더 기아 EV3의 주행 성능은 어떻게 완성됐나
더 많은 사람들이 합리적이고 즐거운 방식으로 전기차를 경험할 수 있도록
기아의 콤팩트 전기 SUV EV3에 대한 관심이 무척 뜨겁다. 첨단 혁신 기술에 민감한 소비층이 이미 전기차를 구입하거나 경험한 뒤로 전기차 시장이 ‘캐즘(Chasm, 첨단 기술 제품이 일반 소비 시장으로 확대되기 전 일시적으로 수요가 정체되는 현상)’을 겪고 있다는 분석이 있지만, 실용적이고 합리적인 가격의 콤팩트 전기 SUV는 그 존재 자체만으로 경쟁력이 충분하다.
전기차의 미래지향적인 스타일로 오너의 개성을 강조할 수 있고, 바닥에 배치한 배터리와 바퀴를 차체 끝으로 몰 수 있는 전기차의 구조적 특징은 실내 공간을 높일 수 있는 SUV 장르의 장점과 어우러져 상위 차급에 준하는 실내 공간을 확보할 수 있다. 전동화 파워트레인은 조작하기가 간편한 데다 인류의 지속 가능성에 기여한다는 긍정적인 사고, 그리고 내연기관보다 저렴한 유지 비용까지 아우른다. 여기에 많은 이들이 합리적으로 수용할 수 있는 가격 경쟁력까지 확보한다면 그야말로 금상첨화다.
EV3는 이 같은 장점을 모두 갖추고 있다. 이뿐만 아니라 소비자들이 전기차에 가장 많은 관심을 갖는 1회 충전 주행 가능 거리와 전비 효율, 충전 성능을 높이는 데 주력했고, 전기차의 경쾌한 주행 특성을 한층 강화해 편안하면서 여유롭게 달릴 수 있는 주행 성능을 구현하는 데 집중했다. 더 많은 소비자들이 운전이 즐겁고 쾌적한 기아 전기차의 장점을 두루 경험할 수 있도록 하기 위함이다. EV3의 우수한 주행 성능을 이루는 요소들은 무엇이 있는지 자세히 살펴보기에 앞서 기아 연구원들이 진행한 EV3의 장거리 주행 테스트 결과부터 소개한다.
장거리 주행 테스트로 입증된 EV3의 우수한 성능
EV3의 우수한 주행 가능 거리 및 전비 효율이 입증된 사례부터 소개한다. 지난 6월 기아 연구원들은 경기도 파주에서 출발해 부산까지 직접 주행하면서 EV3의 장거리 주행 테스트를 진행한 바 있다. 17인치 휠을 장착한 롱레인지 모델로 진행된 장거리 테스트는 6월의 무더운 날씨에 진행됐으며 연구원들은 배터리를 가득 충전한 뒤, 에어컨을 22℃에 설정하고 테스트를 진행했다.
결과적으로 EV3는 약 5시간 30분 동안 총 434km를 주행한 뒤 배터리 잔량 22%와 112km의 잔여 주행 가능 거리를 기록했다. 전기차의 효율에 불리한 고속도로 장거리 주행이었는데도 EV3는 7.0km/kWh의 전비를 기록, 공인 복합 전비(5.4km/kWh)를 뛰어넘는 성능을 입증했다. 이렇듯 우수한 주행 가능 거리와 전비 효율을 갖출 수 있었던 EV3의 특징은 어떤 것들이 있는지 자세히 살펴봤다.
최대 501km의 넉넉한 주행 가능 거리
EV3는 고전압 배터리의 용량에 따라 스탠다드(58.3kWh)와 롱레인지(81.4kWh)의 2가지 버전으로 나뉘며, 각각 최대 주행 가능 거리는 350km와 501km에 달한다. 도심권에서 주로 생활하는 사람이라면 스탠다드 모델로 이동하면서 일주일에 1번만 충전해도 충분한 성능이다. 평소 장거리 주행이 많다면 넉넉한 주행 가능 거리를 갖춘 롱레인지 모델이 최적의 선택이다. 참고로 한국교통안전공단에 따르면 지난해 국내에서 자동차 1대당 일일 평균 주행 거리는 33.9km였다. 서울 열린데이터 광장에 등록된 자료에는 서울시 승용차의 경우 하루 평균 29.9km를 주행한다고 집계된 바 있다(2022년 기준).
