전기차 수요가 확대되면서, 파워트레인 부품의 진화 속도도 빨라지고 있다. 탑재 배터리 성능경쟁에 이어 파워트레인 분야의 기술경쟁도 본격화하고 있다는 점에서다. 향후 전기차 파워트레인 기술 진화는 '통합화', '고출력화', '고전압화'라는 세 축을 중심으로 이뤄질 것이란 게 업계 관측이다.
이상현 LG마그나 팀장은 13일 경기 일산 킨텍스에서 열린 'K-배터리쇼 2023 콘퍼런스'에서 "전기차 시장이 지속 성장할 것"이라며 "전기차 파워트레인 부품이 통합화와 고출력화, 고전압화 등을 축으로 진화하고 있다"고 밝혔다.
이상현 팀장은 "통합화는 모듈 내 하위 구성 요소를 통합해 공간과 무게, 비용 효율을 높이는 방법 중 하나"라며 "구조·기능에 따라 유연하게 패키징이 가능해 크기도 줄일 수 있다"고 말했다. 이 팀장은 "통합 구동모듈의 경우 소형화와 고출력화를 통한 출력밀도 향상을 추구하고 있다"며 "통합 충전모듈은 물리 통합에 이은 화학 통합으로 기술이 진화하고 있다"고 밝혔다.
물리 통합은 하우징 및 냉각 구조 공용화, 화학 통합은 회로 최적화를 통한 핵심 부품 공용화 등을 말한다. 차내 충전기에 DCDC 컨버터를 결합해 통합 충전모듈을 만드는 것은 물론, 여기에 급속 충전기와 고전압 분배기, 배터리관리시스템(BMS) 등을 추가한다. 이 팀장은 "통합 충전모듈 기술 발전방향은 충전출력 상향, 양방향 충전, 무선충전 등"이라고 말했다.
전기차 파워트레인 부품의 고출력화는 모터 출력밀도를 높이는 방향으로 개발 중이다. 이 팀장은 "모터 출력은 토크(전기차 동작에 필요한 힘)와 회전속도의 곱으로 정해지는데, 토크를 올리려면 모터 크기가 커야 한다"며 "모터가 커지면 비용이 늘어나기 때문에 회전속도를 높이는 방향으로 출력밀도를 높이고 있다"고 설명했다.
출력밀도를 높이기 위해 환선 모터에서 헤어핀 모터로 전환해 슬롯당 전류와 출력을 높이는 방향으로 흐름이 변하고 있다. 헤어핀 모터는 환선 모터보다 빈 공간을 더 채워 많은 전류를 보낼 수 있다.
통합 구동모듈에서 인버터의 경우, 전력모듈의 전류밀도 증대와 함께 전력 반도체 소재 변경 등이 요구된다. 이 팀장은 "전력모듈 전류밀도를 높이기 위해 전선을 통해 전류를 보내는 와이어본딩을 사용하는 단면방열에서 전선을 없애고 접합재료를 서로 닿게 하는 양면방열 방식으로 바뀔 예정"이라고 밝혔다. 그는 "실리콘 카바이드(SiC) 소재가 차세대 전력 반도체로 주목받고 있다"며 "SiC 전력반도체는 실리콘과 탄소로 구성돼 기존 실리콘(Si)보다 고내압·고내열성·고효율성이 높다"고 말했다. 이어 "SiC 반도체를 모아 하나의 전력 모듈을 만들어 한 번에 제어할 수 있는 인버터가 현재 개발 중"이라는 내용도 덧붙였다.
또, 하우징·기어박스 내 냉각 성능 개선, 단수를 줄여 효율을 개선하는 2단 감속기 적용 등을 통해 전기차 기술을 뒷받침하고 있다.
고전압화는 충전시간과 직결된다. 상용화된 80kWh 배터리 탑재 전기차 기준 완속충전은 400V 전압으로 4시간, 800V 급속충전으로 14분이 소요된다. 이 팀장은 "내연기관차보다 충전시간이 오래 걸리는 부분을 보완하기 위해 전압을 높여 시간을 단축하는 방향으로 기술을 개발하고 있다"고 밝혔다. 그는 "미래 자동차 산업은 전기차를 기반으로 하고 있다"며 "미래 전기차는 단순한 전기차가 아니라 하나의 에너지 소스로서 활용될 것"이라고 전망했다.
디일렉=이민조·이기종 기자 [email protected]
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