모터와 배터리에 신규 PE 시스템 적용
급속/멀티충전 가능, 야외에서도 충전
[한국공정일보=김정훈 기자] 현대차가 전기차 전용플랫폼인 E-GMP(Electric-Global Modular Platform)를 2일 전격 공개했다.
현대차는 "E-GMP는 현대차그룹이 전기차 도약의 원년으로 삼은 2021년부터 순차적으로 선보일 현대자동차 ‘아이오닉5’와 기아자동차 ‘CV(프로젝트명)’ 등 차세대 전기차 라인업의 뼈대가 되는 기술집약적 신규 플랫폼"이라고 밝혔다.
현대차의 전기차 전용플랫폼인 E-GMP의 기술과 그 의미에 대해 알아봤다. <편집자 주>
◇ 모듈화/표준화: 전기차 장점을 살린 전용 플랫폼으로 다양한 차급 전개 가능
모듈화와 표준화 개념을 도입한 E-GMP는 제품 기획단계부터 복잡성을 줄이면서도 하나의 플랫폼으로 차종과 차급의 경계를 넘어 유연한 제품개발이 가능하도록 설계돼 세단, CUV, SUV부터 고성능, 고효율 모델까지 고객이 원하는 다양한 차량을 신속하게 선보일 수 있다.
특히 빠른 가속력, 다이내믹한 승차감을 원하는 고객을 위한 고성능 모델은 0→100km/h 도달 시간 3.5초 미만, 최고 속도 260km/h 구현이 가능하다.
또한 기존 내연기관 차량에서 큰 부분을 차지하던 엔진이 사라진 공간에 상대적으로 가벼워진 구동 모터를 배치하고, 배터리를 하단에 낮게 위치시킴으로써 저중심 설계와 이상적인 전후 중량 배분으로 뛰어난 선회 성능과 안정적인 고속주행이 가능하다.
이 밖에도 E-GMP는 고속화 모터를 탑재해 구동 성능을 대폭 끌어올렸으며 중대형 차량들에 주로 적용했던 후륜 5 링크 서스펜션과 세계 최초로 양산 적용되는 기능 통합형 드라이브 액슬(IDA, Integrated Drive Axle)로 승차감과 핸들링 성능 역시 크게 향상했다.
◇안전성/공간 활용성: 전기차 충돌 안전과 혁신적인 공간을 고려한 최적 설계
배터리와 모터, 차체와 섀시 구조에 이르기까지 전기차의 특성을 고려해 최적화된 설계를 바탕으로 탄생한 E-GMP는 탑승객과 배터리 안전을 위한 신기술이 다양하게 적용됐다.
먼저 차량 전방의 충돌 에너지 흡수구간은 차체와 섀시 등 구조물의 효과적인 변형을 유도해 충격을 완화할 수 있도록 설계됐고, 대시보드 앞부분인 하중 지지 구간은 보강구조로 PE 시스템과 고전압 배터리가 받는 충격을 최소화했다. 또 차량 하단의 고전압 배터리의 보호 구간은 초고장력강으로 충돌 안전성을 향상했다.
탑승객 보호 공간인 승객실은 변형을 억제하기 위해서 A필라에 하중 분산구조를 적용하고 배터리 전방과 주변부에는 핫스탬핑 부재를 보강했으며, 배터리 케이스의 중앙부도 차체에 견고하게 밀착 시켜 충돌 에너지를 효과적으로 분산시킬 수 있는 구조를 갖췄다.
E-GMP는 미래 전동화 모빌리티에 적합한 혁신적인 디자인과 공간도 제공한다. 짧은 오버행(차량 끝에서 바퀴 중심까지 거리), 길어진 휠베이스(앞바퀴와 뒷바퀴 차축 간의 거리)로 개성 있는 디자인이 가능하며 슬림해진 콕핏(운전석의 대시보드 부품 모듈)은 탑승공간을 확장해준다. 더불어 이처럼 길어진 휠베이스는 승차감과 주행 안정성을 향상하는 데 도움이 된다.
또한 내연기관 플랫폼에서는 필수적이었던 차체 바닥의 센터터널을 없애고 배터리를 중앙 하단에 배치하면서 실내 바닥이 편평해져 공간 활용성이 극대화됐다. 우선 후석 승객 공간이 넓어졌고, 차종에 따라 다양한 전후 시트 배치가 가능하다.
