전기차/하이브리드는 화석연료를 사용하는 내연기관 외에 배터리를 통해 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 친환경 차량으로, 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차(EV, Electric Vehicle) 그리고 연료전지 전기자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle) 등으로 분류된다.
HEV는 연료와 전기(주행 중에 발생하는 전기를 통해
전기차/하이브리드는 화석연료를 사용하는 내연기관 외에 배터리를 통해 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 친환경 차량으로, 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차(EV, Electric Vehicle) 그리고 연료전지 전기자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle) 등으로 분류된다.
HEV는 연료와 전기(주행 중에 발생하는 전기를 통해 충전)를 함께 사용하기 때문에 내연기관 자동차에 비해 저속에서의 연비가 우수하며, 공해물질 및 이산화탄소 배출량이 낮은 장점이 있으나, 저용량(0.98~1.8kWh) 배터리를 사용하기 때문에 친환경 차량으로서의 기능은 낮은 수준으로 평가된다.
PHEV는 외부에서 충전한 배터리의 전기동력으로 주행하다가 배터리 방전 시 일반 HEV와 같이 내연기관의 엔진과 배터리의 전기동력을 동시에 사용하여 운행하고, HEV보다 대용량(4~16kWh) 배터리를 사용하여 전기모터를 주 동력원으로 하며, 외부 충전 시스템을 활용할 수 있다는 점에서 HEV와 차이가 있다.
EV는 내연기관 엔진 없이 전기모터와 배터리로 구성되어 차량 구조를 단순화할 수 있으며, 전기를 사용하는 모터만으로 주행하기 때문에 오염물질 및 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 거의 없는 장점이 있으며, 배터리 용량이 주행거리와 직결되기 때문에 고용량/고효율의 배터리 기술이 요구된다.
FCEV는 수소연료전지를 통해 전기를 얻어 구동하는 차량으로, 외부 전기의 공급 없이 연료전지 스택에서 수소와 산소를 반응시켜 생산된 전기로 모터를 움직여 주행하고, 수소의 경우 최초의 내연기관이 수소 내연기관인 만큼 역사가 긴 연료이지만 연료의 저장이나 기관 내의 연료 밀폐 문제 등으로 인하여 근래에서야 FCEV 제품이 나오고 있는 실정이며, 화석연료를 사용하지 않기 때문에 미세먼지 등 대기오염 물질과 온실가스가 전혀 발생하지 않고, 수소와 산소의 화학반응에 의한 물만 배출된다.
전기차/하이브리드를 구성하는 핵심기술로는 하이브리드 시스템, 회생제동 시스템, 가상 엔진 사운드 시스템, 배터리, 전기모터 그리고 인버터 등이 적용되고 있다.
향후 하이브리드/전기차가 기존의 내연기관 자동차를 대체할 것으로 예상되고 있으며, 친환경성 및 연비 효율성을 요구하는 산업 트렌드에 맞춰 친환경 자동차 시장이 점차 확대될 것으로 전망된다.
그러나 2021년 현재 하이브리드/전기차의 주행거리는 내연기관차에 비해 낮은 수준이며, 전기구동 기반 자동차의 경우 배터리 효율이 낮아 주행거리 및 주행속도 등의 성능 개선에 대한 요구가 꾸준히 증가하고 있다.
전기차 충전소는 EV 및 HEV의 배터리를 충전하기 위해 전기에너지를 공급하는 인프라로, 전기차 충전기는 크게 급속충전기와 완속충전기로 구분되며, 급속충전기는 충전 단자에서 배터리로 직류(DC)전력을 공급해 충전하는 방식이고, 완속충전기는 충전 단자에서 교류(AC)전력을 공급하고 전기차에 내장된 온보드차저(on-board charger)가 교류전력을 직류로 변환해 충전하는 방식이다. 글로벌 자동차 시장이 내연기관차에서 전기차 중심으로 개편되고 있고, 충전 인프라 기술 또한 발전하고 있어 전기차 충전소 시장은 향후 상당한 성장을 보일 것으로 예상된다.
수소충전소는 FCEV에 700기압 정도의 수소를 공급하는 충전설비로, 수소 제조, 공급, 압축, 저장 그리고 차량 주입을 위한 디스펜서 등으로 구성되며, 수소 제조 방식에 따라 (1) 화석연료 개질형, (2) 물 전기분해, (3) 태양광 및 바이오매스 등의 신재생에너지원에서 수소를 제조하는 형태로 분류되고, 수소 제조설비 포함 여부에 따라 On-site(수소 현지생산)과 Off-Site(외부 생산)로 구분된다.
국내의 경우 천연가스 기반 300 Nm3/hr급 수소 제조 상용화 기술이 개발되어 설치 및 운영되고 있으며, 대용량 급속충전 시스템과 재생에너지를 이용한 융복합 충전소 구축 비즈니스 모델이 개발되고 있고, 물 전기분해를 통한 On-site 방식의 수소충전소가 보급되었으며, 수요처에 수소 또는 전기를 공급하는 에너지 스테이션으로 발전 중이다.
현재 하이브리드/전기차 산업에서 HEV, PHEV 차종 등이 주류를 이루고 있으나, 배터리 효율 향상을 위한 소재 개발, 경량화, 에너지밀도 향상 기술개발 그리고 에너지 스테이션으로의 발전 등을 통해 향후 EV, FCEV 차종의 시장점유율이 확대될 것으로 예상된다. 본 리포트에서는 최근 전기차/하이브리드 인프라/서비스 기술 및 산업 현황에 대해 조사하고자 한다.
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