장의 경우 충전 시설을 구축해 놓고 소속되어 있는 차량들을 관리할 수 있으며, 회사 택시나 개인택시의 구분 없이 전기차의 저소음은 택시를 탑승하는 고객에게 그 자체로 하나의 서비스가 될 수 있는 이점 가지고 있습니다. 또한 택시로 이용되는 전기 차량들의 경우 대부분 최근에 출시된 신형 차량들이기 때문에 디자인이나 성능면에서 우수할 뿐만 아니라 탑승하는 손님으로 하여금 전기 자동차를 탑승 체험하게 하는 효과를 가질 수 있어 이들의 미래 차량구매에서 전기 차에 대한 구매 고려를 하게 하는 효과를 낳기도 합니다.

  전기 트럭의 경우 대형 물류 업체에 충전시설을 배치하고 업체 소속의 차량을 운영하는 경우도 있고 개인 사업자가 전기 트럭을 구매하여 운영하기도 합니다. 현재 전기트럭의 경우 수요가 매우 높기 때문에 구매주문을 한다 하더라도 신차를 받기 까지가 상당히 오래 걸린다는 얘기가 있습니다.

  그 밖의 특수 용도로 운영되는 전기 차량의 경우는 화물운반에 쓰이는 터렛트럭이나 포크리프트 차량, 위에서도 언급한 골프카트, 요구르트는 배송에 사용되는 카트 등이 전동으로 많이 이용되고 있습니다. 또한 넓은 의미로 전기 휠체어나 노인용 카트 또한 대부분 전동으로 운영되고 있고 대형 마트나 시장 내에서 이동하는 차량이나 카트의 경우 내연기관 차량은 매연등으로 상품을 더럽힐 우려가 있기 때문에 전기 모터를 탑재한 차량을 운행하기도 합니다.

  스위스의 대표적인 관광지인 체르마트의 경우 내연기관의 자동차 탑승을 금지하고 마을 내에 이동하는 차량은 원칙적으로 모두 전기차로 운행하게 되어 주변의 청정환경을 보호하고 있습니다. 또한 영국의 우유배달용 차량의 경우도 전기차로 운영하고 있는데 이는 이른 아침시간에 운행하는 내연기관의 엔진 소리가 시끄럽다는 민원들에 의해 전기 차량으로 운행하기 시작한 것이 지금은 정착된 경우도 있습니다.

  전기 자동차 구매를 고려 중인 사람이라면 가장 신경 쓰이는 부분이 바로 충전시간일 것입니다. 예전부터 지적되어 왔던 주행거리문제는 일반 내연기관 차량들과 거의 비슷한 수준, 또는 그 이상의 성능을 보여줄 정도로 많이 발전해 왔습니다만 전기 충전에 걸리는 시간은 조금 더 가야 할 길이 남아있는 듯합니다.

  사용 중인 스마트폰의 충전시간에 대해 관심이 있는 분이라면 최신 기술에 대해 잘 아실 텐데요, 흔히 선만 꽂아서 충전램프에 불이 들어오고 스마트폰에 충전 중이라고 표시만 된다면 그냥 내버려 두시는 분들도 있으실 테지만 요즘 젊은 사람들, 특히나 MZ세대 및 스마트폰을 일상생활에서 밀접하게, 지속적으로 사용하는 분들이라면 완전 충전에 걸리는 시간에 민감할 수도 있습니다. 이전에는 보조 배터리로 이러한 부분을 소소하게라도 커버하기도 했지만, 기술이 발전함에 따라 보조 배터리가 아닌 본체의 배터리 자체를 빨리 정말충전시켜 버리는 기술들이 나오고 있습니다. 일반 충전 외에 대부분의 스마트 폰이 지원하는 고속 충전모드는 고속충전을 지원하는 충전기 본체와 충전 케이블을 교환함으로써 충전시간의 향상을 체감할 수 있고, 최신스마트폰에서 지원하는 초고속충전의 경우도 동봉되어 있거나 별도로 초고속 충전을 지원하는 충전기 및 충전 케이블을 구매하여 사용하면 이전에는 느끼지 못했던 엄청나게 빠른 충전 속도를 경험할 수 있습니다. 만약 기존보다 빠른 새로운 충전 속도를 체감해 본 적이 있다면 그 이전세대의 충전기들은 답답하고 느려서 더 이상 사용할 수 없을지도 모릅니다.

