EREV(확장형 전기차)의 작동 원리: 주요 부품과 에너지 전환 방식의 이해

전기차(EV)와 하이브리드 전기차(HEV)의 기술을 결합한 EREV(Extended Range Electric Vehicle, 확장형 전기차)는 두 가지 동력원을 이용하여 주행 거리를 연장하는 차량입니다. 배터리와 내연기관을 모두 사용하는 EREV는 순수 전기 모드와 가솔린 모드를 적절히 혼합하여 효율성을 극대화합니다. 본 글에서는 EREV의 작동 원리를 중심으로 주요 부품, AC와 DC 방식, 그리고 배터리의 충전 및 회생 제동 과정까지 자세히 설명드리겠습니다.

 

 

 

EREV의 주요 구성 요소

 

EREV는 전기차와 내연기관의 장점을 모두 취한 복합적인 구동 시스템을 가지고 있습니다. 이를 이해하기 위해서는 각 부품의 역할을 자세히 살펴볼 필요가 있습니다.

 

 

배터리(Battery)

 

EREV의 배터리는 주행을 위한 주요 전력원을 제공합니다.

배터리는 DC(직류) 전기를 저장하며, 차량이 순수 전기 모드에서 주행할 때 사용됩니다.

대부분의 EREV는 고용량 리튬 이온 배터리를 사용하여 높은 에너지 밀도를 제공하고, 초기 주행에서 내연기관을 사용하지 않고 배터리만으로 운행이 가능합니다.

 

 

내연기관(Internal Combustion Engine, ICE)

 

EREV에는 내연기관도 탑재되어 있습니다.

그러나 이 엔진은 전통적인 차량과 달리 바퀴를 직접 구동하지 않고, 발전기(Generator)를 구동하여 전기를 생산하는 역할을 합니다. 배터리의 에너지가 고갈되었을 때, 내연기관이 작동하여 전기를 생성하고, 이를 통해 배터리를 충전하거나 모터에 전력을 공급합니다.

 

 

발전기(Generator)

 

내연기관에 의해 구동되는 발전기는 AC(교류) 전기를 생성합니다. 이 전기는 차량의 배터리 또는 모터로 전달되기 전에 인버터(Inverter)를 통해 DC로 변환됩니다.

 

인버터(Inverter)

 

EREV의 인버터는 매우 중요한 역할을 합니다. 배터리에서 나오는 DC 전기를 AC 전기로 변환하여 모터에 공급합니다. 이 과정은 모터가 효율적으로 바퀴를 구동할 수 있도록 돕습니다.

또한, 발전기에서 생성된 AC 전기는 인버터를 통해 다시 DC 전기로 변환되어 배터리를 충전하거나 차량 내 전자 장치에 사용됩니다.

 

모터(Motor)

 

모터는 전기차에서 가장 핵심적인 부품입니다. EREV의 모터는 AC 전기를 사용하여 차량의 바퀴를 구동합니다. 배터리에서 인버터를 거쳐 변환된 전기가 모터로 전달되고, 모터는 이 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 차량을 전진시킵니다.

 

바퀴(Wheels)

 

모터에서 생성된 기계적 에너지는 차량의 바퀴로 전달되어 실제로 차량이 도로 위를 주행하게 됩니다. 바퀴는 모터의 힘을 전달받아 차량의 속도를 제어하고 주행을 가능하게 만듭니다.

 

EREV의 작동 원리

 

EREV는 크게 두 가지 모드로 작동합니다: 전기 주행 모드와 확장 주행 모드.

 

1. 전기 주행 모드

 

EREV는 처음 주행 시 배터리에 저장된 전기를 사용하여 모터를 구동합니다. 이때, DC 전기가 인버터를 통해 AC 전기로 변환되어 모터로 전달되고, 모터는 이 전기를 사용해 차량을 움직입니다. 배터리가 충분히 충전되어 있을 경우, 차량은 순수 전기 모드로 작동하며, 내연기관은 작동하지 않습니다. 이를 통해 짧은 거리 주행 시 매우 효율적이며, 배출가스를 줄일 수 있습니다.

 

 

2. 확장 주행 모드

 

배터리가 소진되면, EREV는 내연기관을 작동시켜 발전기를 구동합니다. 발전기는 AC 전기를 생성하고, 이를 인버터가 DC 전기로 변환하여 배터리를 충전하거나 모터에 직접 전력을 공급합니다. 이때 차량은 계속해서 전기 모터로 구동되지만, 필요한 전력은 내연기관을 통해 보충됩니다. 이 과정에서 내연기관이 직접 바퀴를 돌리는 것이 아니라, 전기를 생성하여 차량이 전기차처럼 주행하는 것이 특징입니다.

 

 

회생 제동과 에너지 관리

 

EREV는 회생 제동을 통해 주행 중에 발생하는 운동 에너지를 회수하고, 이를 배터리에 저장하는 방식으로 에너지 효율을 높입니다. 회생 제동은 차량이 감속할 때 모터가 역으로 작동하여 발전기의 역할을 수행하며, 이때 생성된 전기를 다시 DC 전기로 변환하여 배터리에 저장합니다. 이를 통해 배터리의 에너지를 일정 부분 보충할 수 있으며, 연료 효율을 극대화할 수 있습니다.

 

회생 제동을 통해 회수되는 에너지는 주행 조건에 따라 달라지지만, 평균적으로 차량 주행 중 소비되는 에너지의 약 10~20%를 회수할 수 있습니다. 이 과정은 배터리 수명에도 긍정적인 영향을 미칩니다.

 

 

AC/DC 전환 과정

 

EREV에서 중요한 부분은 전기 에너지가 AC와 DC로 어떻게 변환되는지입니다. 배터리에서 나오는 전기는 DC이고, 모터는 AC 전기를 필요로 합니다. 따라서 인버터는 이 두 가지 전환 과정을 담당합니다. 반대로, 발전기에서 나오는 AC 전기는 인버터를 통해 DC로 변환되어 배터리를 충전하게 됩니다. 이처럼, EREV의 구동 시스템은 전력 흐름을 효율적으로 관리하여 배터리와 모터, 그리고 내연기관이 원활히 상호작용할 수 있도록 합니다.

 

 

맺음말

 

EREV는 전기차와 내연기관차의 장점을 결합한 효율적인 차량 시스템입니다. 배터리와 내연기관이 서로 협력하여 주행 거리를 연장하고, 운전자는 배터리 충전 걱정 없이 장거리 주행이 가능합니다. 또한, 회생 제동과 AC/DC 전환 과정을 통해 에너지 효율을 극대화하고 있습니다. 이러한 이유로 EREV는 도시 주행과 장거리 여행 모두에 적합한 차량으로, 전기차의 미래로서 주목받고 있습니다.