전기차의 구조 : 모터, 배터리 그리고 플랫폼
전기차의 핵심 부품인 모터, 배터리 등에 대해 알아보자
요즘은 하루가 멀다 하고 전기차나 배터리와 관련된 새로운 뉴스가 등장하는 것 같습니다. 많은 분들이 특히나 전기차 배터리에 많은 관심을 가지고 있는데요. 그러나 배터리뿐만 아니라 전기차는 기존의 내연기관차와 구조적으로 많은 부분이 다릅니다. 오늘은 전기차의 구조에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
전기차에는 엔진 대신 모터가 있다!
기존 내연기관차는 연료를 태워 동력을 만드는 엔진이 있죠? 그러나 전기차는 연료를 사용하지 않기 때문에 엔진 대신에 전기로 돌아가는 모터가 있습니다. 특히 전기차에는 교류(AC) 모터를 사용합니다. 교류 모터는 직류(DC) 모터에 비해 마모나 소음이 덜하고 열도 덜 발생한다는 장점이 있습니다. 그러나 배터리에서 오는 전류는 직류로 오기 때문에, 배터리와 모터 사이에 직류 전류를 교류 전류로 바꿔주는 인버터라는 부품이 존재합니다.
모터는 엔진에 비해 에너지 효율이 훨씬 높습니다. 엔진은 연료 효율이 20% 정도인데, 모터는 에너지 효율이 50%를 넘어가죠. 모터의 분당 회전수가 과도하게 높기 때문에 오히려 모터 회전 수를 줄이기 위해 감속기라는 부품을 사용해 효율적으로 에너지를 사용하려고 합니다.
현재 전기차 모터 방식은 차축에 모터를 연결하는 방식입니다. 즉, 4개의 바퀴 전체 또는 앞, 뒤 바퀴 2개가 하나의 모터로 돌아가는 방식이죠. 하지만 궁극적으로는 각 바퀴마다 개별적으로 모터가 장착되는 인휠 방식의 모터로 기술이 발전할 것 같습니다.
전기차 배터리 구조 뜯어보기
전기차를 움직이는 동력을 만드는 모터를 살펴봤다면, 이제는 에너지원인 배터리를 살펴봐야겠죠? 전기차 배터리는 셀, 모듈, 팩이라는 단위로 만들어집니다.
업계에서 배터리를 만든다고 할 때 나오는 배터리는 배터리 셀을 의미합니다. 셀은 배터리의 기본 단위로 양극, 음극, 분리막, 전해액으로 구성됩니다. LG에너지솔루션이나 삼성SDI가 개발하는 배터리는 배터리 셀입니다. 배터리 셀 분야에서는 현재 한 번 충전으로 더 오래 달릴 수 있도록 고밀도 배터리 개발에 열을 올리고 있습니다.
이렇게 만들어진 배터리 셀들을 몇 개 묶어 프레임에 넣은 단위를 모듈이라고 합니다. 외부 충격이나 열로부터 배터리 셀을 보호하기 위해 묶어둔 것이죠. 그리고 배터리 모듈들을 최종적으로 여러 개 묶어 최종적인 배터리 프레임을 만든 것이 배터리 팩입니다. 배터리 팩에는 모듈의 온도나 전압을 컨트롤하는 배터리 관리 시스템이 들어갑니다. 완성된 전기차에서 보이는 커다란 배터리가 바로 배터리 팩인 것이죠. 일반적으로 전기차는 96개의 배터리 셀이 12개씩 묶여 총 8개의 모듈이 하나의 팩을 구성합니다. 모듈과 팩 분야에서는 얼마나 공간 효율적으로 배터리 모양을 만들어내는지, 얼마나 튼튼하게 배터리를 관리할 수 있는지가 관건입니다.
전기차 배터리에 대해 재미있는 자료를 하나 말씀드리려고 합니다. 뉴스를 보면 전기차 배터리를 얼마나 작게 만드는 지도 중요하다고 하는데, 전기차 배터리의 용량이 얼마나 크길래 배터리가 커다란 걸까요? 스마트폰과 비교하면 전기차 배터리의 용량은 스마트폰 5000개와 맞먹습니다. 전기차 배터리 팩 하나가 있으면 스마트폰을 5000번 충전할 수 있는 것이죠. 그러나 아직까지도 전기차는 더욱 효율 적면서도 큰 용량이 필요합니다. 자율주행에는 하루에 대략 10TB의 데이터 처리가 필요한데, 자율주행 전기차가 만들어지려면 이 데이터를 처리하기 위한 전력이 추가로 필요하기 때문입니다.
전기차 구조 전체를 컨트롤하려는 현대차
현대차는 전기차의 배터리, 모터, 충전 단자 등 구조를 전체적으로 관리하는 플랫폼, E-GMP를 공개했는데요. E-GMP는 충전 속도 개선, 모터 가속도 개선, 효율적인 공간 관리, 안전성 등을 중점적으로 개발되었습니다. 전기차가 SUV인지, 승용차인지에 따라 배터리 팩의 모양도 바꿀 수 있고, 플랫폼의 특성상 차체에서 디자인적으로 다양한 시도가 가능하기도 합니다. 현대차의 E-GMP가 앞으로 일어날 전기차 부품의 다양한 기술 발전을 잘 담아낼 수 있을지 주목됩니다.
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