엔진차에 엔진이 있다면 전기차엔 모터가 있죠? 이번엔 전기차의 심장 모터의 종류와 특징에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
중저속에서도 강력한 파워를 발휘하는 전기차 모터!
표. 내연기관과 전기모터의 출력 비교 / 출처 : 유진투자증권
초반부터 강력한 파워가 나오는 것이 모터의 가장 큰 장점이죠. 파워 = 토크 x RPM이죠. 그래프에서 보듯이 전기차는 저 RPM에서도 최대 토크를 뽑아내기 때문에 중저속에서의 펀치력이 어마 어마합니다.
전기차 한 대에 모터 몇 개나 들어가나요?
현재 양산되는 많은 전기차의 경우 전륜에 1개의 모터가 장착된 경우가 많습니다. 현대, 기아의 주요 EV들은 모두 전륜 1개 모터가 장착되어 있습니다. GM 볼트 EV도 전륜 모터 1개가 달려있습니다.
사진 : 아이오닉 EV의 구조 / 출처 : Hyundai Motor America
후륜의 대명사 BMW의 i3는 아래 사진에서 보시는 것처럼 후륜에 1개를 장착하고 있습니다.
사진. 후륜에 1개의 모터가 장착된 BMW i3 / 출처 : BMW
테슬라 모델 S는 후륜 구동 싱글 모터인 경우가 있고(모델명 끝에 D 없는 모델), AWD 모델 (끝에 D 있는 모델)의 경우 앞뒤 1개씩 총 2개의 모터가 장착되어 있습니다.
사진 : 테슬라 모델 S 90D의 전기모터 배치 (출처 : 테슬라)
대부분 AC 모터 사용
사진 : 볼트 EV AC 영구자석 모터
사용하는 전류가 무엇이냐에 따라 직류를 사용하는 DC 모터와 교류를 사용하는 AC 모터가 있는데요, 많은 전기차는 AC 모터를 사용합니다.
그런데 ‘그럼, 전기차 배터리는 DC인데 왜 DC 모터 안 쓰고 AC모터 쓰나요? 괜히 AC-DC 컨버터도 써야 하는데 말이죠.’ 하는 의문이 생깁니다. Why?
AC모터의 장점
# 유지 보수가 거의 필요 없고 내구성이 뛰어나
DC 모터는 구조가 단순하고 저렴하며, 토크도 높습니다. 하지만, 구조적으로 브러시가 필요하고 브러시는 마찰로 인해 1~2년 주기로 교체해야 합니다. 소음도 조금 있고요. 전기차 내구성에 대한 고객 인식 측면에서도 바람직하지 않죠.
이에 비해 AC 모터는 구조적으로 브러시가 없어서 보수가 거의 필요 없고, 자동차의 수명 이상의 내구성을 갖추고 있습니다. 내연기관차의 엔진과 비교하면, 아예 손댈 게 없습니다.
#정교한 컨트롤이 용이하고 냉각 성능 관리 용이
DC 모터는 단순히 전류에 비례하여 토크나 RPM을 컨트롤할 수 있기 때문에 제어 방식 구현이 쉽습니다.
AC 모터는 DC에 비해 제어 방식이 복잡하지만 1960년대부터 제어기술이 발전해와서 기술적 완성도가 충분히 높고, 정밀하게 속도를 조절하기엔 오히려 DC보다 용이합니다. 일반 DC 모터에 비해 내부 발열 문제가 적은 것도 장점이지요.
#그럼, 브러시가 없는 브러시리스 DC 모터는?
실제로 테슬라에서도 모델 S를 위한 모터를 선택할 때, DC 브러시리스 모터도 비교 선상에 놓고 검토했었는데요,
제어가 쉽지 않고 어렵고 저 rpm 토크가 낮으며 고출력 모터를 만들 때 가격도 높은 편이라, 아직 양산 EV용으로는 사용되고 있지 않습니다. 하지만 잠재력이 있기 때문에 꾸준히 연구되고 있죠.
각 브랜드별로 어떤 회사의 모터를 쓰고 있나요?
자동차 메이커가 직접 모터를 만들거나, 조달하거나 둘 중 하나 입니다.
아이오닉, 코나, 니로, 쏘울 등 현대/기아의 전기차는 자체 개발한 모터를 적용하고, 테슬라도 모터를 자체 개발하고 있습니다. 쉐보레 볼트 EV는 LG 전자의 모터가 적용되어 있고요.
모터와 인버터는 결국 내재화의 길을 갈 가능성이 높습니다. 구동계 핵심 부품이며, 기계적인 부분 뿐만 아니라 컨트롤 노하우를 지속적으로 축적하는 것이 메이커의 핵심 경쟁력이 되기 때문이죠.
배터리도 GM, 토요타 등 메이저 업체 중심으로 공급 업체 의존도를 줄이기 위한 움직임이 시작되고 있습니다.
Still No Winner
테슬라에서 올린 재미있는 글이 있습니다.
모델 S를 만들 때 AC 유도 모터를 선택한 이유에 대한 글이죠. 모델 S가 AC 유도 모터를 선택한 이유를 설명하며, 영구자석 모터 제어의 어려움과 비싼 가격을 언급했습니다. (링크)
재미있는 것은 모델 S보다 합리적인 가격에 포커스를 둔 모델 3에는, 모델 S 개발 시에 비싸다고 말했던 AC 영구자석 모터를 선택했습니다.
필요한 성능 범위와 목표에 최적이면서, 전류를 덜먹고 비용을 최소화할 수 있다고 말하면서요.
결국, 기존 영구자석 모터가 비쌌던 이유를 극복한 것으로 보입니다. 영구자석 사이즈 및 비싼 희토류 사용량을 줄이고, 구리 로터를 강철 로터로 바꾼다거나 등으로 원가 경쟁력을 확보하고, 제어 기술도 향상한 것으로 알려져 있습니다.
향후 기술 진보를 통해 기존에 버려졌던 방식의 모터가 새로운 모습으로 재등장 하는 것 기대해볼 수 있을 것 같습니다.
