오늘날 도로 위의 대부분의 자동차를 움직이는 두 가지 매우 다른 기계가 있습니다. 하나는 금속 실린더 내에서 액체 연료를 태웁니다. 다른 하나는 전기를 사용하여 자석을 회전시킵니다. 엔진 후드 아래에서 무슨 일이 일어나는지 이해하면 이러한 차량이 왜 그렇게 다르게 느껴지고, 소리가 나고, 유지되는지 설명합니다.
내연 기관의 작동 원리
미국 에너지부에 따르면, 내연 기관(ICE)은 고정 실린더와 움직이는 피스톤으로 구성됩니다. 연료는 실린더 내에서 연소하며, 팽창하는 가스는 피스톤을 밀어 크랭크축을 회전시키고 결국 차량의 바퀴를 구동합니다.
에너지부가 설명하는 바와 같이, 대부분의 ICE 차량은 4행정 사이클(흡입, 압축, 연소/동력, 배기)로 작동합니다. 흡입 중에 피스톤이 내려가고 흡기 밸브가 열려 공기와 연료를 빨아들입니다. 압축 중에 밸브가 닫히고 피스톤이 올라가 공기-연료 혼합물을 압축합니다. 파워 스트로크에서 압축 혼합물이 점화되어 피스톤을 밀어내고, 배기 스트로크에서 피스톤이 다시 올라가면서 두 번째 밸브가 열려 사용한 가스를 배출합니다.
에너지부는 두 가지 주요 엔진 설계를 구별합니다: 스파크 플러그가 연료-공기 혼합물에 점화하는 스파크 점화 가솔린 엔진과, 연료가 뜨겁고 고도로 압축된 공기에서 자체 점화하는 압축 점화 디젤 엔진입니다. ICE는 천연가스, 프로판, 바이오디젤 또는 에탄올과 같은 대체 연료로도 작동할 수 있으며, 하이브리드 또는 플러그인 하이브리드 시스템에서 전기 부품과 결합할 수 있습니다.
전기 자동차 모터의 작동 원리
미국 정부의 fueleconomy.gov와 에너지부의 대체 연료 데이터 센터(AFDC)에 따르면, 완전 전기 차량은 엔진을 하나 이상의 전기 구동 모터로 교체하며 충전식 배터리 팩으로 전원을 공급합니다. AFDC는 핵심 구성 요소를 나열합니다: 에너지를 저장하는 구동 배터리, 들어오는 AC 전기를 충전용 DC로 변환하는 충전 포트 및 차량용 충전기, 액세서리용 전압을 낮추는 DC/DC 변환기, 모터 속도 및 토크를 관리하는 전력 전자 제어기, 그리고 바퀴를 구동하는 전기 구동 모터 자체(대부분의 설계에서는 변속기를 통해).
구동 배터리로 전원이 공급되는 전력 전자 제어기는 전기 구동 모터에 도달하는 전기 에너지의 양을 관리하고 모터의 속도와 그것이 생성하는 토크를 제어합니다. AFDC에 따르면, 별도의 열 시스템이 배터리, 모터 및 전자 장치를 적절한 작동 온도 범위 내에 유지합니다.
회생 제동: 역방향으로 작동하는 모터
종래의 ICE 차량에 상응하는 것이 없는 회생 제동이 있습니다. 마쓰다의 소비자 기술 페이지에서 설명하는 바와 같이, 에너지부 추정치를 인용하면, 운전자가 가속 페달에서 발을 떼거나, 브레이크를 밟거나, 언덕을 내려가며 해제할 때, 전기 모터는 역할을 뒤바꿉니다: 배터리 전력을 소비하여 바퀴를 회전시키는 대신, 회전하는 바퀴가 모터를 회전시키고, 이제는 발전기로 작동하여 전기를 배터리로 다시 보냅니다. 에너지부 추정치에 따르면, 마쓰다를 인용하면, 이 과정은 도시 및 고속도로 주행의 혼합 중에 전기 자동차의 약 22%의 주행 에너지를 회복합니다(하이브리드에서는 5-9%). 회생 제동은 긴급 상황에서 필요한 제동력을 제공할 수 없으므로, 종래의 마찰 브레이크는 백업으로 제자리에 남아 있습니다. 마쓰다가 지적합니다.
두 시스템이 효율성이 다른 이유
Fueleconomy.gov는 전기 자동차가 그리드에서 인출한 전기 에너지의 77% 이상을 바퀴의 전력으로 변환하는 반면, 종래의 가솔린 자동차는 가솔린에 저장된 에너지의 약 12%-30%만 바퀴의 전력으로 변환한다고 명시합니다(나머지는 주로 열과 엔진 마찰을 통해 손실됩니다). Fueleconomy.gov는 또한 EV 배터리가 온화한 기후에서 12-15년, 심각한 기후에서 8-12년 지속될 수 있으며, 완전 충전에는 일반적으로 3-12시간이 걸리고, 빠른 충전으로 약 30분 내에 80% 용량에 도달한다고 지적합니다.
내연 기관 대 전기 모터: 주요 차이점| 기능 | 내연 기관 | 전기 모터 |
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| 에너지원 | 가솔린, 디젤 또는 대체 액체/가스 연료 | 배터리 팩에 저장된 전기 |
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| 핵심 프로세스 | 4행정 연소 사이클(흡입, 압축, 동력, 배기) | 전력 전자 제어기가 배터리 전류를 구동 모터로 전달 |
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| 에너지-휠 효율 | 약 12%-30% (fueleconomy.gov) | 77% 이상 (fueleconomy.gov) |
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| 연료 보급/충전 | 연료 펌프에서 수분 | 풀 충전 3-12시간; 80%까지 빠른 충전으로 약 30분 (fueleconomy.gov) |
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| 제동 에너지 회수 | 해당 없음; 열로 손실된 에너지 | 회생 제동은 약 22%의 주행 에너지를 회수합니다 (DOE, 마쓰다 경유) |
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일반적인 용어 설명
- 크랭크축: 피스톤의 상하 운동을 회전 운동으로 변환하는 회전 샤프트입니다. 에너지부에 따르면.
- 구동 배터리: 전기 구동 모터용 에너지를 저장하는 충전식 배터리 팩입니다. AFDC에 따르면.
- 전력 전자 제어기: 배터리에서 전기 에너지가 어떻게 흐르는지 관리하고 모터의 속도와 토크를 제어하는 구성 요소입니다. AFDC에 따르면.
- 회생 제동: 감속 중에 전기 모터를 발전기로 사용하여 배터리로 전기를 다시 보내는 프로세스입니다. 마쓰다가 설명했듯이, 에너지부 추정치를 인용합니다.
