전기차 3대 핵심이라는 ‘파워트레인·배터리·플랫폼’ 뭐길래

이민우 기자
입력 2021.12.04 06:00
전기차를 구성하는 파워트레인, 배터리, 플랫폼은 주행거리 등 전기차 성능 향상을 위한 3대 핵심요소로 꼽힌다. 전기차는 내연기관차 대비 무겁고, 모터를 사용하는 특성상 동력 전달 구조도 처음부터 최대 토크(회전력)에 도달하는 등 차이점이 많다. 파워트레인, 배터리, 플랫폼의 경량화·집적화에 따라 중량·설계 등이 달라져 주행거리에 영향을 받는다.

파워트레인과 배터리, 플랫폼은 각각 전기차에서 구동계와 동력원·차대(자동차의 뼈대)를 담당한다. 완성차 업계는 파워트레인과 배터리의 효율성 향상, 플랫폼의 설계 범용성 확장 등 부품의 전기차 생태계에 최적화를 꿈꾼다.

비테스코 테크놀로지스의 EMR3·EMR4 파워트레인 출력 차이 비교 / 비테스코 테크놀로지스
3일 완성차 업계 의견을 들어보면 전기차의 향후 가장 큰 과제는 주행거리와 충전시간 개선이다. 최근 출시된 전기차들의 1회 충전 최대 주행거리는 대부분 아직 400㎞대인 경우가 많다. 날씨가 추운 겨울에는 배터리 성능이 제원보다 떨어져 더 짧아지는 상황도 생겨, 완성차·전동화 파워트레인 솔루션 기업은 주행거리 제약을 극복하는데 몰두 중이다.

전기차 주행거리 증가를 위해선 3대 핵심 부품인 파워트레인, 배터리, 플랫폼의 성능 향상이 필수다. 전기차의 전동화 파워트레인은 전기모터와 인버터, 감속기 등 구동계 부품을 아우르는 시스템을 의미한다. 전력 효율성을 결정짓는 부품으로 전기차의 구동 효율을 높여 주행거리를 늘린다.

내연기관차의 엔진·변속기와 대응하는 전동화 파워트레인은 배터리에서 생성된 동력원과 토크(회전력)를 바퀴에 전달한다. 모터가 인버터로부터 전력을 받아 회전하고, 이 토크로 바퀴를 구동해 전기차를 움직인다. 제동 시에는 차량 운동에너지를 회생제동을 통해 전기에너지로 변환해 발전기처럼 전력을 충전하는 기능도 수행한다.

인버터는 배터리에 직류 형태로 저장된 전기를 교류 전압으로 변환해 모터 구동에 필요한 3상 전원(가정용 220V와 달리 380V급인 전력으로 고신뢰성 모터 구동에 적합)을 공급하는 기능을 수행한다. 감속기는 내연기관의 변속기와 유사한 기능을 하며 모터의 높은 회전수를 차량 운행에 필요한 적절한 회전수로 조절해 바퀴에 큰 토크의 동력을 전달한다.

첨단 구동 기술·e-모빌리티 솔루션 기업인 비테스코 테크놀로지스의 경우, 최근 고도화된 통합 전동화 구동시스템인 ‘EMR4’를 내놓기도 했다. EMR4는 모듈화와 확장성·표준화를 달성하면서, 출력 범위는 80~230㎾까지 증가시켰다. ‘EMR3’ 등 이전 모델 대비 크기와 무게도 줄여 경량화와 설계 공간 확보에도 성공했다.

비테스코 테크놀로지스 관계자는 "EMR4의 경우 기술력과 전문성을 집약해 통합형 전동화 플랫폼으로 설계했다"며 "출력 범위 증가 외 에너지 효율 등도 확장돼, 현재 전기차 시장에서 요구하는 높은 효율을 충족하는 모델이 될 것으로 기대한다"고 설명했다.

폭스바겐 그룹의 MEB 전기차 전용 플랫폼 / 이민우 기자
전기차에서 가장 대중적으로 알려진 부품은 배터리다. 전기를 저장하는 부품으로 용량과 밀도에 따라 최대 주행거리가 달라진다. 이론적으로 전기차 주행거리를 높이고 무게를 낮추기 위해선 배터리의 에너지 밀도가 높아야 한다. 밀도가 높을수록 같은 무게에 저장할 수 있는 전기 용량이 더 커진다.

배터리 소재로 최근 주목받는 것은 ‘실리콘 음극재’다. 음극재는 양극재에서 발생한 리튬이온을 받아 저장했다가 방출하면서 전기를 발생시키는 역할을 한다. 실리콘 음극재는 가볍고 부피가 작다. 기존 ‘흑연 음극재’보다 충전시간을 줄이면서, 에너지 밀도는 향상시킬 수 있어 배터리 업계에서는 실리콘 음극재에 큰 관심을 쏟고 있다.

전기차 플랫폼은 파워트레인, 차체, 서스펜션 등 자동차의 핵심 구성 요소를 갖춰 놓은 전용 차대다. 전기차는 플랫폼을 활용해 배터리 용량을 다르게 변경, 적용할 수 있다. 동일 플랫폼으로 필요에 따라 다양한 종류의 차량을 제작할 수 있다. 현대차 그룹의 E-GMP, 폭스바겐 그룹의 MEB플랫폼 등이 대표적인 전기차 전용 플랫폼이다.

E-GMP 같은 전기차 전용 플랫폼은 내연기관차 플랫폼과 달리 엔진룸이 없고 배터리가 차체 하단에 배치된 비교적 단순한 형태를 띤다. 전용 플랫폼답게 내부 구조를 전기차 특성에 맞게 개발해 최적의 부품 설계와 무게 밸런싱 최적화를 꾀한다.

현대자동차의 아이오닉5·EV6 등은E-GMP를 기반으로 제작한 전용 전기차다. ‘아이오닉5’는 1회 충전에 따른 최대 주행거리가 429㎞다. 향후 출시되는 현대차 그룹의 신형 전기차 모델은 더욱 향상된 최대 주행거리를 가질 예정이다.

이민우 기자 minoo@chosunbiz.com


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