  현재 전기 자동차에서도 급속 충전과 일반 충전이 있지만, 전기차 이전에 내연기관 자동차를 탔던 사람들이라면 주유소에서 일반적인 휘발유나 경유, LPG 등을 넣었을 때 보다 훨씬 오래 걸리는 전기차 충전 시간이 부담스럽게 느껴질 수 있기 때문에 이는 내연기관차에서 전기 차로 넘어가는데 커다란 진입장벽이 되고 있습니다.

  전기자동차에서 급속 충전은 30~40분 정도로 주로 충전 스테이션이나 대형 쇼핑몰 등 공공장소에서 운영되고 있으며, 일반충전의 경우 가정에서 개별적으로 이용하는 경우가 대부분입니다. 충전 요금은 급속 충전이 이를 운영하는 곳이나 급속충전 모드의 영향을 받기 때문에 상대적으로 비싸며, 가정에서 사용하는 일반 충전의 경우 충전 시간에 저녁 늦게부터 아침까지 충전하는 경우가 대부분이라 시간이 길지만 분당 충전요금이 저렴하고 심야전기요금의 영향도 받기 때문에 이용 요금 면에서는 유리한 면을 가질 수 있습니다.

  현재 몇 분 정도로 충전이 완료되는 급속 충전기도 개발되고 있긴 하지만, 일반적으로 축전지의 용량 상한 근처는 내부 저항이 높아져 온도 상승과 충전 효율이 약화되는 경향이 있고 이로 인해 충전 시간도 늘어나기 때문에 완전 충전이 아닌 80% 충전으로 끝내는 방식이 채택되어 운영되고 있습니다.

  급속 충전의 경우 배터리 내부의 화학적 부담이 심하고 배터리의 적절한 온도 관리가 되어있지 않은 경우 온도가 상승하여 배터리의 수명이 짧아질 수 있기 때문에 급속충전보다 일반충전을 주로 사용한 배터리의 수명이 더 긴 경우가 많다고 할 수 있습니다.

  전기 자동차 충전에 사용되는 충전규격의 경우 일본에서 개발된 'CHAdeMO' 라는 90kw까지의 직류(DC)를 이용한 급속충전방식이 세계에 보급화되어 사용되었지만 최근에 들어서는 유럽이나 미국 중국 등 전기차 생산이 활발해지고 경쟁이 치열해지면서 독자적인 고규 격의 급속 충전 설비를 개발하고 이에 대응한 표준 규격들이 새롭게 생겨나고 있기 때문에 CHAdeMO의 입지는 서서히 줄어들고 있는 추세입니다. 미국의 테슬라의 경우 250kw에 대응하는 슈퍼 충전기를 내세우고 있습니다. 현재 일본의 경우 대부분이 CHAdeMO이 사용되고 있으며, 개량버전을 2018년 6월 CHAdeMO 2.0에서 400kw까지 끌어올렸고 이를 8월에 다시 CHAdeMo 3.0에서 350~900kw까지 상향시켰습니다. 하지만 3.0의 경우 커넥터 형상이 이전과 다르기 때문에 1.0, 2.0과 호환되지 못하고 실제로 일본에서 보급되고 있는 급속 충전기는 대부분 20~50k 급입니다.

  스마트 폰의 무선충전 기능과 유사하게 전기자동차에도 케이블이 필요없는 비접촉 충전 방식이 개발되고 있지만, 아직까지 보급에는 이르지 못하고 있습니다.

