현대자동차‧기아는 전기차 영역에서 어떻게 '슈퍼카' 버금가는 퍼포먼스와 높은 효율성이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있었을까?

현대차‧기아가 작년 말 산업통상자원부가 주관한 ‘대한민국 기술대상’에서 최고의 영예인 대통령상을 수상한 ‘2-스테이지 모터시스템’을 상세 소개하는 기술 영상을 현대자동차그룹 유튜브 채널에 공개했다. (※ 영상링크: https://youtu.be/rA8KARYQVHc )

이 영상은 현대차‧기아 전기차에 적용되고 있는 첨단 모터 구동 제어 기술을 일반 고객들도 쉽게 이해할 수 있도록 제작된 것이 특징이다. 

이는 최근 같은 채널에 게재한 ‘브레이크 작동원리’ 영상과 마찬가지로 기술을 중심으로 고객과 소통을 지속 이어가겠다는 의지로 풀이된다.

영상은 기본적인 모터 구동 시스템의 3가지 주요 부품을 소개하는 것으로 시작한다.

모터는 회전력을 생성하고, 감속기는 그 회전력을 바퀴에 전달한다. 인버터는 배터리의 직류 전력을 교류로 변환하는 역할을 담당한다. 

일반적으로 고출력 위주로 전기차의 모터 구동 시스템을 설계하면 도심 주행에서는 효율이 떨어지는 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 현대차‧기아는 인버터의 역할에 주목했다.

기존 전기차의 인버터에는 실리콘 카바이드 반도체 소자로 구성된 6개의 스위치가 적용돼 있다.

현대차‧기아는 여기에 실리콘 전력반도체 6개를 추가, 총 12개의 스위치로 구성된 2-스테이지 모터시스템을 고안해 냈다.

그로써 모터에 인가할 수 있는 전압이 기존 대비 70%까지 확대될 수 있고, 이는 곧 출력 증대로 이어진다. 

일상 주행에서는 기존 6개 스위치 한 세트만 사용해 효율을 유지하고, 고속‧고출력 상황에서는 두 세트 모두를 활용해 강력한 성능을 안정적으로 이끌어 내는 것이 가능해진다. 

인버터 내에 스위치 개수를 단순히 2배로 늘리는 것으로 모든 문제가 해결되는 것은 아니라고 현대차‧기아는 설명한다. 스위치가 늘어남에 따라 제어해야 할 범위가 늘어나기 때문이다. 

이를 위해 현대차‧기아는 독자 제어기법과 모드 절환 제어 알고리즘을 적용, 각각의 모드로 절환될 때 이질감 없이 자연스럽게 절환되도록 했다. 

2-스테이지 모터시스템은 기아 EV6 GT를 시작으로 현대차 아이오닉 5N, 아이오닉 6N, 아이오닉 9, 올 뉴 넥쏘 등에 적용돼 많은 고객들로부터 호평 받고 있다.

현대차‧기아는 향후 출시될 전기차에 이 기술을 확대 적용한다는 방침이다. 

현대차‧기아는 2-스테이지 모터시스템의 핵심기술에 대해 우리나라를 비롯하여 미국과 유럽, 중국과 일본 등의 국가에서 총 47건의 특허를 출원했다.

2-스테이지 모터시스템 개발에 참여한 연구원들은 “전 세계에서 유일무이하게 고출력과 고효율을 동시에 실현하는 혁신적인 모터시스템이라고 확신한다”며, “작년 대한민국 기술대상에서 대통령상을 받았을 때, 그리고 경쟁사가 우리 전기차를 사서 분해해보고 있다는 얘기를 들었을 때 정말 의미 있는 일을 했구나 싶어 자부심이 들었다”고 말했다.