전기차 플랫폼이 정확하게 뭔가요?
요즘 커뮤니티에선 ev3에 플랫폼 기반이 e-gmp냐 아니냐 가지고 논란이 되고 있죠, 뭐 과거 브레이크를 어떤 거 썼냐 가지고 싸움할 때의 그림을 보는 것 같아 참 웃기긴 합니다. 사실 플랫폼의 정의나 아키텍처가 무엇인가 에 대한 논의가 있는 것은 공학하는 사람으로서 데이터와 논리를 가지고 날카로운 논쟁을 하는 것은 발전의 기반으로 굉장히 고무적인 일입니다.
하지만 솔직히 이전에 드럼브레이크와 디스크 브레이크는 참 합리적이 논쟁이라 느낀 반면 이러한 정의는 무슨 이득이 있는가 라는 의문이 들긴 하는 논쟁이긴 합니다. 뭐 제가이 해할 수 없는 고등한 무언가가 있겠죠
그래서 오늘의 이야기는 과연 플랫폼이란 무엇인가입니다.
기본적으로 플랫폼(platform)이란 단어 자체를 먼저 살펴볼까요?
사전적인 정으로는 다른 것들이 기반을 두고 작동하거나 발전할 수 있는 기반 구조 또는 체계를 의미합니다.
물론 이 개념은 자동차, 소프트웨어, 경제, 기술 등 다양한 산업에서 널리 사용되죠, 디지털 적으로 접근하면 보면 구글, 유튜브, 배달의민족도 플랫폼의 이며, 단어적으로 보면 무대나 정류장도 플랫폼으로 불릴 수 있습니다.
1. 플랫폼의 일반적 정의
플랫폼은 특정 기능이나 목적을 실현하기 위해 필요한 기초 구조를 제공하는 시스템으로 정의할 수 있습니다. 이 시스템 위에서 여러 응용 프로그램, 서비스, 제품 등이 작동하거나 구축되며, 다양한 사용자나 개발자가 이 플랫폼을 통해 효율적으로 작업할 수 있도록 만드는 제반 정도로 정의하면 좋겠네요. 사실 이러한 것들은 디지털 시대의 산업이 발전됨에 따라 정의가 확장되었고 현제애와 서는 물리적 플랫폼과 디지털 플랫폼을 구분하여 사용합니다.
물리적 플랫폼: 물리적인 구조 또는 프레임워크로, 다른 시스템이나 장치가 그 위에 설치되거나 운영될 수 있는 기반을 의미합니다. 예를 들어, 자동차 플랫폼은 차체, 엔진, 서스펜션 같은 핵심 부품이 자리 잡는 기본 프레임을 의미합니다.
디지털 플랫폼: 소프트웨어나 데이터의 기반이 되는 환경으로, 이를 통해 다양한 애플리케이션이나 서비스를 구축할 수 있습니다. 예를 들어, 스마트폰 운영체제인 iOS나 Android는 앱 개발자들이 활용하는 디지털 플랫폼입니다.
2. 자동차 산업에서의 플랫폼 개념
앞서 플랫폼의 일반적 정의를 살펴보았으니, 이제 자동차 산업에서의 플랫폼을 살펴보겠습니다.
사실 자동차에서 플랫폼은 조금 국소적인 의미로 사용됩니다 새시가 포함되냐 안되냐에 대한 이야기도 있지만 이는 포함하는 차량회사도 있었지만 현대에는 어느 정도 정리가 된 느낌입니다.
결론적으로 말씀드리면 차량의 기본 구조와 설계를 결정하는 프레임을 의미합니다. 이 프레임은 서스펜션 시스템, 크기, 구동 시스템, 엔진 배치 등을 포함하며, 쉽게 말해 차량의 설계의 일부라고 할 수 있습니다.
굳이 플랫폼을 왜 만드냐 물어보신다면 여러 차종에 공통적으로 적용될 수 있도록 모듈화 되어 있어, 제조사들이 다양한 모델을 개발할 때 시간과 비용을 절약하며 다음 차량에서도 일정 부품들을 사용하기에 효율성의 극대화라고 표현할 수 있겠죠
그래서 자동차 제조사들은 일반적으로 동일한 플랫폼을 여러 차종에 적용할 수 있도록 설계합니다.
