현대차그룹의 전용 전기차는 강력한 성능을 발휘하는 초고속 전기 모터를 바탕으로 고성능을 구현했다.
현대차그룹 전용 전기차의 초고속 전기 모터 기술을 소개한다.
E-GMP 전용플랫폼을 기반으로 강력한 기술을 선보이는 초고속 모터기술을 소개합니다.
내연기관에선 엔진이 힘을썻다면, 전기차에는 전기모터가 핵심입니다.
구동을 담당하는 핵심인 전기모터는 기존 전기모터보다 회전수를 높이는 방식을 선택했습니다.
최신 전용 전기차인 아이오닉5와 EV6는 최고 15,000RPM을 자랑합니다.
순간 출력을 더 높이는, GV60 과 GV70 전동화모델은 더높은 19,000RMP 을 사용합니다.
(타사 대부분 전기차 모터는 15,000~17,000을 사용하는것으로 추정합니다)
GV60 퍼포먼스의경우 부스트모드시 최대 490마력까지 상승하여, 제로백 4.0초를 도달합니다.
GV70은 전기차 전용모델이 아님에도 제로백 4.2초를 자랑합니다.
EV6 GT는 고성능 전기모터를, 바탕으로 슈퍼카급 성능을 발휘하여 많은 주목을 받고있습니다.
현대차 그룹 고속 전기모터의 기술정점은 EV6 GT 입니다.
22년 하반기 출시예정인 EV6GT는 앞뒤차축에 최고 21,000RPM을 회전하며,
이를 바탕으로 430kW(584마력) 시스템 최고출력으로, 제로백 3.5초 최고속 260km라는 압도적인 성능을 제공합니다.
전기모터의 회전수랑 고성능 전기차의 관계는?
다단화 변속기로 이루어진 내연기관과는 다르다라는사실을 먼저 이해해야합니다.
PE 시스템이라고불리우는 일체화된 모터, 감속기(전기차 변속기) 인버터에 배터리를 더해저 완성됩니다.
전기차의 구동을 담당하는 PE 시스템(Power Electric System)은 모터, 감속기,
직류에서 교류로 전력을 변환하는 인버터, 전기 에너지를 저장하는 배터리 등으로 이뤄져 있다.
여기서 전기차의 구동에 가장 크게 관여하는 전기 모터는 회전을 시작하는 즉시 최대 토크가 발생된다는 점이 특징이다.
높은 기동 토크와 안정된 최고 출력을 기반으로 전기차가 내연기관 자동차보다 높은 동력 성능을 낼 수 있도록 한다.
[*간단하게 토크 = 회전하는 힘인데, 다들아시다시피 출력곡선이 전기차는 바로 나오기떄문에 저알핌에도 최대토크가 발휘된다..?]
전기차는 이러한 모터의 특성에 맞춰 변속기가 아닌 감속기를 사용한다.
변속기에서 변속단을 변경하는 경우는 고출력 필요 시 저단으로 변경하는 경우와
고속 주행을 위해 고단으로 변경하는 경우가 있다.
전기차에서는 모터가 회전을 하는 순간부터 차를 움직이기 위한 토크가 발생하기 때문에
저단 기어가 필요 없으며, 최대 15,000rpm이상 회전함으로 고단 기어도 필요 없다.
결론적으로 전기차는 주행 상황에 맞춰 ‘변속’이 아닌 ‘모터 회전수’를 변경함으로써
저속부터 고속까지 모든 속도에 대응할 수 있다.
EV6 GT의 모터는 최대 21,000rpm까지 회전하기 때문에
정지 상태에서 최고속도 260km/h에 이르기까지 변속기 없이 감속기만으로 주행할 수 있는 것이다.
[제가 가방끈이 짧아서 잘 이해를 못했는데,
여튼 다단변속기가아닌 모터회전수를 변화시키게되면, 무거운 변속기를 굳이 달필요가 없다고 이해했습니다.]
따라서 전기차의 성능을 극대화하기 위해서는 전기 모터의 토크, 출력,
최고 회전수 향상 등이 필요하며, 휠 토크와 속도에 영향을 미치는 감속기 기어비 최적화가 필요하다.
