어느 초등학생이 그린 “미래의 교통”이라는 제목의 그림이다.본인도 어릴 적에 미래를 주제로 한 그림을 이런 식으로 그렸던 것 같다.그런데, 정말 미래에는 이렇게 하늘을 날고, 바닷속을 자유자제로 다니는 그런 자동차가 개발될 것인지… 솔직히 본인은 잘 모르겠다. 그러나 분명한 것은, 만약 그런 자동차가 개발된다면 그것은 당연히 지금보다 조금 더 가까운 미래의 기술의 축적으로 이루어 진 것이라는 사실이다.그래서 본인은 이번 레포트 주제인 미래의 자동차에 대한 예측과 기술적 문제점을 아주 먼 미래의 자동차에서 찾기 보다는, 현실적으로 좀더 가까운 미래의 자동차에서 찾아보기로 했다.보기만 해도 멋진 이 자동차는 어느 회사의 컨셉카이다. 이렇게 겉모양이 멋진 자동차는 지금도 존재하지만, 앞으로는 그 속내용이 환경, 안전, 정보화라는 우리의 당면 문제를 해결했느냐가 관건일 것이다. 실제로 1990년 미국 캘리포니아에서 극심한 공해방지를 위하여 새로운 대기보호법(clean air act)을 제정하였는데, 이는 “ZEV(zero emission vehicles)”라고 하는 슬로건 하에 각 대규모 자동차 제작회사의 전체 판매 또는 신규허가차량 중에서 전기자동차의 할당율이 1998년부터 2%, 2003년부터 10%까지 확보되어야 한다는 강력한 법규이다. 이렇듯, 자동차 산업의 발전은 기존의 출력이나 연비문제에서 이제는, 미래형 저공해, 무공해 자동차의 개발로 방향이 정해지고 있다.그러면, 저공해 자동차와 무공해 자동차가 어떤 차이점이 있는지 알아보자.저공해 자동차는 기존 내연기관의 성능을 향상시키고 저공해 에너지를 사용하여 환경오염을 감소시키는 자동차이고, 무공해 자동차는 기존의 화석에너지 대신 대체 에너지를 이용해 환경오염을 일으키지 않는 자동차를 말한다.본인은 다양한 미래의 자동차관점 중 환경 친화적 관점에서, 자동차에 대해 자세히 알아보도록 하겠다.자동차 선진국에서는 오래 전부터 전기, 풍력, 태양열 등을 이용한 무공해 자동차 개발을 위해 노력해 왔다. 하지만 그 중 가장도 단점이지만 무엇보다 전기자동차가 실용화되기 위해서는 충전 시설이 잘 갖추어져야 한다.한마디로 전기 자동차의 해결해야 할 가장 큰 문제는 무겁고 부피가 큰 배터리 그리고, 낮은 출력이다.그러면, 전기자동차에 적용 될 수 있는 배터리의 요구항목을 구체적으로 알아보자.-에너지 및 출력량/밀도(special energy or energy density, special power)-수명기간-안전 및 점검불필요(safty & maintenance-free)-시리즈 생산-재생산 (recycling)-생산가격이중에서 현재까지 사용화가 어려운 가장 큰 이유는 역시 생산가격일 것이다. 축전지가격이 전체 전기자동차 가격의 높은 할당율(~30%)을 차지하고 있다. 현재 축전지가격은 300DM/kWh부터 1,200DM/kWh(약 15 ~ 66만원/kWh)으로 각 축전지시스템에 따라 차이가 크다. 전체제작비에 대한 축전비 할당률은 연중 5,000대 와 100,000대의 전기자동차 제작 수에 따라 [표 1]과 같이 차이가 큰 점을 알 수 있으며 년 중 5,000대의 차량 제작수가 적은 경우에는 축전지 값의 비중이 전체자동차 가격의 36%로 가장 높다.