예를 들어, 세단, SUV, 크로스오버 차량이 동일한 플랫폼을 공유함으로써 부품 호환성을 높이고, 생산 라인의 효율성을 증대시키며, 결과적으로 제조 비용을 절감하며 심지어 서스펜션을 A로 만들어뒀다면 그 서스펜션에 약간의 개조를 가해 B차량에 적용하는 등 개발시간을 극한까지 단축하는 방식을 활용합니다.
3. 전기차 플랫폼의 유래
사실 전기차는 다르냐 물어보신다면, 전기차에서도 플랫폼은 기본적으로 차량의 프레임과 구성 요소를 의미하는 것은 같습니다.
하지만 전기차에서는 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어적인 요소의 중요성이 더욱 올랐죠, 예시를 들어보자면 같은 모터를 사용해도 다른 인버터를 사용한다면 출력이나 효율이 20% 이상 차이나 소프트 웨어를 아예 다시 짜야하는 수준이 됩니다, 그러니 더더욱 소프트웨어마저도 플랫폼화 시키는 거죠 사실 PE시스템을 포함하여 플랫폼을 만드냐 비포함하냐는 제조사의 자유지만요
즉, 전기차 플랫폼은 차체, 배터리 팩, 모터, 서스펜션, 전자 시스템 등의 위치를 결정하며, 이게 기반해 추가적으로 성능 특성에 베이스가 된다고 보시면 편하겠네요
여기서 문제는 내연기관 차량 플랫폼과는 다르게, 전기차 플랫폼은 주로 배터리와 전기 모터에 최적화된 구조로 설계됩니다.
이전 글에서 설명드린 적이 있지만 배터리 팩은 차량 하부에 배치되어 무게 중심을 낮추고, 효율적인 공간 활용을 가능하게 하지만, 이로 인해 무게중심과 롤센터 자체 거기에 진동특성이 완전히 달라집니다.
초기의 자동차 산업을 보게 되면 차체에 전기 모터와 배터리 팩을 추가하는 방식으로 주설계가 진행되었지만, 이로 인해 배터리 무게로 차체 강성 문제와 공간 활용의 한계 등 여러 문제가 발생했죠.
이후 전기차의 특성에 맞는 전용 플랫폼의 필요성이 대두되었고, 전기차 전용 플랫폼은 배터리 팩을 차량 하부에 배치해 무게 중심을 낮추고, 전기 모터와 배터리의 특성을 최대한 활용할 수 있는 구조로 설계되었습니다. 이를 흔히 "스케이트보드 플랫폼"이라고 부릅니다.
4. 전기차 플랫폼의 발전 과정
좀 더 세대별로 세세하게 구분해 보죠
1세대 전기차: 기존 플랫폼의 수정
초기 전기차는 내연기관 차량의 플랫폼을 바탕으로 제작되었다 말씀드렸죠, 사실 이는 비용 절감과 빠른 출시의 장점으로 초기 시장을 선점하기 위한 시도였습니다. 문제는 기존 방식으로 설계를 하게 된다면 NVH적 요소를 못 잡고 오히려 전기차적으로는 손해가 되는, 구조적 한계로 인해 공간 낭비와 무게 분배의 비효율성이 문제가 대두되어 전용 플랫폼의 필요성이 강조되었죠
2세대 전기차: 전용 플랫폼 도입
2세대 전기차는 전용 플랫폼이 등장하게 된 시기입니다. 사실 테슬라 쇼크라 불리는 전기차 쇼크 이후 많은 개발사들이 칼을 갈고 연구하였고 테슬라의 S 플랫폼은 배터리를 차량 하부에 평평하게 배치하고, 모터를 전방과 후방에 배치해 실내 공간 활용을 극대화하는 방식으로 전기차 플랫폼의 새로운 표준이 되었죠