  고속충전과 일반충전 외에도 다쓴배터리와 충전이 완료된 배터리를 교환하는 방식도 있습니다. 이는 긴 충전시간을 단시간에 배터리만 분리 및 교체하여 시간을 줄이는 취지에서 도입된 방식입니다. 이 방식은 전기를 충전하는 것이 아닌 배터리 교환 서비스 자체가 판매의 대상이기 때문에 공급자의 입장에서는 매출 이익을 올리는데 유리하고, 전기자동차 운전자의 입장에서는 배터리의 상태유지의 수고를 덜어낼 수 있는 장점이 있습니다. 

  미국의 테슬라의 경우 90초만에 테슬라 모델 S의 배터리를 교환하는 시스템을 개발 중인데 이는 일반 내연기관 자동차 급유에 걸리는 3분, 수소연료전치 충전에 걸리는 5분 정도의 시간보다도 훨씬 빠르다고 할 수 있습니다. 또한 르노, 닛산, 미쓰비시 얼라이언스는 충전 스탠드의 정비 및 운영을 하고 있는 미국의 베타 플레이스사와 함께 전지 교환소의 보급에 열을 내고 정부나 지자체에 의한 보조금이나 세금 우대를 도입한 전기 자동차의 발매를 계획하고 있습니다. 베타 플레이스에서는 전력의 보급문제를 전기자동차에 탑재되어 있는 배터리에 충전하는 방식이 아닌 카트리지식 전지를 교환하는 방법을 내세우고 이를 통해 충전 시간의 문제를 해결할 수 있다고 합니다. 또한 과거의 휴대전화의 비즈니스 모델에 입각하여 전기자동차의 본체는 사용자에게 거의 무료로 공급하고 전지의 이용에 따른 요금 수입에 의한 경영방침 또한 준비 중이라고 합니다.

  전기 자동차의 핵심기술은 배터리라고 할 수 있습니다. 일반적인 중금속이나 희소한 금속물질 등을 다량으로 소비하는 이전 세대의 배터리들을 대량으로 차량에 탑재하여 사용하는 전기 차량들의 경우에는 환경영향평가인 라이프 사이클 어세스먼트(LCA)의 관점에서 바라보았을 때 문제점들이 지적될 수도 있겠지만 이는 급속한 기술의 발달, 새로운 기술의 개발 등에 의해 점차 해결되고 있습니다. 배터리의 전해질에 이용되는 원자번호 3번인 리튬의 육상 자원은 풍부하고, 해수 중에 풍부하게 존재하는 리튬을 추출하는 기술도 이미 있기 때문에 리튬은 저렴한 가격으로 공급이 가능합니다. 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 희소 원소는 정극 재료에 사용되어 온 코발트이며 현재 비용의 70% 정도 비율을 차지합니다. 하지만 코발트 외에도 니켈, 망간, 인산철 등을 사용한 정극재료도 개발되어 희소 원소를 전혀 사용하지 않는 리튬이온 이차전지도 채용되고 있습니다. 니켈의 경우 희소원소이긴 하지만 코발트보다는 저렴하고, 망간의 경우 베이스가 되는 금속은 아니지만 희소원소가 아니기 때문에 저렴한 편입니다. 인과 철의 경우는 흔한 금속이기 때문에 더욱 저렴하게 이용할 수 있습니다.

  전기 자동차 배터리의 정비나 수리 등으로 전력계통에 접촉하는 경우에는 감전사고의 위험이 있으며 전기를 저장하거나 방출하는 부품인 캐패시터를 이용한 전력원에서는 특히 주의가 요망됩니다. 축전지로부터의 누전은 곧바로 알기 힘들기 때문에 정비사에게는 안전 작업에 대한 교육과 더불어 현장에서도 경각심을 일깨워 줄 필요가 있습니다. 일본의 경우 기존에는 저압 전기 취급자의 특별교육을 수료하는 것이 요구되었지만, 2019년 10월 이후부터는 전기 자동차와 하이브리드 차의 정비에 전기 자동차 등의 정비업무에 관련된 특별교육 또한 추가로 요구되고 있습니다. 전기 차동차의 경우 기존 내연기관 자동차와는 구동계의 정비가 완전히 달라지고 전기를 바탕으로 움직이기 때문에 특별한 자격이 요구되고 기술이 발달함에 따라 이러한 자격이나 교육이 점차 세분화되어야 할 필요가 있습니다.