EV3의 배터리 용량은 기아 니로 EV(64.8kWh), 현대자동차 코나 일렉트릭(48.6kWh/64.8kWh), 볼보 EX30(66kWh) 등 동급 모델보다 한층 넉넉한 수준이다. 배터리 용량을 키우는 것만으로도 주행 가능 거리를 확보하는 데 도움이 되긴 하지만, 차가 무거워지기 때문에 전비 효율이 나빠지는 점도 고려해야 한다. 이런 까닭에 차의 구석구석을 매끈하게 다듬어 공력 성능을 높이고, 배터리 및 PE 시스템(모터, 인버터, 감속기)과 같은 동력 계통의 효율을 높이는 과정이 필요하다. EV3는 이런 과정을 모두 거쳐 완성도가 뛰어난 전기차로 태어났다.
에너지 밀도와 탑재 효율을 높인 4세대 고전압 배터리
전기차의 주행 가능 거리에 직접적으로 영향을 미치는 존재는 고전압 배터리다. 기아는 EV3의 여유로운 주행 가능 거리를 확보하기 위해 배터리의 구성 요소(셀-모듈-팩) 중 가장 작은 셀 단위부터 개선하는 과정을 가졌다. 결과적으로 EV3의 고전압 배터리는 기존에 개발한 동급 전기차보다 에너지 밀도를 22% 높이는 데 성공할 수 있었다.
아울러 더욱 많은 배터리 셀을 탑재할 수 있도록 구조를 개선했다. 기존에는 배터리 및 전류를 제어하는 BMU(배터리 관리 유닛), CMU(셀 모니터링 유닛), PRA(파워 릴레이 어셈블리)와 같은 여러 전장품을 배터리 팩 전방부에 배치했다. EV3에 적용된 4세대 배터리의 경우 배터리 팩 후방 상단에 전장품을 배치해 기존 공간에 더 많은 셀을 탑재할 수 있도록 설계를 최적화했다.
배터리 용량이 늘어난 만큼 충전 성능도 한층 강화했다. 배터리가 커지고 주행 가능 거리도 늘어났는데 충전 성능이 뒷받침되지 못한다면 최적의 전기차 사용 경험을 제공할 수 없기 때문이다. EV3에 탑재된 배터리는 급속 충전 시간을 줄이기 위해 셀 단위의 성능 개선을 이뤘고, 급속 충전 시 빠르게 뜨거워지는 배터리 온도를 제어하기 위해 수랭식 배터리 열관리 시스템도 한층 개선했다. 덕분에 EV3는 상온에서 급속 충전 시 10→80%까지 롱레인지 모델은 31분, 스탠다드 모델은 29분 만에 충전을 마칠 수 있다(350kW 충전기 사용 기준).
주행 가능 거리 확보의 또 다른 비결, 공기 저항을 줄여라
공력 성능은 전기차의 전비 효율을 높이고 주행 가능 거리를 확보하는 데 있어 핵심 요소 중 하나다. 고전압 배터리의 용량을 늘리고 에너지 밀도 및 효율을 높이는 방법도 있지만, 차의 무게, 실내 공간, 주행 성능과의 이상적인 조화를 위해서는 한계가 있기 때문이다. 게다가 공력 성능을 높이면 주행 중 공기 저항을 줄여서 에너지 소모를 저감하는 것은 물론, 주행 안정성에도 도움을 줄 수 있다.
EV3는 기아 디자인 철학 중 ‘이유 있는 즐거운 경험(Joy for Reason)’을 테마로 한 외장 디자인 콘셉트와 조화 및 균형을 유지하면서 세밀한 부분까지 공기역학적으로 다듬는 과정을 통해 완성됐다. 차체 하부에서는 빈틈을 꼼꼼하게 틀어막는 동시에 공기 흐름을 원활하게 하는 3D 형상을 적용해 동급 전기차 중 최고 수준의 공력 성능을 구현했다.
차는 앞으로 나아가면서 공기의 저항을 가장 크게 받고, 속도가 높아질수록 저항도 커진다. 이 때문에 차의 앞부분에 부딪힌 공기가 차체에서 멀리 떨어지지 않으면서 차체를 따라 뒤쪽으로 매끄럽게 흐를 수 있도록 다듬는 게 중요하다. 공기 흐름이 차체에서 멀어지면 주행 중인 차량에 불안정한 움직임을 유발할 수 있기 때문이다.
EV3의 차체에는 이를 위한 노력이 곳곳에 배어 있다. 헤드램프와 앞 범퍼의 측면부를 둥글려 공기 흐름이 흐트러지지 않도록 유도했고, 휠 아치와 바퀴 사이에 휠 갭 리듀서를 마련해 공기 흐름이 차체에서 떨어지지 않도록 했다. 이렇게 흐르는 공기가 타이어를 지나 뒤로 더욱 원만하게 이동할 수 있도록 휠 아치 후방의 형상도 각진 부분을 줄이는 형태로 다듬었다. 또한, 17, 19인치 휠에 공기역학적인 요소를 가미해 개구율을 최소화했고, 측면으로 돌출된 리어 램프의 형상과 각도까지 세밀하게 손봐서 뒤쪽으로 흘러가는 공기 흐름을 개선했다.
