전기차가 '슈퍼카' 위협 퍼포먼스·효율 갖춘 비결…'2-스테이지 모터시스템' 공개

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.

10일 현대차∙기아에 따르면, 이 영상은 전기차에 적용되고 있는 첨단 모터 구동 제어 기술을 일반 고객들도 쉽게 이해할 수 있도록 제작된 것이 특징이다. 이는 최근 같은 채널에 게재한 '브레이크 작동 원리' 영상과 마찬가지로 기술을 중심으로 고객과 소통을 지속 이어가겠다는 의지로 풀이된다.

영상은 기본적인 모터 구동 시스템의 세 가지 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 여섯 개의 스위치가 적용돼 있다. 현대차∙기아는 여기에 실리콘 전력 반도체 여섯 개를 추가해 총 12개의 스위치로 구성된 2-스테이지 모터시스템을 고안해 냈다. 이를 통해 모터에 인가할 수 있는 전압이 기존 대비 70%까지 확대될 수 있고, 이는 곧 출력 증대로 이어진다.

일상 주행에서는 기존 여섯개 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 제어 기법과 모드 절환 제어 알고리즘을 적용해 각각의 모드로 절환될 때 이질감 없이 자연스럽게 절환되도록 했다.

2-스테이지 모터시스템은 기아 EV6 GT를 시작으로 현대차 아이오닉5N, 아이오닉6N, 아이오닉9, 올뉴 넥쏘 등에 적용돼 많은 고객들에게서 호평을 받고 있다. 현대차∙기아는 향후 출시될 전기차에 이 기술을 확대 적용한다는 방침이다. 현대차∙기아는 2-스테이지 모터시스템의 핵심 기술에 대해 우리나라를 비롯해 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 "지난해 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.