  리튬

  리튬은 경략,대축전량의 이온 이차전지에 사용되고 있습니다. 일본의 경우 일본의 경제산업서의 분류에서 리튬은 기본금속물질이 아니라 희귀 금속물질로 분류하고 있긴 하지만, 그렇다고 희소 원소는 아닙니다. 리튬의 육상 자원의 경우 모든 대륙에 존재하지만 그중 풍부한 매장량을 가진 광산이 뛰어난 경쟁력을 가지며 가격 컨트롤을 하기 때문에 그 밖의 광산들은 경쟁에 밀려 광산 조업을 하지 않는 방식으로 자원 채굴이 이루어집니다. 이것을 일반적으로는 편재라고 부릅니다. 리튬이온 이차 전지에 있어서 리튬의 사용량은 적어 수급이 원활하지 않을 가능성은 적습니다. 리튬의 경우 해수 중에는 무수히 녹아 존재하고 있으며 현재의 과학기술로도 이를 채취하는 것이 가능하지만 이 기술이 더욱 발전해야 할 부분이 있으며 이 기술의 효율이 이후 극대화 될 경우 육상에서 채취하는 리튬의 가격 또한 억제될 것입니다.

  코발트

  리튬 이온 이차전지에서 사용되는 금속 중 희귀 금속은 양극의 재료에 사용되는 코발트입니다. 2009년 당시 다 사용된 리튬이온 이차 전지에서 재활용으로 다시 꺼내서 사용하는 것은 코발트뿐이었고, 리튬의 경우 재사용 분리 기술이 경제성이 없고 때문에 전혀 재사용되지 않았습니다. 리튬이온 이차전지의 전체 가격 중 70% 정도의 비용이 바로 코발트 값이라고 합니다. 현재는 니켈이나 망간, 인산철 등의 정극 재료도 존재하고, 코발트를 사용하지 않는 리튬이온 이차 전지도 채택하여 사용하고 있습니다.

  희토류

  작고 가볍지만 고출력의 전동기인 네오디뮴 영구자석 동기 전동기를 만들기 위해서는 희소 원소인 네오디뮴이나 디스프로슘 등의 희토류가 사용되어 가격 상승 등의 영향을 받기 쉽습니다. 때문에 자석의 제조사는 재활용 기술의 확립에 주력하고 전동기 제조사는 희토류를 사용하지 않는 전동기의 개발에 주력하고 있습니다. 2008년에 일본의 히타치 기업은 디스프로슘을 사용하지 않는 모터의 개발에 성공 하였습니다.

  또한 고정자가 만드는 회전 자계에 의한 전기 전도체의 회전자에 유도 전류가 발생하여 미끄러짐에 대응하는 최전 토크가 발생하는 유도 전동기를 채용함으로써 희소 원소를 사용하지 않기도 합니다. 유도 전동기의 경우 고속 회전과 저부하의 효율이 좋기 때문에 제어를 고도화한다면, 종합 효율은 네오디뮴 영구자석 동기 전동기에 뒤떨어지지 않습니다. 뿐만 아니라 유도 전동기는 복수의 모터를 설치해도 단일 컨트롤러로 제어할 수 있는 이점이 있습니다. 실제로 미국 테슬라 사의 로드스터나 모델 S는 유도 전동기를 이용하고 있습니다. 특히 테슬라 전기자동차에서는 후륜사이에 유도 전동기와 컨트롤러를 설치하고, 그 위에 통상의 트렁크 룸이 있을 뿐만 아니라, 그 바로 뒤에는 서브 트렁크, 프런트 보닛 내에도 트렁크 룸이 있습니다. 네오디뮴 영구 자석동기 전동기는 설치 공간이 적은 하이브리드 자동차나 인휠모터에 필요한 것만으로 순전기 자동차에는 엔진이나 변속기가 없는 대신 공간이 있기 때문에 차재형 유도 전동기로 충분합니다.