뭐 이러한 플랫폼의 문제가 있냐 없냐 보다는 극한의 효율화를 했다는 게 좀 많죠 결국 이러한 추세를 따라 다른 자동차 회사들도 자기네 전기차 플랫폼을 개발하거나 내연기관과 동시에 쓸 수 있는 대전기차 연구의 시대가 개막되었다. 정도로 정리할 수 있겠네요
3세대 전기차: 모듈형 플랫폼의 확산
모듈형 구조로 발전한다 사전적으로 표현하지만 그냥 수많은 회사들이 자차 플랫폼을 홍보하고 있죠, 현대자동차의 E-GMP 플랫폼, 폭스바겐의 MEB 플랫폼 등등 조금 다양하지만 이에 대해 하나하나 다루기에는 시간이 좀 걸리니 우선은 자세한 게 궁금하시다면 블로그 글을 참조해 주세요
사실 재밌는 점은 여기서도 파벌이 나눠졌다는 겁니다 전기차용으로만 개발한 다 와 전기차 내연기관 공용을 개발한다 두 가지로요 사실 전기차 전용이 아니라면 수정을 많이 해야 해서 그렇게 까지 세세하게 나눠야 해?라는 질문을 하실 수 있습니다만 생각보다 중간단계로 만들어두고 이것저것 수정하겠다는 것도 성공만 한다면 나쁜 건 아닙니다. 벤츠는 실패했기에 문제가 되지만요
6. CTB와 스케이트보드 플랫폼
자 과거를 쭉 살펴봤으니 최신의 이야기를 해볼까요? 현대의 전기차 플랫폼 방식은 크게 두 가지로 나누어 사용하고 있습니다 신세대인 CTB와 스케이트 보트 플랫폼이죠
CTB(Cell to Body)
테슬라와 BYD에서 주로 사용하는 방식으로, 영어 그대로 배터리 셀이 차체 일부로 통합되는 개념입니다.
이를 통해 차량 무게를 줄이고 주행 거리를 늘릴 수 있는 장점이 있죠, 머스크가 발표회당시 무게 10% 감소 주행거리 14% 증가한다. 뭐 이런 식으로 발표했지만, 모든 공학은 트레이드오프 관계라고 말씀드린 적 있듯이 그만큼 화재 시 취약한 단점이 있습니다.
기존의 팩 방식에서는 BMS 시스템을 통해 화재 초기에 진압이 가능하지만, CTB는 그만큼 안정성이 떨어지죠 물론 원통형을 사용한 테슬라에서만 사용가능한 방식이랄까요 중국의 블레이드 배터리 방식은 안정성을 가져다 팔아먹었다는 평을 받지만 테슬라는 확실히 흠 캡이라면 가능하겠다. 싶은 느낌이긴 합니다.
다만 캡형 배터리의 경우에는 이론적 한계선이 해져있기에 과연 캡으로 어디까지 갈 수 있을까 라는 궁금증이 튀어나오긴 합니다.
스케이트보드 플랫폼
이전에도 설명드렸지만 배터리를 팩으로 가공해 차체 하부에 설치하는 방식입니다.
특히 화재 안정성 측면에서는 이 방식이 더 유리하며, BMS 시스템의 관리에서도 훨씬 유리하죠 실제로 화재 확산을 방지한 경우는 수도 없이 많습니다 분리해서 소규모만 화재가 발생한 부분들이 많죠 물론 테슬라는 CTB로 이걸 가능하게 하기는 했는데 문제는 실제 확산성은 CTB가 더 높다는 점이 문제죠
제조사들도 바보가 아닙니다 CTB방식이 좋다는 걸 연구하시는 분들이 몰랐을까요? 그만큼 포기해야 하는 것이 많기에 유지하는 것이죠 그만큼 충분한 검증이 안이루어 진 것도 크고요
사실 테슬라가 먼저 가주는 길과 데이터로 증명한다면 그 길로 가는 것도 괜찮은 방식이지만서도 캡형을 사용하지 않는 이유도 있어서 이에 대한 논쟁은 계속해서 이어지겠죠 언젠가는 결과가 나오는 걸 기다리는 것도 하나의 재미일 겁니다.