◇구동 시스템: E-GMP에 최적화된 고효율 모터, 배터리 등 신규 PE 시스템 적용
E-GMP에는 차세대 전기차를 위해 새롭게 개발된 모터와 감속기, 전력변환을 위한 인버터와 배터리 등의 신규 PE 시스템이 탑재된다.
E-GMP의 PE 시스템은 넓은 공간 확보와 중량 절감을 위해 크기와 무게를 줄였고 부품간 에너지 전달 손실을 낮춰 성능과 효율을 최대치로 끌어올렸으며 800V 고전압 시스템으로 충전 시간을 대폭 단축했다.
먼저 구동에 필요한 모터, 동력을 차량에 필요한 토크와 속도로 변환해 전달하는 감속기 그리고 전력을 변환해 모터의 토크를 제어하는 인버터를 일체화했다. 또한 모터의 최고 속도를 기존 대비 30~70% 높이고, 감속비를 33% 높여 모터 사이즈를 줄이고 경량화를 통한 효율 개선까지 실현했다.
E-GMP는 아울러 차급과 주행거리, 고객의 라이프 스타일에 따라 가변적인 선택이 가능하도록 전용 전기차에 최적화된 표준화 배터리 시스템을 적용했다.
E-GMP를 기반으로 개발되는 모든 차량에는 최고 수준의 에너지 밀도 셀로 구성된 표준화된 단일 배터리 모듈이 탑재되며, 이러한 표준화 모듈을 바탕으로 기본형과 항속형 등 모듈 탑재 개수에 따라 다양한 배터리 팩 구성이 가능하다.
후륜 모터시스템의 인버터 파워모듈에는 기존의 실리콘(Si) 전력반도체 대비 성능이 뛰어난 실리콘 카바이드(SiC) 전력반도체를 적용해 효율은 2~3%, 주행거리는 5% 내외로 향상시킴으로써 동일한 양의 배터리로 더 장거리를 주행할 수 있다.
또한 E-GMP는 후륜 구동 2WD 방식이 기본이며 트림에 따라 전륜 모터를 추가해 4WD 구동 방식을 선택할 수 있다. 여기에 전기차 최초로 모터와 구동축을 주행상황에 따라 분리하거나 연결할 수 있는 ‘감속기 디스커넥터(EV Transmission Disconnector: 동력 분리장치)’를 탑재해 2WD와 4WD 구동 방식을 자유롭게 전환함으로써 불필요한 동력손실을 최소화하고 효율적인 운전을 할 수 있도록 돕는다.
◇급속충전/멀티충전: 세계 최초 400V/800V 멀티 급속충전 시스템 적용
E-GMP는 충전 시간을 단축하기 위한 800V 고전압 충전 시스템과 다양한 충전 인프라를 이용할 수 있도록 400V/800V 멀티 급속충전 시스템이 적용됐다.
아직까지 국내외 대다수 급속 충전 인프라는 400V 충전 시스템을 갖춘 전기차를 위한 50~150kW급 충전기가 대부분이나 최근에는 빠른 충전을 위해 800V 고전압 충전 시스템을 갖춘 전기차를 위한 350kW급 초고속 충전 인프라가 설치되고 있는 추세다.
현대차그룹은 이러한 추세에 맞춰 국내의 경우 한국도로공사와 ‘친환경차 충전 인프라 구축 협약’을 맺고 전국 12개 고속도로 휴게소에 350kW급 충전기를 설치하는 등 초고속 충전기 인프라를 빠르게 확보해 나갈 계획이다.
전기차 선진 시장인 유럽은 초고속 충전 인프라 구축업체 아이오니티(IONITY)에 전략적 투자를 단행한 바 있다. 아이오니티는 유럽 전역에 현재 308개의 초고속 충전소를 운영하고 있고, 건설 중인 51개소를 포함해 2022년까지 총 400개의 초고속 충전소를 설치할 예정이다.
E-GMP는 이러한 흐름에 맞춰 800V 고전압 충전 시스템을 기본으로 적용했다. 초고속 충전기로 충전 시 18분 내 80% 충전이 가능하며, 1회 완충으로 500km 이상 주행이 가능하다. 또한 5분의 충전만으로도 약 100km 정도를 주행할 수 있다.
