전기차는 1800년대 후반 내연기관 자동차보다 먼저 개발되었다. 1900년대 초반 잠시 호황을 맞았으나 내연기관의 발전과 대량의 원유 발견 등으로 인해 점점 경쟁에서 밀려 결국은 사라지게 되었다. 그러다 1990년대 자동차 배기가스에 의한 환경오염 문제가 대두되면서 다시 시장에 나타나게 되었다. 여전히 배터리 용량으로 인한 짧은 주행거리와 내연기관 자동차와는 비교가 불가능할 정도의 긴 충전 시간은 문제였고 그 결과 환경론자들 외에는 아무도 관심을 갖지 않았다. 그러나 배터리는 점점 발달되었고 오랜 시간 사용해왔던 납축전지에서 니켈 계열 배터리를 거쳐 현재의 리튬 계열 배터리에 도달하니 이제야 어느 정도 내연기관과 경쟁이 가능하게 되었다.
처음부터 모터는 전기차의 가장 큰 장점 중 하나였다. 초창기에는 3상 교류 유도 모터를 사용했으나 최근에는 영구자석 동기 모터를 사용하고 있다. 크기도 작고 구조도 단순하며 그 덕분에 내구성도 좋고 상대적으로 효율도 높다. 테슬라의 로드스터는 30kg 정도의 작은 모터를 사용해 250마력 정도의 출력을 낸다. 내연기관은 전통적인 4행정 과정을 거치면서 대부분의 에너지를 열로 낭비하고 변속기를 거치면서 실제 바퀴로 전달되는 효율은 15~20% 정도이다. 이에 반해 전기차는 전기 생산을 위한 발전소의 발전 효율을 고려하더라도 모터의 효율이 거의 90%에 달해 최종 35~40% 정도의 효율을 갖는다. 게다가 대부분 발전기의 기능을 갖추고 있는 모터를 사용하고 있어 회생제동을 통한 에너지의 실시간 충전이 가능하여 약 5% 정도의 추가 효율도 가지게 된다. 회생제동은 브레이크 동작 시의 마찰 에너지나 내리막 길에서의 위치 에너지를 모터를 이용하여 발전해 에너지를 저장하는 기능이다.
전기차에서 사용하는 모터의 가장 큰 특징은 시동 처음부터 일정 구간까지 지속적인 최고 회전력을 보여 토크가 높다는 점이다. 그 결과 전기차들은 일반적으로 초반 가속력이 상당히 좋다. 물론 가속 이후 토크가 떨어지는 단점도 있지만 전류량을 늘리거나, 간단한 구조의 변속기를 사용하거나, 테슬라처럼 복수 개의 모터를 사용하는 등의 방법으로 보완이 가능하다.
또 다른 전기차의 장점으로는 연비를 들 수 있다. 대략적으로 1리터의 가솔린은 9kWh의 에너지를 낸다. 이 에너지로 내연기관은 평균 10~15km 정도를 주행한다. 그러나 전기차는 1kWh의 에너지로 평균 5~7km 정도의 주행이 가능하다. 내연기관과 비교한다면 약 5배 가까운 효율을 보인다고도 볼 수 있다. 테슬라의 모델들은 보통 85kWh 배터리를 장착하고 있어 내연기관 자동차들과 유사하게 400km 이상의 주행이 가능하다. 게다가 대략 1리터의 가솔린이 1,500원이라고 하면 최대로 잡아도 1km 주행에 100원이 소요되지만, 전기차의 경우는 한전 SPC 완속 기준 1kWh 충전에 200원이므로 1km 주행에 33원이 소요된다. 물론 심야 전기나 농업용 전기를 사용할 경우는 더욱 저렴하다. 참고로 테슬라의 급속 충전 시스템인 슈퍼차저의 경우는 태양광을 이용한 충전 시스템이며 평생 무료로 이용이 가능하다.
산업용이나 농업용 차량의 경우에는 비포장 도로의 사용이 많으므로 AWD라고 불리우는 4륜구동 시스템의 적용이 필요하다. 그러나 대부분의 4륜구동은 그 베이스가 FF든 FR이든 구조는 복잡해지고 가격은 상승하며 복잡한 기계식 장치로 바퀴에 동력을 분배하면서 동력 손실이 켜져서 연비가 크게 하락하게 된다. 4개의 바퀴를 동시에 이용하기 위해 희생해야 하는 부분이 너무 많은 것이다. 그러나 전기차는 각 바퀴의 구동축에 모터가 연결되어 있으므로 동력분배 손실이 없을 뿐 아니라 각 모터의 최대 효율구간에 맞추어 분산 구동이 가능하기 때문에 연비가 더욱 상승하게 된다. 실제 테슬라의 4륜 구동 방식 모델들은 일반 모델보다 주행거리가 5% 정도 증가하였다. 특히나 차륜 부근에 모터를 설치해 타이어를 직접 독립적으로 제어가 가능한 인휠 모터(In-Wheel Motor) 등을 사용하면 제어 가능한 폭이 넓어지고 보다 자유로운 차량의 움직임을 만들어 내는 것이 가능하다.