  희토류 자석이 불필요한 전동기로 스위치 트릴랙턴스 모터가 있습니다. 일반적인 영구자석식 전동기는 전자석의 흡인력과 반발력을 모두 사용하여 회전하는 반면, 스위치 트릴랙턴스 모터의 경우 스테핑모터와 같이 회전자의 흡인력만으로 회전이 가능합니다. 

  영구 자석 동기 전동기와 스위치 트릴랙턴스 모터의 하이브리드 전동기도 널리 이용되고 있기 때문에 영구 자석의 사용량을 줄이는 효과를 볼 수 있습니다.

  지난 글에서 전기차의 다양한 장점들에 대해 살펴보았습니다만 몇 가지 더 추가적으로 살펴보려 합니다. 기존 내연기관자동차와 비교했을 때 너무나 새로운 점들이 많고 많은 부분이 달라졌기 때문에 지난 글에 다 언급하지 못하였네요. 몇 가지 장점들을 추가로 언급한 뒤 단점들도 정리해 보도록 하겠습니다.

  15. 엔진 크기가 소형이라 공간의 활용이 좋아진것 뿐만아니라 구동계 자체의 레이아웃도 기존 내연기관 자동차들에 비해 제약이 많이 감소하였습니다. 예를 들면 차량 후방에 모터를 설치하더라도 승차할 수 있는 인원수와 여유공간, 적재공간 등을 확보할 수 있기 때문에  전륜구동, 구륜구동 등 모터의 설치 위치도 자유롭게 할 수 있고 또한 모터의 수 자체를 늘려 전륜과 후륜 간의 별도 모터 사용으로 차량 중간을 가로지르는 샤프트를 사용하지 않아도 됩니다.

  16. 휘발유, 경유 등과 같은 가연성 폭발성이 강한 화석연료가 필요 없기 때문에 화재나 폭발 위험이 이전보다는 많이 줄어들었습니다.

  17. 전기 자동차는 동력 구동계의 설계 자체가 심플하기 때문에 응답속도가 빠르고 제어하기 쉽습니다.  

  18. 내연 기관 자동차는 운행 중 고도가 높아지게 되면 대기압이나 산소 농도 저하에 따라 차량의 엔진 내부 기압 등이 변화되고 이에 따라 차량 출력이 저하되기도 하지만, 전기자동차의 경우 이러한 고도 변동에 의한 영향을 받지 않으며 일정한 출력을 유지할 수 있습니다.

  19. 전기 자동차에 이용되는 전기 모터는 차량 출발시 부터 최대의 토크값을 얻을 수 있으며, 마찰 손실이 발생하는 트랜스미션 등을 사용하지 않고 직접 바퀴에 동력을 전달하는 것이 가능하기 때문에 가속 능력이 매우 우수합니다. 이와 관련하여 인휠 모터, 휠 모터, 허브 모터라고 불리는 기술이 개발되기도 했는데 이는 전기 자동차 등에 사용되는 바퀴의 허브 내부에 모터를 장착하여 동력 전달 시 발생할 수 있는 손실을 최소화할 수 있습니다. 이는 차세대 전기 자동차의 핵심적인 기술이 될 것으로 예상해 볼 수 있습니다. 인휠 모터 내에 감속기어를 사용하는 기술도 존재하고, 디렉트 드라이브 인휠 모터라고 불리는 변속기 자체를 아예 설치하지 않는 인휠 모터 기술도 개발되고 있습니다.

  20. 배터리의 기술 발달로 인해 완충시 주행거리가 600km가 넘는 전기 차들도 이미 많이 존재하며 내연기관 차량들과 비교해도 밀리지 않는 수준까지 발달하였습니다. 또한 배터리의 기술은 점점 더 발달할 예정이기 때문에 주행거리는 갈수록 더욱 늘어날 전망이며 충전 시간의 단축 또한 점점 더 빨라지는 초고속 충전기술이 나올 것으로 전망됩니다.