더불어 기존 800V 고전압 충전 시스템 전기차는 시장 보급률이 높은 400V 충전 시스템 급속충전 인프라를 사용하기 위해 별도의 부품이 필요했지만, E-GMP는 이런 단점을 보완해 별도의 부품 없이 초고속 충전기와 기존 급속충전기를 모두 이용할 수 있는 멀티 급속충전 시스템을 탑재했다.
이 멀티 급속충전 시스템은 세계 최초로 E-GMP에 적용된 특허 기술로 차량의 구동용 모터와 인버터를 활용해 인프라에서 공급되는 400V 전압을 차량 시스템에 최적화된 800V로 승압해 안정적인 충전 호환성을 확보할 수 있도록 개발됐다.
◇양방향 충전: 야외에서 전력 공급이 가능한 V2L(Vehicle to Load) 기술 탑재
지금까지의 전기차는 OBC(On Board Charger)를 이용해 외부에서 차량 내부로의 단방향 전기 충전만 가능했다.
E-GMP는 이를 보완해 통합 충전 시스템(ICCU)과 차량 충전관리 시스템(VCMS)을 통해 별도의 추가 장치 없이도 일반 전원(110V/220V)을 차량 외부로도 공급할 수 있는 V2L(Vehicle to Load) 기능을 갖췄다.
새롭게 개발된 V2L 기술은 일반주택의 공급 계약전력인 3kW보다 큰 3.5kW의 전력을 공급할 수 있으며, 배터리 용량에 따라 17평형 에어컨과 55인치 TV를 동시에 약 24시간 가동할 수 있다.
이처럼 마치 커다란 보조 배터리와 같은 역할을 할 수 있는 E-GMP의 V2L 기능은 야외활동이나 캠핑 장소에서 전자제품을 작동하는 데 사용하거나 다른 전기차를 충전하는 데에도 이용할 수 있다.
현대차그룹은 이번에 공개한 E-GMP뿐 아니라 본격적인 전동화 시대를 대비한 기술 및 제품 개발에 일찍부터 많은 공을 들여왔다. 2009년 최초의 전동화 모델인 하이브리드카를 국내에 선보인 이래 2010년 블루온 전기차를 시범 운행했고, 2015년에는 모든 타입에 걸친 전동화 차종(HEV, PHEV, EV, FCEV)의 양산체제 구축을 완료했다.
특히 최근 전기차 시장의 급격한 성장 전망에 따라 새로운 전동화 아키텍처, 고성능 구동 시스템, 차세대 배터리 등 전동화 기술 역량을 선제적으로 강화해 나가는 한편 전기차 모델 역시 꾸준히 확대해 나갈 계획이다.
2025년까지 계획된 전동화 모델 44개 차종 중에서 전용 전기차 11종을 포함해 전기차가 23개 차종으로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 글로벌 시장에 연간 100만대를 판매해 명실상부한 전기차 글로벌 최선두 업체로 도약한다는 방침이다.
이에 따라 현대차는 8월 전기차 전용 플랫폼 E-GMP가 첫 적용될 예정인 순수 전기차 브랜드 ‘아이오닉 (IONIQ)’을 론칭하고 2021년부터 2024년까지 △준중형 CUV △중형 세단 △대형 SUV 등 3종의 전용 전기차 라인업을 우선적으로 선보일 계획이다.
기아차 역시 중장기 미래 전략 ‘Plan S’에 기반한 모빌리티 및 전기차 사업체제로의 혁신적 전환을 진행 중이다. 9월에는 2025년까지 전기차 판매 비중을 20%까지 확대하겠다는 계획을 밝히고, 2027년까지 CV와 고성능 모델을 비롯해 순차적으로 출시할 전용 전기차 모델 7개의 스케치 이미지를 공개한 바 있다.
한편 현대차그룹은 강남구 소재의 서울 현대 모터스튜디오에서 3일부터 열흘간 방문 고객들을 대상으로 E-GMP 기술에 대한 이해를 높일 수 있도록 플랫폼 및 PE 시스템에 대한 다양한 전시물을 공개하는 팝업 전시를 개최할 예정이다.