차체 뒤로 향하는 공기(후류)를 잘 정리하는 것도 공력 성능에서 중요한 요소 중 하나다. 차량 뒤쪽의 공기는 회오리 현상을 일으켜 차를 잡아당기고, 이는 효율과 주행 안정성에 많은 영향을 미친다. 이를 방지하기 위해서는 후면부의 상하좌우 폭을 줄여 뒤쪽의 공기가 흐트러지지 않고 차로부터 멀리 가도록 유도하는 게 효과적이다. 이 때문에 앞은 둥글고 뒤는 쐐기처럼 날렵한 형태, 즉 물방울 형태가 공력 성능에 이상적인 조건으로 알려져 있다.
이를 위해 EV3에는 뒷좌석 탑승 공간을 확보하면서도 지붕 끝단의 하향 각도를 최적화하는 루프 스포일러가 장착됐다. 아울러 뒤로 갈수록 차체가 좁아져 공기역학적으로 유리한 보트테일 형상을 구현하기 위해 전륜의 휠 아치 폭보다 후륜 휠 아치 폭을 10mm 좁게 만드는 설계를 현대차그룹 최초로 적용했다.
이뿐만 아니라 리어 스포일러 좌우의 사이드 가니시 면적을 넓히고, 리어 범퍼 하단에도 스포일러 형상을 적용했다. 또한 차체의 상하좌우 부위와 후면부가 접점을 이루는 부분을 각진 형태로 다듬어 공기 흐름을 최적화했다. 차체로부터 떨어져 나간 공기가 맞물려 회오리치는 지점이 멀어지도록 해서 차체 뒤편의 공기가 모여 형성하는 압력으로부터 최소한의 영향만 받도록 한 것이다.
차체 하부에도 빈틈없는 공력 설계가 반영됐다. 앞쪽부터 뒤쪽까지 공기의 흐름을 매끄럽게 유도하는 언더커버를 가득 채워 넣었고, 고전압 배터리 좌우에는 현대차그룹 최초로 사이드 실 언더커버까지 장착해 79.1%의 커버링 비율을 달성했다. 아울러 하부를 지나는 공기가 바퀴와 부딪혀 저항을 일으키지 않고 뒤쪽으로 원만하게 흘러갈 수 있도록 바퀴 앞쪽에 장착하는 휠 스트레이크의 크기를 키웠다. 또한, 볼록한 형태의 앞쪽 언더커버와 오목한 형태의 뒤쪽 언더커버로 이뤄진 3D 형상을 적용하고, 리어 로어암 커버의 위치와 형상을 최적화하는 등 하부의 공기 흐름을 크게 개선했다.
콤팩트 전기 SUV의 경쾌하고 안정적인 R&H를 완성한 비결
EV3는 전기차의 필수 요소인 주행 가능 거리를 넉넉하게 확보하는 데 그치지 않고 실질적인 주행 성능도 높은 수준으로 끌어올렸다. 이를 위한 요소가 바로 서스펜션 개선 및 차체 강성 강화다. EV3의 쇼크업소버에 현대차그룹 최초로 적용한 3세대 주파수 감응형 밸브(Smart Frequency control Damper 3, 이하 SFD3)가 대표적이다.
SFD3는 노면에서 올라오는 고주파 대역의 자잘한 진동을 상쇄한다. 과속방지턱과 같은 요철을 넘을 때 발생하는 저주파 대역의 큰 충격은 기존의 감쇠력으로 걸러내고, 일반적인 주행 시 발생하는 잔진동은 쇼크업소버의 감쇠력을 낮추고 상하 움직임을 빠르게 만들어 승차감을 부드럽게 만드는 원리다. 현대차 아이오닉 5, 기아 EV6에 탑재됐던 SFD2와 동일한 방식으로 작동하지만, SFD3는 쇼크업소버 내부의 밸브 패키징을 작게 만들어 중소형차에 적합하게 개발한 것이 특징이다.
EV3에는 승차감 개선을 위해 현대차그룹 B세그먼트 모델 최초로 전륜 로어암에 하이드로 G부싱도 적용됐다. 하이드로 G부싱은 일반 고무 부싱과 달리 진동을 줄여주는 유체가 내부에 봉입돼 전반적인 승차감 개선에 크게 기여하는 부품이다. 일반 부싱보다 감쇠 효과가 10배가량 뛰어나 주로 대형차에 사용돼 왔으나, 차가 무겁고 큰 휠을 장착한 전기차의 승차감 개선을 위해 아이오닉 6부터 적용되고 있다.