  물론 이 밖에도 다양한 전기자동차의 장점들이 존재하고 전기자동차의 제조사들 마다 특별한 기능과 장점을 앞세운 차량들을 출시하고 있습니다만, 장점의 언급을 이정도 선에서 줄이고 이제 전기 자동차의 단점, 개선해 나가야 할 부분들에 대해 언급해 보고자 합니다.

  1. 휘발유, 경유, LPG 등 화석연료차의 급유, 가스충전 시간에 비해 전기차의 충전 시간이 오래 걸립니다. 따라서 기존 주유소에 비해 전기차 충전소는 차량 충전의 회전율이 매우 나쁩니다. 최근 전기차 충전 인프라가 많이 늘어났다고는 하지만 여전히 그 수가 많이 부족한 실정이고 충전 시간 또한 오래 걸리기 때문에 명절 연휴의 경우 전국 고속도로 휴게소에서 전기차 충전소는 차량대기열이 엄청나게 길었으며 다음 휴게소에서 충전소의 이용가능상황 또한 불투명한 경우가 많아 쉽게 포기하거나 움직일 수 있는 상황이 아닌 경우가 많았습니다. 충전소 관련 인프라의 확대와 더불어 빨라졌다고는 하나 초고속 충전 기술의 개발은 앞으로도 시급한 과제로 남아있습니다.

  2. 전기자동차에 사용되는 2차 전지는 공간 당 차지하는 크기나 중량당 에너지가 화석연료에 비해 작기 때문에 동일한 공간 당 차지하는 크기,  동일한 중량일 경우 주행거리가 내연기관 자동차에 비해 짧은 단점이 있습니다. 예전 플로피 디스크에서 CD, DVD, USB 등으로 데이터를 압축하거나 레이어를 겹쳐 쓰는 등 여러 방식으로 발전해온 저장매체의 발전처럼 전기자동차의 배터리도 다양한 전기 저장기술 등을 개발하여야 할 필요가 있습니다.

  3. 외부의 온도가 지나치게 저온이거나 고온이 될 경우, 전기자동차의 배터리에 적절한 온도관리 시스템이 갖추어지지 않았을때 충전 속도가 저하되거나, 배터리가 열화 되어 온도가 급상승하는 등의 문제가 발생할 수 있고, 배터리의 전지 소모도 빨라질 수 있습니다. 이는 지난겨울 미국의 테슬라 자동차가 가능한 주행거리의 km수가 기온이 낮아짐에 따라 크게 줄어들어 회사의 주식가격이나, 이미지에 큰 타격을 입는 등 문제가 되기도 하였습니다.

  4. 자동차를 주기적으로 주행하지않고 방치하게 되면 자연방전에 의한 배터리 잔량이 감소하기 때문에 가까운 곳에 충전시설이 갖추어져 있지 않은 경우 주의해야 합니다. 만약 완전히 자연방전이 돼버린다면 보험서비스를 부른다거나 휴대용 비상 배터리를 사전에 구비해 놓는 등의 대처가 필요합니다.

  5. 전기 자동차는 동력원과 구동계에서 발생되는 소음이 매우 적고 폭발에 의해 동력을 얻는 방식이 아니기 때문에 내연기관 자동차보다 훨씬 조용합니다. 무소음은 전기동차의 큰 장점이기도 하지만 보행자의 입장에서는 근처에 접근하는 자동차의 존재를 의식하기 힘들기 때문에 사고의 위험에 노출되는 상황이 발생하기도 합니다. 청각 기능이 약한 고령자나 청각 장애인, 시각 장애인, 이어폰이나 헤드셋을 착용한 보행자 등이 특히 위험에 노출되기 쉽습니다. 또한 차량의 조용함을 악용한 소매치기 범죄의 사례도 외국에서 발생한 적이 있어서 더욱 주의해야 하며 이로 인해 차량이 보행자에게 접근 시 소리로 이를 알리는 '차량 접근 통보 장치'의 설치가 대책으로 의무화되기도 하였습니다.