2015년 디젤게이트를 기점으로 연비 및 배출가스 법규 대응을 위해 차량 전동화 기술이 빠르게 발전하고 있습니다. 이제는 도로를 달리는 전기차를 심심찮게 발견할 수 있습니다. 그런데 차량 전동화 기술은 전기차 만의 전유물이 아닙니다. 이미 우리는 차량 전동화 기술의 중심에 서 있습니다.

#1 내연기관

차량 전동화 기술을 이야기하면서 내연기관을 키워드로 꼽는 게 이상해 보일 수 있지만, 알고 보면 그렇지 않습니다. 스티어링 휠, 창문, 선루프, 오일, 워터펌프 등 내연기관 자동차의 상당 부분이 이미 전동화 기술로 움직이고 있습니다. 편의사양의 확대에 따라 이러한 흐름은 점점 더 가속화될 것으로 보이는데요. 이와는 별개로 전기차가 내연기관 자동차를 완벽하게 대체하기까지는 상당한 시간이 걸릴 전망입니다. 충전시간, 주행거리, 인프라 등이 여전히 대중의 기대를 충족시키지 못하고 있기 때문입니다. 따라서 우리는 앞으로도 꽤 오랜 기간 동안 내연기관, 하이브리드, 전기차 등 다양한 동력기관 자동차가 공존하는 시대를 살아갈 것입니다. 또한 내연기관의 효율을 높이는 보조적 수단으로서의 차량 전동화 기술도 꾸준히 발전할 것이라는 게 전문가들의 설명입니다.

#2 모터

모터는 차량 전동화 기술의 핵심입니다. 전기에너지를 운동에너지로 바꿔주는 가장 효율적인 장치이기 때문입니다. 최근 자동차 업계는 파워트레인, 바디, 섀시 시스템에 모터를 적용한 제품을 개발하여 기존보다 성능과 에너지 효율을 높이려는 노력을 하고 있습니다. 범용 DC 모터를 많이 사용하던 과거와 달리 최근에는 다양한 모터 개발이 이뤄지고 있는데, 모터가 적용되면 생산 단가가 상승할 가능성이 큽니다. 특히 자석이 모터의 단가에서 차지하는 비중이 가장 높아, 모터 효율에는 도움이 되지만 값비싼 희토류 자석을 대체하거나 줄이려는 시도도 활발하게 일어나고 있습니다. 제어기를 신호선으로 연결해 모터를 동작시키는데, 최근 모터와 제어기를 일체화한 제품들도 속속 등장하고 있습니다.

#3 환경규제

환경규제는 차량 전동화 기술의 성장을 부채질하는 주요 요인 중 하나입니다. 전 세계 각국의 환경규제를 충족시키기 위해 자동차 업계는 엔진 다운사이징, 공차 중량 감량, 연비 개선 등에 적극 나서고 있습니다. 하지만 차량 전동화 기술의 도움을 받지 않고서는 갈수록 강화되고 있는 환경규제에 완벽하게 대응하기 힘듭니다. 높아져 가는 연비 및 배출가스 규제를 맞추려면 무엇보다도 먼저 내연기관의 부담을 줄여야 합니다. 그러려면 내연기관의 영향을 받지 않고 독립적으로 움직이는 부분을 늘려야 하는데, 배터리를 활용한 전기모터가 가장 효율적인 해답입니다.

#4 기능안전

차량에서 작동하는 기계식 장치의 고장은 어느 정도 예측이 가능합니다. 정기적으로 엔진오일을 갈아주는 것도, 고장 나지 않은 부품을 미리 교체하는 것도 이런 이유에서입니다. 하지만 차량 전동화가 진행되면 모터를 동작시키기 위해 더욱 많은 전자 장치가 필요한데, 이 전자 장치란 게 언제 어떤 식으로 고장 날지 예측하기 쉽지 않습니다. 따라서 고장을 미리 예상하고 유사 시 곧바로 진단하고 조치하는 것이 무엇보다도 중요합니다. 이 문제의 해결 여부에 따라 사람들의 안전이 결정되기 때문입니다. 기능의 안정성을 확보하고 이를 사용하는 사람들의 안전을 보장하는 것이 차량 전동화 기술 수준을 좌우하는 척도입니다.

#5 퍼스널 모빌리티

10년 전까지만 해도 컴퓨터 성능에 버금가는 스마트폰을 누구나 들고 다니게 될 줄 상상도 못했습니다. 이런 현상이 자동차 업계에서도 가속화되고 있습니다. 복잡한 기계를 작은 전자장치로 만들 수 있게 되면서부터입니다. 다시 말해 차량 전동화 기술이 자동차의 개인화를 가속화시키고 있는 것입니다. 이미 전기로 움직이는 1~2인승 자동차는 상용화됐습니다. 기술 집적의 규모가 줄어들자 중소기업에서도 근거리용 전기차를 하나둘 출시하고 있습니다. 여기에 차후 레벨 5에 해당하는 완전 자율주행 기술까지 상용화되고 나면 남녀노소 누구나 마음껏 자동차를 활용할 수 있게 됩니다. ‘퍼스널 모빌리티(Personal Mobility) 시대’가 도래하는 것입니다.