한편, EV3는 차체 강성을 강화해 조종 응답성과 일체감, 코너를 돌아 나갈 때의 탄탄한 움직임 등을 높여 운전의 즐거움을 한층 진하게 느낄 수 있도록 개발됐다. 이를 위해 후륜 크로스 멤버와 차체를 연결하는 부위에 현대차그룹 C세그먼트 이하 차종 최초로 멤버 스테이 부품을 적용했다. 이 부위는 코너링 시 많은 힘이 몰리는 곳으로, 멤버 스테이를 적용해 강성을 보강하면 선회 응답성을 높이는 효과를 거둘 수 있다.
아울러 뒷바퀴 부분에 차체 연결 부품의 일종인 L-브라켓을 추가로 적용, 차체의 비틀림 강성을 6.4% 강화했다. 자동차는 큰 요철을 지나거나 선회 도중에 차체가 조금씩 비틀리고 변형될 수 있는데, 연결 구조를 강화해 비틀림 강성을 높이면 이런 현상을 줄일 수 있다. 이처럼 EV3에는 차를 더 단단하고 옹골차게 만들어 핸들링 성능을 강화하려는 노력이 곳곳에 깃들어 있다.
NVH 성능으로 완성한 쾌적한 전기차 사용 경험
EV3는 콤팩트한 전기 SUV다. 내연기관이 없는 덕분에 소음과 진동에서 비교적 자유롭지만, 그 탓에 노면 소음과 풍절음은 더 크게 들릴 수 있다. 이에 개발진은 외부 소음을 줄이기 위해 EV3의 하체부터 지붕에 이르기까지 구석구석 NVH 요소를 보강했다. 우선 노면으로부터 직접 전달되는 로드 노이즈를 줄이기 위해 전륜 멤버의 뒤쪽에 연결 강화 부품인 스테이 브라켓을 달았고, 후륜 멤버의 앞쪽에 공진을 줄여주는 다이내믹 댐퍼를 적용하고 후륜 멤버의 부싱도 개선했다.
아울러 노면 진동이 차체로 전달돼 소음을 유발하는 점을 감안해 선루프 부위의 레일을 강화하고, 선루프를 적용하지 않은 모델의 경우 레일을 삭제하고 골지 패드를 추가해 NVH 성능을 강화했다. 이 밖에도 차체 구석구석 연결재를 보강해 강성을 높이는 동시에 진동을 줄여주는 소재를 확대 적용했다. 주행 중 크게 들리는 바람 소음을 줄이는 대책으로는 이중 접합 차음 유리를 사용, 한층 쾌적한 실내 공간을 완성했다.
이 밖에도 아이오닉 6에 처음 적용됐던 플로어 분리형 흡음 패드를 적용해 노면 소음을 줄이고, C필러 뒤쪽의 리어 쿼터 패널에 재활용 소재를 활용한 천공 흡차음백을 넣어 후방에서 유입되는 소음을 줄였다. 뒷바퀴 휠 하우스 안에는 타이어로부터 들리는 소음을 줄여주는 흡음 패드를 적용했으며, 외부로 노출돼 오염되는 것을 막기 위해 중공사 흡음 패드를 장착했다.
한편, EV3는 외부에서 유입되는 진동과 소음을 줄이는 데 그치지 않고 동력을 만드는 PE 시스템에서 들리는 작동 소음도 줄이기 위해 심혈을 기울여 완성됐다. EV3에 탑재된 PE 시스템은 초기 설계부터 모터의 작동 소음을 줄이는 데 유리한 코일 구조를 적용했고, 진동을 일으키는 가진력을 줄이기 위해 전류 제어 방식도 개선했다. 또한, 감속기 내부의 톱니바퀴가 한쪽으로 치우치지 않고 균일하게 접촉해 이상적으로 토크를 전달할 수 있도록 설계해 가진력을 줄였다.
아울러 PE 시스템 자체에 흡차음재를 부착해 근본적인 소음을 최소화했다. EV3의 PE 시스템에는 모터와 인버터의 전면을 감싸는 두터운 흡차음재가 적용됐고, 안팎의 구조를 보강해 모터 특유의 고주파 소음을 줄이는 설계도 반영됐다.
지금까지 살펴본 것처럼 EV3에는 넉넉한 주행 가능 거리와 높은 전비 효율, 이를 위한 배터리 기술과 치밀한 공기역학적 설계, 경쾌하고 편안한 주행 성능을 두루 완성하기 위한 개발진의 정성 어린 노력이 깃들어 있다. 이처럼 완성도 높은 상품성을 갖춘 EV3와 함께라면 주행 가능 거리에 대한 걱정과 불안 없이 한층 즐거운 전기차 라이프를 누릴 수 있을 것이다.
글. 이세환
사진. 최대일, 김범석
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