이러한 전기차의 성능 지수를 결정짓는 휠 토크와 휠 속도는 다음과 같은 수식으로 확인할 수 있다.
- 휠 토크 ∝ 모터 토크 × 기어비
- 휠 속도 ∝ 모터 속도 ÷ 기어비
이 수식에서 휠 토크, 즉 바퀴에 전달되는 구동력은 전기 모터의 토크에 감속기의 기어비를 곱한 값으로, 수치가 높으면 전기차의 발진 가속 성능이 뛰어나다는 것을 의미한다. 휠 속도, 즉 바퀴의 회전 속도는 전기 모터의 속도(회전수)를 기어비로 나눠 얻을 수 있으며, 값이 클수록 전기차의 최고속도가 빨라진다. 간단히 말해 전기차 구동계의 모든 조건이 같은 상황에서 모터의 회전수를 높이면 주행 속도를 향상시킬 수 있는 것이다. 아울러 모터의 토크가 동일한 상황에서는 감속기의 기어비를 키워 발진 가속 성능을 증대할 수 있다. 실제로 E-GMP의 전기 모터는 2세대 전기 모터 대비 최고 회전수를 약 70% 상향했고, 감속기 기어비를 33% 상향하여 모터 사이즈를 줄이면서도 휠 토크 및 휠 속도 성능을 각각 20% 가량 개선했다.
EV6 GT는 현대차 다른전용 전기차와 감속기를 공유하지만, 전기모터 회전수를 높이는 기술을 적용해 더 강력한 성능을 발휘합니다.
EV6 GT는 다른 E-GMP에 적용된 다른 모터 시스템보다도
초고속, 고성능 전기 모터를 사용하는 덕분에 보다 강력한 성능을 자랑한다.
가령 EV6 GT의 모터 시스템에는 모터 고속화 설계와 듀얼 인버터 구조를 통한 고출력 시스템,
고속화 및 고성능을 대응하기 위해 냉각 성능이 강화된 내부 냉각구조 등이 적용됐다.
그 결과, 모터 고속화를 기반으로 1단 감속기 시스템을 사용하는 것만으로도 모터 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
전기모터 회전수를 올려라는말은 말만큼 쉽진않습니다.
내구성도 올라가야하고, 냉각, 그리고 NVH(소음이나 거친질감) 등도 고려하는 높은 설계난의도가 요구됩니다.
모터 고속화에는 필연적으로발생하는, 원심력증대, 열손실증가, 소음및 진동확대등에대한 기술이 필요합니다.
현대차는 모터내부 베어링에 오일윤활타입으로 설계하여 냉각효율을높였고,
베어링케이지형상과 영구자석 배치 및 회전자 코어형상을 최적화하였습니다.
고속으로 돌아가는 모터의 발열량에 대응하기위해, 손실최소화 설계와 모터 냉각성능의 강화를 목표로하였습니다.
하우징에만 냉각수가 돌을경우, 가장뜨어운 코일 및 내부를 직접냉각할수없다라는 한계가 존재하였습니다.
냉각파이프를통해 직접분사방식으로 냉각성능 개선을 하였습니다.
초고속에서 비롯되는 소음과 진동을 해결하기위해, 회전자 샤프트설계방식을 최적화하였고,
그로인해 회전자를 2피스로 설계하여 기존대비 품질을 올렸습니다.
실제로 독일에서 진행된 미디어 행사를통해 21,000RPM까지 돌리는 초고속 전기모터를 확인되었습니다.
지난 4월초에 독일에서 진행된 인풀르언서 시승행사에서, 여러모습중 고속주행능력을 확인하는데 초점이 맞춰젔습니다.
그중 ‘Bjørn Nyland’라는 이름의 유튜브 채널은 전용 계측기를 사용해
EV6 GT의 주행 속도에 따라 실시간으로 변하는 전기 모터의 회전수, 배터리의 출력과 온도 및 잔량 등을 보여줬다.
