미래의 자동차는 EV (Electric Vehicle)

전기자동차는 19세기에 실용화되었으며 내연기관을 동력원으로 하는 엔진자동차보다 먼저 시판되었습니다. 스피드는 빨랐지만 전지의 중량과 크기의 개선이 이루어지지 않아서 엔진자동차가 주류가 되었습니다. 그 후에도 몇 번의 주목을 받은 시기가 있었지만 이산화탄소에 의한 지구 온난화, 화석연료에 대한 과도한 의존 등의 문제로 21세기 초부터 본격적으로 주목받기 시작했습니다. 반도체에 의한 모터제어의 고도화와 전지의 기술진보도 큰 영향을 주었습니다. 전기자동차는 EV라고도 하며 넓은 의미로는 전기 에너지를 모터를 통해 운동에너지로 변환해서 구동력을 얻는 자동차를 말합니다. 태양전지를 전원으로 하는 솔라카도 있지만 실용성 면에서 사용가능하다고 보는 것이 2차 전지식 전기자동차와 연료전지 자동차입니다. 모터를 구동에 사용하는 하이브리드 자동차도 EV로 분류됩니다. 이 중에서 좁은 의미의 EV는 2차 전지를 전원으로 하는 2차 전지식 전기자동차입니다. 구별할 때에는 퓨어 EV라고 하며 배터리의 머리글자를 붙여서 BEV라고도 합니다. 플로그를 끼워서 충전하는 방식인 플러그인 EV도 늘어나고 있지만 이것은 엄밀하게는 BEV의 일종입니다. BEV 중에는 2차 전지 교환식 전기자동차도 있습니다. 현재 BEV는 1회 충전으로 주행할 수 있는 거리가 그리 길지 않기 때문에 항속거리를 연장시키기 위해 발전 시스템을 탑재한 레인지 익스텐더 EV도 등장했었습니다. 현재의 발전 시스템은 내연기관의 엔진으로 발전기를 돌리는 것이므로 하이브리드 자동차의 일종이라고 할 수 있습니다. 연료전지 자동차는 연료전지를 전원으로 하기 때문에 FCEV로 줄여서 부릅니다. 기술적으로는 실용 가능한 영역에 도달했다고는 하지만 아직 연료 공급체계 등의 문제가 남아있습니다. 모터는 큰 토크를 내면서 회전을 시작할 수 있고 회전수의 범위도 넓습니다. 전원 조작으로 역회전을 시킬 수도 있습니다. 때문에 엔진 자동차와 같은 트랜스미션이 필요없습니다. 다만 발진 때의 토크를 크게 하거나 고출력을 내기 위해서 파이널 기어와 기어와 같은 감속기구가 사용되는 경우가 있습니다. 현재 시판되고 있는 EV는 1개의 모터를 사용하고 디퍼렌셜 기어에 의해 커브 등에서 발생하는 좌우 구동바퀴의 회전차를 흡수하고 있는 것이 많습니다. 지금은 좌우 구동바퀴에 각각 모터를 장비한 EV의 개발도 진행되고 있습니다. 이렇게 하면 각각의 모터를 경량화할 수 있으며 디퍼렌셜의 중량과 공간을 줄일 수 있습니다. 직진의 유지 등 모터 제어에는 고도의 기술이 필요하지만 구동력 배분에 의해 작은 반경의 커브 능력을 높이거나 자동차의 움직임을 안정시킬 수도 있습니다. 스포츠 타입 등 고출력이 필요한 자동차에는 4개의 모터를 탑재해서 4WD로 만들면 고출력이 가능하고 차량 앞뒤의 중량분배도 좋게 할 수 있습니다. 이러한 자동차 이외에도 4WD는 움직임 제어 등에서 안정성을 높일 수 있습니다. 나아가 좌우 바퀴를 역회전시켜서 제자리에서 선회하는 주행도 실현 가능하나도 합니다. 리튬이온전지의 공칭전압은 5V가 되지않는 정도로 낮아서 이대로는 모터의 구동이 어렵고 저전압으로 사용하면 손실이 큽니다. 떄문에 직렬로 연결해서 전압을 높이고 병렬로 연결해서 용량을 크게 하고 있습니다. 각각의 전지는 배터리 셀 이라고 합니다. 다루기 좋도록 여러 개의 셀을 하나로 모은 것을 배터리 모듈이라고 합니다. 그리고 여러 개의 모듈을 차량에 장착하기 쉽도록 정리한 것을 배터리팩이라고 합니다. 플러그인EV의 파워트레인 중에서 배터리팩은 가장 큰 공간을 차지합니다. 따라서 한곳에 집중해서 배치하지 않고 차내 각 부분으로 분산시켜서 배치하는 경우도 있습니다. 전지는 고온에 약하기 때문에 냉각을 위한 시스템도 설치되어야 합니다. 플러그인EV의 충전방법에는 가정용 단상교유 전원으로 하는 보통충전과 고압대전류로 하는 급속 충전이 있습니다. 일본의 EV는 일반적으로 두 가지 충전 커넥터를 모두 가지고 있습니다. 유럽은 하나의 커넥터로 보통충전과 급속충전을 모두 할 수 있는 콤보 방식이 책정되어 있습니다. 보통충전은 일반 가정에 공급되는 전압을 이용하기 때문에 시간이 걸리지만 충전기의 구조는 간단합니다. 한편 급속충전은 300V가 넘는 직류의 대전류를 사용하기 때문에 단시간에 충전할 수 있습니다. 하지만 전지를 보호하기 위해서는 전압과 전류의 엄격한 관리가 필요합니다. 충전기와 차량의 컨트롤 유닛의 사이에서 통신하므로 충전기의 구조가 복잡해서 개인이 소유하기에는 가격이 높습니다. 급속충전기를 갖춘 충전 스테이션은 공업용 3상 교류를 충전기에서 직류로 변환하고 있습니다. 연료전지 자동차(FCEV)는 연료전지로 발전한 전력으로 모터를 돌려 주행하는 전기자동차입니다. 모터를 중심으로 하는 구동장치, 연료전지, 연료탱크, 2차 전지, 파워 컨트롤 유닛으로 구성됩니다. 파워 컨트롤 유닛은 모터와 2차 전지를 제어합니다. 이 부분은 모터에 전력을 공급하는 인버터, 충전 시에 교류를 직류로 변환하는 AC/DC컨버터, 인버터와 컨버터에 지시를 하는 ECU 등으로 구성됩니다. 파워 일렉트로닉스에 사용되는 전력용 반도체소자는 컴퓨터에 사용되는 반도체 소자처럼 작지 않기 때문에 컨트롤 유닛도 엔진 자동차의 ECU처럼 작지 않습니다. 차종에 따라서는 컨트롤 유닛을 인버터, 컨버터와 독립해서 배치하는 경우도 있습니다.