전기차에서 가장 중요한 2가지
[차린이톡] 전기차 두개의 심장, 구동모터와 배터리
내연기관 엔진보다 효율적인 구동모터
배터리, 전기차의 성능과 디자인을 결정
안녕하세요. 테크M입니다.
지난 '차린이톡'에서는 전기차가 내연기관이 없어지면서 변화하는 점들에 대해 알아봤습니다.
그렇다면 내연기관이 없는 전기차는 어떤 부품이 어떻게 작용해 바퀴를 움직일까요?
전기차를 움직이는 두개의 심장, 구동모터와 배터리에 대해 이야기해보겠습니다.
효율이 제일 중요해 구동모터
구동모터 / 사진=현대자동차전기차의 구동모터는 내연기관 엔진 역할을 합니다.
하지만 구동모터는 엔진보다 훨씬 간단한 과정만으로 구동력을 만들어내죠.
먼저 구동모터는 전기를 공급 받아 토크(torque)를 만듭니다. 그리고 감속기를 통해 바퀴에 전달하죠.
토크는 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량입니다.
이같이 간단한 과정 덕분에 에너지 효율도 내연기관 자동차보다 높습니다. 미국 오크리지 연구소에 따르면,
내연기관차와 전기차의 에너지효율은 각각 17%와 37%라고 합니다. 전기차의 에너지 효율이 내연기관차보다 2배 넘게 높은 것이죠.
구동모터의 전류 방식도 효율성에 의해 결정됩니다. 전기차는 대부분 교류(AC)모터를 사용합니다.
그런데 배터리는 직류(DC)죠. 그렇다면 비효율적이게 전류를 변환해주는 인버터까지 장착해 교류를 쓰는
이유는 무엇일까요?
직류모터의 경우 모터에 브러시가 필요합니다. 브러시는 바찰로 인해 1~2년 주기로 교체해야 하죠.
반면 교류모터는 브러시가 없어 직류모터보다 가격이 저렴하고 내구성이 좋아 유지보수 비용도 적게 듭니다. 한 마디로 더 효율적이죠.
성능도 디자인도 배터리가 결정한다
삼성전자SDI 전기차용 배터리 셀, 모듈, 팩 / 사진=삼성SDI전기차 두개의 심장 중 하나인 리튬이온 배터리는 셀-모듈-팩으로 구성됩니다.
'배터리 셀'은 리튬이온 배터리의 기본 단위로 1셀의 전압은 보통 3.7V입니다.
'배터리 모듈'은 배터리 셀을 외부충격과 온도변화 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수로 묶어 프레임에
넣은 배터리 조립체입니다. 배터리 모듈을 묶어 만드는 '배터리 팩'은 전기차에 장착되는 배터리 시스템의
최종형태죠.
전기차에서 배터리가 중요한 이유는 배터리의 용량과 최고 전압에 따라 주행 가능 거리와 구동모터 최고 출력이 결정되기 때문입니다. 뿐만 아니라 배터리 팩의 크기와 형태도 전기차 디자인에 많은 영향을 주죠.
배터리가 얇아질수록 디자인 부분의 자유도가 높아지기 때문입니다.
이에 따라 전고체 배터리도 주목 받고 있습니다. 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질을 사용한 배터리로
에너지 밀도가 리튬이온 배터리보다 높습니다. 또한 충격과 압력에 잘 견뎌 상대적으로 안전합니다.
다만 고체 전해질의 전도도가 액체 전해질보다 낮아 아직 상용화되진 못했죠.
이런 이유로 관련 기업들은 배터리의 크기는 줄이고 용량은 늘리기 위해 노력하고 있습니다.
국내 배터리 3사로 불리는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션은 배터리 사업에 공격적으로 투자하고 있는데요. 3사 모두 배터리 연구개발과 시설투자에 2조원이 넘는 금액을 투입했습니다.
LG화학은 배터리 사업에 연 3조원씩 투자한다는 계획입니다.
해외기업도 투자에 열을 올리고 있습니다. 중국 투자은행 국제금융공사(CICC)에 따르면, 글로벌 배터리 시장 점유율 1위인 중국의 CATL은 지난해 누적 설비투자액이 12조원이 넘습니다.
이런 흐름에 따라 배터리 시장 규모도 가파르게 성장하고 있습니다. 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 글로벌 리튬이온 배터리 시장의 규모는 올해 64조원에서 2025년 142조원까지 커질 전망입니다. 업계 전문가들은 구동모터와 배터리가 핵심이 되는 '전기차 전용 플랫폼' 전쟁에서 승리하는 기업이 전기차 시대를 주도할거라 예상하고 있습니다.
다음 차린이톡에서는 실제 전기차 브랜드들이 어떤 심장을 달고 있는지에 대해 얘기해보겠습니다.
