전기차 EV의 엔진 역할을 하는 전기차 모터를 알아보기 위한 첫 시간인 오늘은 전기차 모터란 기본적으로 무엇인지, 몇개나 탑재되는지 기본적인 내용을 알아보겠습니다.
테슬라를 통해 전기차 시장이 시작되면서 하루가 다르게 전기차 보급률이 늘어나고 있고 예전에는 보기 힘들었던 전기차가 요즘에는 많은 택시들도 전기차로 전환될 만큼 많아지고 있습니다. 미래의 주요 교통수단이 될 전기차이기 때문에 많은 언론과 주식시장에서 전기차에 들어가는 주요 부품인 배터리에 많은 관심을 두고 있지만 배터리 다음으로 중요한 부품인 모터에 대해서는 비교적 크게 이슈화되고 있지 않습니다. 그렇지만 전기차의 심장으로 직접 구동을 시켜주는 로망(?) 있는 부품이기 때문에 이 모터의 원리와 구조를 시작으로 전기차의 모터에 대해 전반적으로 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.
전기차 모터란?
전기차 모터란 앞서 말씀드렸다시피 일반 내연기관 자동차에서 동력을 담당하는 엔진과 같이 전기차에서 동력을 담당하는 주요 부품입니다. 전기차는 다들 아시겠지만 배터리에 저장되있는 전기 에너지를 통해 구동되는데, 전기차 모터는 배터리로부터 전기 에너지를 전달받아 구동 (회전) 에너지로 변환하는 부품입니다. 이렇게 변환된 구동 에너지가 차량의 각 바퀴에 전달하고, 이를 통해 전기차가 구동하게 되는데 전기차 구동을 위한 전체적인 구조는 다음 시간에 더 상세하게 알아보도록 하겠습니다.
회생제동
자동차의 동력을 담당하는 부분은 내연기관 자동차와 동일하지만 모터는 전기 에너지를 생성하는 발전기 역할도 합니다. 모터는 회전하던 도중 속도가 줄게되면, 즉 차량 제동 시에는 동력에 필요한 에너지를 멈추고 제동 하는 힘을 역으로 활용하여 에너지를 생성 (발전)하게 되는 거죠. 차량 제동 시에 에너지를 발전한다, 회생한다라고 해서 이를 ‘회생제동‘이라고 말합니다.
전기차에 모터는 몇개나 탑재되나요?
먼저 내연기관 자동차의 경우 어떻게 구성이 될까요? 당연히 자동차 엔진은 그 사이즈와 중량이 크기 때문에 한 개만 탑재가 되는데 전기차는 다릅니다. 전기차 모터는 출력별로 사이즈에 차이는 있지만 내연기관의 엔진과 비교했을 때는 상대적으로 콤팩트한 사이즈를 가지고 있기 때문에 2개 이상 탑재 가능합니다. 물론 제조사별로 어떤 구성 전략을 가지고 있느냐에 따라 모터가 적용되는 개수에 차이가 있으나 현시점에는 최대 4개까지 탑재 가능하며 모터 탑재 개수별로 어떤 차이가 있는지 보겠습니다.
싱글 모터 (Single Motor) : 1개 탑재
먼저 1개의 싱글 모터가 탑재되는 경우는 흔히 말하는 2WD 구동 방식 (Single Motor)을 사용할 때 적용이 됩니다. 모터의 위치에 따라 전륜 (FWD), 또는 후륜 (RWD)에 차이는 있겠지만 전기차를 모터 하나로만 구동시키는 방식이 되겠습니다. 모터의 출력에 따라 다르겠지만 일반적으로 AWD 대비해서는 동력 성능이 다소 떨어지고 눈길이나 험로를 탈출할 때 성능이 부족한 단점이 있지만 모터가 적게 들어가기 때문에 경제적인 장점은 있습니다.