여기서 연중 십만대 이상의 대량생산 가솔린자동차 제작비를 100% 표준으로 할 경우, 5,000대의 적은 차량을 제작할 경우 기본차체외 다른 부분 할당율이 100,000대의 대량 시리즈제작시보다 대 폭 증가되어 총 제작비가 동급 가솔린자동차 제작비보다 2.5배가 높으며 년 중 10만대 이상의 대량 시리즈로 제작할 경우 가격이 많이 감소되었지만 가솔린 자동차 제작비보다 40%정도가 높다. 여 기에 해당된 축전지비의 할당율이 30%이며 이에 요구되는 축전지가격은 약 175US$/kWh(ca. 300DM/kWh)이 된다. 지금까지 자동차제작비에 대한 축전지비의 비중율을 언급하였는데 종합적인 가격평가를 하기 위해서는 이 제작비 외에 자동차 운영기간의 경영비도 고려하여야 한다. 이 경우 전체경영비에 대한 보충 축전지비 할당율도 약 30%이상으로 시리즈(Series) 방식(직렬 방식)은 엔진에서 발전기를 구동해 전기적 에너지를 만들고 그 힘으로 모터가 바퀴를 구동 시키는 방식으로 엔진이 발전기의 충전 역할만을 담당한다. 패러렐(Parallel) 방식(병렬 방식)은 엔진만으로 독자적으로 바퀴를 구동 시킬 수 있는 방식이다. 즉 엔진과 모터가 상황에 따라 바꾸어 가며 바퀴를 굴리는 방식을 말한다. 패러렐 방식은 시리즈 방식처럼 엔진 동력이 배터리를 충전시키면서 주행하는 것이 가능하다.엄밀히 따지자면 하이브리드 자동차는 전기자동차라고는 할 수 없지만, 축전기등의 문제로 당분간은 이 하이브리드 자동차의 개발이 촉진될 것이다. 앞에서 전기자동차는 무공해라고 하였지만, 이 하이브리드자동차는 엄밀한 의미에서의 전기자동차는 아니다. 그렇지만, 이 형식의 차에서는 모터도 있을뿐더러 촉매를 고효율로 이용할 수 있기 때문에, 현재의 엔진차보다 NOx가 1/10에서 1/100까지로 줄어든다고 한다.다음으로, 하이브리드의 시스템에 대하여 알아보자.출발과 저속 주행시차량이 출발할 때, 저속주행 등과 같이 높은 토크가 요구될 때는 엔진에 연료가 차단되고 엔진은 멈춘다. 배터리의 전원을 이용하여 전기 모터(Electrical Motor)가 차량을 움직인다(A).정속 주행시엔진의 동력의 동력으로 구동되며, 엔진의 동력은 2개로 나누어서 하나는 차량을 직접 구동시키고(B), 다른 하나는 발전기(Electrical Generator)를 회전시켜 발생하는 전류가 전기 모터를 회전시켜(C) 차량을 주행 시킨다.최고속도 주행시엔진의 힘(C)과 발전기의 동력(B) 뿐만 아니라 배터리의 전류(A)까지 이용하여 최고속도로 주행한다.감속 및 정지시차량의 구동은 엔진에서 다시 전기모터에 의해서 움직이는 것으로 변환된다. 발전기에서 만들어지는 전류에 의해 전기모터가 구동되고, 또 발전기는 배터리에 전류를 충전하는 기능으로 바뀐다.이제, 하이브리드의 자동차가 현실로 구현된 한가지 예를 알아보자.캘리포니아의 혼다 자동차 딜러에게 2인승의 하이브리드 자동차 전체가 비교적 간소하고 경량 콤팩트한 구조가 되었다.혼다는 기존 하이브리드 시스템과 비교해 57%가 경량화되었다고 발표했다.파워 유니트에는 소형 5단 수동변속기 및 CVT가 설치된다.-시스템 작동구동의 주체는 어디까지나 엔진으로 한다.모터는 엔진에 파워가 부족하게 되는 가속 때나 고부하 때만 파워를 보충하는 형식으로 작동한다.IMA 시스템 전체의 성능은 최고출력 76마력에 최고토크 13.9Kg.m를 나타낸다.가속시엔진에서 발생하는 구동력만으론 부족하기 때문에 모터가 작동하고, 엔진+모터에 의해 구동한다. 이 경우 모터에서 발생하는 토크는 최대 약 5kgm이다.