전기자동차 역사, 배출가스 규제를 대응하기 위한 최적의 방안

초기 전기자동차는 디젤엔진, 가솔린 엔진을 사용하는 내연기관의 자동차보다 먼저 고안 되었다. 전기자동차에 대한 관심과 기술개발을 위한 노력은 19세기 초반 부터 진행되어 왔다.

 Fig. 1.6은 1828년 헝가리의 아뇨스 예드릭에 의해 동력을 갖춘 최초의 전기자동차 모형을 개발한 것이다. Fig. 1.7은 1830년대에 스코틀랜드의 로버트 앤더슨(Robert Anderson)이 최초의 원유전기마차를 발명한 것이다. 1835년에 네덜란드 그로닌겐의 스트라틴(Sibrandus Stratingh of Groningen)교수는 소형의 전기자동차를 설계하였다. 1842년경에 미국의 토마스
다벤포트(Tomas Davenport)와 스코틀랜드의 로버트 데이빗(Robert Davidson)에 의해 제작된 모델이 최초로 생활에서 이용 가능한 DC모터를 장착한 전기자동차를 개발하였다. 하지만 이전 전기자동차는 재충전이 불가능한 배터리를 장착하고 있어 실용적이지 못했다. 1865년 프랑스의 가스 톤 프란테(Gaston Plante)에 의해 재충전이 가능한 축전지를 발명하였으며, 1873년 영국의 로버트 데이빗(R. Davidson)에 의해 전기자동차를 실용화했다. 1881년에는 프랑스의 카미르 파우레(Camille Faure)가 기존의 재충전할 수 있는 축전지를 개량하여 전기자동차에 처음 축전지를 적용했고, 이듬해 구스타브 트루베(Gustave Trouve)는 프랑스 파리에서 열린 국제 전기박람회에서 전기를 사용한 삼륜 자동차의 구동을 입증하여 전기자동차의 비약적인 발전을 가져왔다. 전기자동차는 내연기관 자동차에 비해 진동 및 소음이 작았다. 또한, 차량 속도에 따라 기어를 바꿔야하는 방식에 비해 기어 변속의 필요성이 없기 때문에 운전조작이 간편하여 기득권 세력이나 여성들로부터 많은 관심을 받게 되었는데, 기술적 한계로 인해 그 당시 전기차의 최고속력은 시속 32km에 불과하다는 것이었다. Fig. 1.8은 1899년 까뮈 제나지(Caille Jenatzy)가 제작한 당시 세계 최고 시속 105km를 기록한 전기자동차이다. 모델명은‘La Jamais Contente’이며, 이 당시 내연기관 자동차의 최고기록이 50km인 것에 비해 상당히 고속 차량이었음을 알려준다. 1899년 이후 전기자동차에 대한 수요 및 공급이 증가했고, 1912년에 그 정점을 기록하게 되었다. 전기자동차의 황금기를 맞이했지만 1920년대 미국의 원유 발견으로 석유의 가격 경쟁력이 상승하게 되었고, 값싼 가격으로 휘발유 구매가 가능해졌다. 이에 따라 내연기관을 대량으로 생산이 가능해짐으로서 가격이 상당히 떨어지게 되고, 석유 기반의 내연기관 차량이 시장에서 급부상하기 시작하여 전기자동차는 일부 교통수단으로 이용되게 되었다. 1930년대에 접어들면서 전기자동차는 가솔린(Gasoline) 자동차에 비해 가격이 비싸고, 배터리의 무거운 중량, 재충전 시간문제 등의 문제로 시장에서 대부분 사라지
게 되었다.

시장에서 대부분 사라지게 된 전기자동차는 1990년대 다시금 관심을 받기 시작했다. 내연기관 차량의 배출가스로 인한 환경오염의 문제가 화두에 오르게 되었고, 미국 캘리포니아 주 정부는 전체 자동차 판매의 약 10% 수준으로 배기가스가 전혀 나오지 않는 차량을 판매해야만 하는‘배기가스 제로(ZEV: Zero Emission Vehicle)’을 제정함으로서 미국 제너럴 모터스(GM)가 전기자동차를 선보이는 계기를 마련하였다. Fig. 1.9는 1996년에 GM 사의 양산 1호 전기자동차인‘EV1’을 제작하였으며, 배터리가 완충되는 시간은 약 4시간 정도 소요되고 1회 충전 당
160km 주행이 가능했다. 미국의 배기가스 제로법 제정에도 불구하고 GM사의 EV1은 정유 업계 및 자동차 관련 업계의 영향, 2003년 배기가스 제로법 철폐, 낮은 수익성 등의 여러 가지 문제로 인해 생산라인 및 EV1을 폐기시켰다.전기자동차의 생산 및 기술개발에 전념한 GM사의 몰락에도 불구하고 2000년대 이후 해를 거듭할수록 내연기관의 차량에서 발생되는 배기가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 입자상물질(Particulate Matter: PM) 등 인체에 유해한 물질을 배출하고, 이산화탄소(CO2)는 대기를 오염시키고 환경문제를 야기하기 때문에 자동차의 배출가스 규제는 더욱 엄격해졌다. 현대 사회에서의 전기자동차는 배출가스 규제를 대응하기 위한 최적의 방안이 되었고, 국내의 경우에는 Fig. 1.10과 같이 초기 전기자동차는 근거리 위주의 주행 가능한 출·퇴근용으로 개발되어 출시되었다. 친환경 차량인 전기자동차의 관심과 수요가 증가함으로서 운전자들은 도심주행 뿐만 아니라 도시외곽 주행이 가능한 전기자동차의 수요가 발생했다. 각 제조사들은 이를 해결하기 위한 방안으로 기존 배터리팩 내부에 배터리셀을 추가적으로 탑재하여 주행거리를 확보하였다. 테슬라의 경우 800km 이상 주행이 가능한 Model S를 출시했고, 아우디, 벤츠 등 여러 제조사들은 배터리 셀을 추가적으로 탑재하여 300km 이상 주행이 가능한 전기자동차 출시 예정 중에 있으며, 향후 고용량 배터리팩 기반의 차량이 개발 및 출시될 것으로 예상된다. 

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