듀얼 모터 (Dual Motor) : 2개 탑재
2개의 모터가 탑재되는 듀얼 모터는 AWD 구동 방식을 사용할 때 입니다. 일반적으로는 하나의 주요 구동 역할을 하는 모터가 있고 이보다 출력이 낮은, 구동 보조 역할을 하는 모터가 탑재되며, 높은 성능을 요구하는 차량이나 SUV의 경우 동일한 출력을 가진 모터를 탑재하여 성능을 높이기도 합니다. 이 듀얼 모터는 전륜과 후륜 각각에 동력을 전달하여 오프로드에서도 강한 성능을 보여주며 눈길이나 빗길에서도 안정적인 주행을 제공함으로써 최근에는 AWD가 고성능이라는 이미지보다 안전에 대한 이미지가 큰 관계로 많은 분들이 옵션으로 찾고 있습니다. 다만 아무래도 한 종류의 모터가 더 탑재되기 때문에 옵션가가 추가된다는 단점은 있습니다.
트라이 모터 (Tri-motor) : 3개 탑재
다소 특이한 방식인 3개의 모터가 탑재되는 트라이 모터는 듀얼 모터와 동일하게 AWD 방식이지만 모터를 구성하는 방법에 차이가 있습니다. 앞서 듀얼 모터를 탑재하는 AWD의 특징과 장단점을 동일하게 가지고 있지만 적용하는 위치에 차이가 있습니다. 하나의 모터는 전륜에 위치하여 전륜의 구동력을 담당하지만, 나머지 두개의 모터는 후륜의 양쪽 각각의 동력을 담당하거나, 두개의 모터가 함께 후륜의 양쪽의 모터를 담당하기도 합니다. 예를 들어 테슬라 모델 S Plaid의 경우 전륜에는 하나의 모터로 동력을 담당하고, 후륜에는 두개의 모터를 탑재하지만 하나의 감속기로 연결되어 양쪽의 바퀴에 동력을 전달하는 방식이다. 또 다른 방식으로는 아우디 E-tron이 되겠는데 전륜 모터는 동일하고 후륜에 두개의 모터를 탑재하는 건 동일하지만 각각의 모터가 각각의 휠의 동력을 담당함으로써 운전 반응성을 높은 사례가 있습니다.
쿼드 모터 (Quad-motor) : 4개 탑재
그러면 4개의 모터가 탑재되는 쿼드 모터를 탑재하게되면 어떻게 될까요? 듀얼과 트라이 모터와 동일하게 AWD 방식이지만 각각의 휠에 모터가 적용되기 때문에 운전 환경에 따라 다른 성능을 낼 수 있고, 그만큼 강한 출력을 확보할 수 있는 장점이 있습니다. 쿼드 모터가 탑재되면 ‘탱크 턴’이라는 특별한 기능을 사용할 수 있는데 탱크가 제자리에서 360도 회전할 수 있는 것처럼 4개의 바퀴의 회전 뱡향을 각 모터가 제어하여 360도 회전할 수 있게 해 줍니다 (유튜브 링크 참조).
쿼드 모터의 경우 4개의 모터를 적용하기도 하지만 미래의 기술로 휠에 모터가 직접 적용이 되는 ‘인휠모터’ 를 탑재하는 방법도 있습니다. 일반적으로 차체 중심에 위치하는 모터와는 다르게 휠 내부에 모터가 적용되어 휠이 모터를 둘러싸고 있는 구조를 형성하여 탑재성을 최적화하고 차량 내부의 공간, 또는 배터리 공간을 확보할 수 있는 미래 신기술입니다.
WRAP-UP
오늘은 전기차 모터에 대해 알아보는 첫번째 시간으로 모터가 어떤 부품인지, 무슨 역할을 하는지, 그리고 몇 개나 탑재되는지 알아보는 시간을 가졌습니다. 모터에 대한 기본적인 내용 정리를 통해 배터리만큼이나 중요한 모터에 대해 심도있게 알아보는 시간을 가지겠습니다.