크루즈시엔진이 주행하고 모터가 쉴 때 가속하면 차속과 액셀 개도에 따라 모터가 빠르게 어시스트를 다시 시작한다.감속시모터가 발전기로 변신해 회생 브레이크 시스템으로 기능하고, 보통은 버려진 감속 에너지를 회생시켜 배터리에 회수, 저장한다.정차시엔진은 자동적으로 정지하는 아이들 스톱이다. 이 경우 엔진을 재시동하기 위한 스타터 역할은 모터가 한다.모터DC 브러시리스형으로 폭 60mm의 초박형이다.인사이트의 IMA 시스템은 모터에 큰 출력을 요구하지 않아 그만큼 모터는 소형화가 가능하게 되었다.인사이트 모터의 최대 토크는 5kgm이고 프리우스는 31kgm으로 모터는 AC 동기형이다.발전기를 사용하지 않는 것과 모터의 소형화로 인한 경량화만을 보아도 큰 변화라는 것을 쉽게 상상할 수 있다.물론 모터 자체의 개량 기술도 많다.로스트 왁스 공법에 의한 고내열 네오지움계 연결자석 채용의 로터(기존비 20% 경량화), 공극 집중 감기의 분해형 스테이터, 집중 배전 바스링 등이다.이들 신기술에 의해 혼다의 EV 플러스 보다 자속밀도(토크비)에서 8% 향상되었다. 엔진 정지 때의 재시동은 이 모터가 스타터로 변신하므로서 실행된다. 통상적인 12V 스타터도 장착되어 있으며 이는 인사이트는 세계 각지에 수출되는 자동차이므로 극한에서의 시동을 고려하는 듯하다.배터리프리우스와 기본적으로 같은 것으로 1셀 1.2V의 니켈 수소형이브리드 자동차의 개발 동향을 알아보고, 전기 자동차에 대한 반대 의견을 들어보고 레포트를 마무리 짓고자 한다.[각국의 하이브리드차 개발동향]미국PNGV 계획연비를 '1994년 모델대비 '1998년 2배, 2004년 3배 계획, 빅3가 DOE와 계약하여 개발중AFV 계획DOE가 대체연료차(AFV)프로그램중에 EV,HEV의 연구개발을 실시선진연구계획청21세기의 육군을 지원하는 전략기술의 하나로 EV/HEV를 상정, 이것을 지원캘리포니아하이브리드 전기자동차를 EZEV(배출가스 제로로 평가된 자동차)로서 인정할 것을 결정했으나(1995), 1996년7월에 철회함기타DOT(운수성)등을 중심으로 도입지원책과 시험주행계획 있음유럽하이젬(HYGEM)계획유럽자동차기업 8사와 연구기관 등이 참가하고 있는 범 유럽적인 연구조직의 EUCAR에 의한 연구계획의 하나로서 HEV를 지원하는 계획('94년부터 3년간)웰 계획(VERT)디젤엔진에 필적하는 소형가스 터빈을 개발(애거타계획), 이것을 사용한 하아브리드 승용차를 개발(목표 2003~2005)내일의 자동차 계획2003~2005년을 목표로 한 EV/ZEV 개발계획기업 각사각 사에서 전기자동차,하이브리드 전기자동차를 개발 중기타프랑스, 스웨덴에서 실증 실험전기자동차가 환경오염 위험 더 높다.환경오염을 줄일 수 있는 미래의 교통수단으로 부상하고 있는 전기자동차가 실제로는 기존의 휘발유 차량보다 더 심각한 오염을 유발할 가능성이 높다고 독일의 시사주간지 슈피겔지가 96년 11월 18일 보도하였다. 슈피겔지는 12월 공식발표될 독일 연방정부와 자동차업계의 공동의 연구보고서 초안을 인용, 전기 자동차에 필요한 전력을 생산하는 과정에서 발생하는 유해가스와 배터리의 다량사용에 따른 오염이 일반자동차보다 오히려 심각한 것으로 지적됐다고 전했다.내달 위르겐 뤼터거스 과학부장관이 발료할 예정인 5백쪽 분량의 이 보고서에 따르면 전기자동차가 1백킬로미터를 주행하려면 25KWH의 전력이 필요한데 이같은 전력을 생산하는 과정에서 발생하는 화력발전소의 대