#6 융복합

21세기 이후 꾸준히 화두가 되어온 융·복합은 차량 전동화 기술에도 그대로 적용됩니다. 전동화와 함께 4대 자동차 업계 키워드로 떠오른 자율주행, 차량 공유, 연결(Connectivity)이 유기적으로 결합하면서, 지금까지와는 전혀 다른 형태의 자동차 기술과 문화를 만들고 있습니다. 예를 들어 점점 고도화되고 있는 전동화와 자율주행이 융·복합을 거치면 운전자가 다른 일을 보는 동안 자동차가 스스로 충전소를 다녀오는 놀라운 기술을 선보일 수 있습니다.

‘케피코표 전동화’는 현재진행형

차량 전동화 기술을 3세대로 나눠 쉽게 표현해 보자면 이렇습니다. 1세대는 범용 DC 모터 및 기어류를 연결하여 사용한 제품이 개발되어 시스템에서 요구하는 동작 기능이 구현되는 형태입니다. 2세대는 보다 정밀한 제어가 구현되는 시기입니다. 모터 및 내부 기구부의 동작을 센싱하여 모터 제어를 담당하는 별도의 제어기에 신호를 보내 좀 더 정밀한 제어가 이뤄진 것입니다. 3세대는 모터와 제어기의 합체입니다. 최근 차량에 적용되는 모터의 수가 늘어나면서 모터를 제어하는 제어기의 부담도 커지고 있습니다. 모터에 제어기를 내장해 스스로 상태를 판단하고 동작하는 한편 자체 고장진단까지 할 수 있으면 3세대 기술로 구분할 수 있습니다.

현대케피코는 현재 2~3세대를 넘나들며 차량 전동화 기술을 고도화시키고 있습니다. 모터 개발 및 제어 전담 부서를 꾸리고 설계, 생산, 상용화, 플랫폼화를 차근차근 밟아 나가고 있습니다. 더불어 빅데이터 기술을 보유하고 있는 현대엔지비와 손잡고 차량 전동화 기술 발전에 필요한 제반사항과 최근 동향을 집중적으로 파악하는 중입니다. 이런 과정을 거쳐 개발된 APC·ACV 등 일부 3세대 액추에이터는 이미 수소전기차에 쓰이고 있습니다.

“디젤게이트 이후 차량 전동화 기술에 본격적으로 뛰어들었으니, 경쟁 기업보다는 조금 늦게 출발했다고 볼 수 있습니다. 하지만 내연기관의 파워트레인을 오랜 기간 개발하고 생산해 온 내공이 있거니와 ‘설계-시작-검증-생산’의 단계를 충분히 숙지하고 수행해 온 우수한 시스템 엔지니어들이 포진해 있기 때문에, 현대케피코만의 차량 전동화 기술을 빠르고 정확하게 개발하는 동시에 관련 경험과 노하우를 착실하게 쌓아 나가고 있습니다.”

‘전동화 블루오션’을 향해 나아가다

차량 전동화 기술의 중추 역할을 맡고 있는 현대케피코 기술연구소는 모터의 설계와 개발에 힘을 쏟는 동시에 이후 진행될 모터의 플랫폼화도 염두에 두고 있습니다. 시장에서 많이 쓰이는 출력의 모터를 다수 개발한 뒤 각각의 플랫폼으로 만들면, 어떤 요구가 들어오더라도 플랫폼을 바탕으로 신속하고 적확하게 변형할 수 있기 때문입니다.

“전동화 시대의 핵심은 ‘속도’입니다. 굉장히 발전 속도가 빠르기 때문에 여기에 맞춰 모터도 다양하게 변주해 내놓아야 하죠. 플랫폼화는 이를 실현시킬 수 있는 기본기를 다지는 작업입니다. 전동화 기술이 생활 전반에 전방위적으로 퍼져 나가고 있는 만큼, 앞으로도 전동화 기술의 핵심 역량을 높이는 데 최선을 다하겠습니다.”

현대케피코는 현재 전사적으로 미래 발전 방향과 전략을 세우는 데 골몰하는 중입니다. 차량 전동화 기술도 그중 하나입니다. 현대케피코는 전기차 파워트레인뿐만 아니라 이륜차, 드론 등의 분야에 이른바 ‘전동화 블루오션’이 있을 것으로 보고 있습니다. 내연기관과 전기차 이슈를 넘어 차량 전동화의 큰 흐름을 보며 청사진을 그려 나가고 있기에 현대케피코의 미래는 충분히 밝습니다.

인터뷰이. 박성민 연구소장, 권명훈 팀장, 김남규 팀장, 민경국 팀장

글. 강진우 자유기고가

사진. 김지원 안테나스튜디오

출처. HMG JOURNAL