일반적인 내연기관 자동차들은 대략 3만개 정도의 부품을 가진다고 한다. 그에 반해 전기차는 약 10%인 3천개 정도의 부품만 필요하다. 엔진을 비롯한 구동계가 단순하고 변속기를 비롯해 중앙 터널, 배기 장치, 열 차폐 장치, 촉매 컨버터, 각종 오일 등이 불필요하기 때문이다. 주요 부품은 단지 모터, 배터리, 인버터, 감속기 정도이다. 부품의 수가 적다 보니 상대적으로 내구성도 높아지고 유지보수 비용도 적어지는 장점들이 생긴다. 게다가 플랫폼을 전기차에 적합하도록 잘 설계하면 공간의 활용도도 극대화 할 수가 있다.
앞에서도 언급했듯이 배터리는 전기차의 가장 중요한 핵심 요소이다. 과거 납축전지를 사용할 당시에도 그랬고, 요즘처럼 리튬 계열의 리튬이온 배터리를 사용하고 있는 상황에서도 그렇다. 물론 리튬이온 배터리가 납축전지에 비해 6배 가까운 에너지 밀도를 가지게 되면서 내연기관과 경쟁이 가능하게 되었지만, 여전히 가격은 비싸고, 무게는 무겁고, 에너지 밀도는 부족하며 폭발에 대한 위험을 가지고 있다. 리튬이온 배터리를 사용할 경우, 대략 전기차 생산 가격의 50% 정도가 배터리 가격이 되며 그런 이유로 테슬라를 제외한 대부분의 전기차는 30kWh 이하의 배터리를 가지고 있다. 하지만 테슬라의 경우에서 볼 수 있듯이 이러한 단점들은 어느 정도 해결이 가능하다. 테슬라는 같은 리튬이온 배터리 중에서도 밀도는 20~30% 정도 높지만 가격은 저렴하고 대량 생산이 가능한 원통형 리튬이온 배터리 수천개를 직병렬로 연결해 사용한다. 게다가 가격을 더욱 낮추기 위해 2017년부터 생산을 목표로 리튬이온 배터리 생산 공장인 기가팩토리를 건설 중이다. 기가팩토리가 완공되면 원통형 리튬이온 배터리의 가격은 현재보다 30% 정도 더 낮아질 것이라고 한다.
전기차의 충전 이슈는 배터리와 더불어 지금껏 전기차의 대중화를 막아 온 가장 큰 요소이다. 심지어 주행거리 불안(Range Anxiety)이라는 전기차를 운전하면서 배터리가 방전될까봐 걱정하느라 발생하는 정신적 피로, 불안 현상을 일컷는 신조어까지 생겨났다. 그래서 휴대용/가정용 충전기를 비롯해 다양한 표준/비표준의 완속 충전기와 급속 충전기가 생겨났고 테슬라의 배터리 스왑 서비스와 같은 배터리를 통째로 교체하는 시스템까지 생겨났다. 하지만 제한된 범위 내에서 주로 사용하게 되는 산업용/농업용 차량의 경우라면 이러한 충전의 이슈는 덜 중요한 요소가 된다. 제한된 이동 범위와 예상 가능한 사용 시간 등으로부터 계획적으로 사용이 가능할 것이다.
현재 전기차는 전기화에서 시작해 전자화와 자동화, 연결화의 단계로 진화하고 있다. 엔진의 시동 없이도 24시간 기 충전된 배터리를 이용해 다양한 전자 시스템들이 하나의 중앙 시스템 아래 통합되어 컨트롤이 가능하며, 연결화를 통해 원격 조정이나 시스템 업데이트 등과 같은, 마치 스마트폰을 이용하는 것과 유사한 방식의 사용이 가능하게 된 것이다. 항상 최신 기능들이 자동으로 심야 시간에 업데이트 되어 있으며, 현재의 위치와 상태를 실시간으로 모니터링이 가능하고, 심지어는 원격으로 미세 제어까지 가능할 것이다. 영화 ‘인터스텔라’를 보면 초반에 태양광 전지 무인 트랙터들이 미리 정해놓은 스케쥴에 맞춰 자동으로 농장 일을 수행하는 장면을 볼 수 있다. 얼마 전 테슬라가 소프트웨어 업데이트를 통해 부분 자율운전 기능을 추가한 것을 보면 그리 놀라운 일은 아닐 것이다. 이 모든 것은 배터리를 기반으로 하는 전기차에서 가능할 일일 것이다.
마지막으로 이러한 기본적인 전기차 이용에서 더 나아가 2차적인 전기차 혹은 배터리의 활용도 다양한 분야에서 가능할 것이다. 차량은 V2G(Vehicle to Grid)나 V2H(Vehicle to Home), V2B(Vehicle to Building)과 같이 심야 등의 충전 요금이 저렴한 시간에 배터리에 충전해 놓은 에너지를 한낮의 피크 시간에 가정이나 건물에서 사용하거나 전력 제공 업체에 되팔 수도 있고, 배터리는 필요한 경우 분리하여 혹은 어느 정도 노후화가 진행된 뒤에 ESS(Energy Storage System)이나 UPS(Uninterruptible Power Supply) 용도로 사용도 가능할 것이다.