해당 영상(Kia EV6 GT driving at 263 km/h in Germany)에서는
GPS로 측정된 263km/h의 속도에서 EV6 GT의 전기 모터는 20,354rpm까지 회전했고,
이런 극한의 상황에서도 배터리는 평균 온도 28˚C라는 안정적인 상태를 유지했다.
뿐만 아니라 EV6 GT의 전기 모터와 배터리는 200km/h 이상의 고속 주행을
반복하는 상황에서도 꾸준히 안정적인 모습을 유지하며 깊은 인상을 남겼다.
운전자가 가속 페달을 밟는 순간, EV6 GT의 전기 모터는 20,000rpm을 쉽게 넘어서며 최고 출력을 뿜어냈고,
그 순간에도 배터리는 안정적인 온도와 출력 상태를 유지했다.
현대차의 고성능 전기차는 단순히 친환경적인 모습을 보여주지않습니다. 그리고 다른제조사가 쉽게하지못하는 초고속 전기모터가있습니다.
현대차 그룹이 지닌 전기차 기술력은 지금도 쉬지않고 진화하고있고, 연구를멈추지않으며, 향후 다른 전기차에서도 확인할수있을것입니다.
출처 : 현대 모터 그룹 저널
.. 아... 일단 토크부터 배워야 이해하는데.. 여튼 모터가 엄청뛰어나서..아마 제네시스 X (2+2도어쿠페) 전기차랑..
EV6 GT / 아이오닉 6 N / 5N 가 진퉁이겠네요..
그게 아니라는건 다들 알고 있습니다. :)
솔직히 제로백 3초니 4초니..., 솔직히 별 의미 없죠.
모델3퍼포먼스가 LR대비 천만원 정도 비싼데, 제로백이 1초정도 빠르잖아요.
모터 성능 따지면, 당연히 퍼포먼스 사는게 맞는데, 정작 판매량을 보면... :)
물론 그 성능들 자체 풀로 쓸일도 없고, 그거 쓰다가 황천길도 그만큼 빨리 갈수 있어서 실용영역에서 의미 없는건 맞는데, 기술자체는 충분히 의미 있다고 봅니다. 직빨이든 뭐든요.
실용영역에서 의미 없는 것이 맞다고 하신 순간 리릿님과 의견이 같으신겁니다.
꼭 현대기아가 뭐 하면 "그거 뭐 중요한가" 식의 내용들이 과거 부터 달려서 쓴겁니다.(리릿님이 그랬다는게아니라 커뮤니티에서 다들 그래왔다는거) 실용영역에서 의미 없더라도 기술적의미는 충분히 있다는 얘깁니다.
보베에서도 그랬고, 터보가 수입차 전유물일때만 해도 찬양하다가 그거 국산차도 달고 나와서 특권(?)의식 같은거 뺏기고 나니 그거 대단한거 아니라하고 뭐 그랬다는거죠
부가티에 들어간 16기통엔진 가격은 4기통엔진보다 수십배는 비싸겠지만, 모터는 4개 달면 그만이죠.
좋은제품이 많이 나오길 바랍니다.
여튼 다단변속기가아닌 모터회전수를 변화시키게되면, 무거운 변속기를 굳이 달필요가 없다고 이해했습니다.]
>> 그냥 1단기어만으로 rpm 미친듯이 돌려서 260Km/h까지 땡길 수 있다는 걸로 이해하시면 좋을 듯 합니다.
(1단 고정기어비 미션 = 감속기 = 2,3,4,5,6...단이 없어지니 크기와 무게가 줄어듬)
반대로 엔진부터 생각해보면 좀 더 쉽습니다.
엔진은 회전수에 따라 토크 변화가 심하기 때문에 최적 회전수로 사용하기 위해 변속기가 있는 것이죠.
반면에 모터는 회전수 범위도 훨씬 넓은데다가 아주 넓은 영역에서 출력이 고르게 나옵니다. 그래서 변속기를 통해 회전수 최적화가 필요 없는 것이죠.
내연기관에서는 현대차가 탑클래스로 올라가기에는 여러 부분에서 부족한 부분을 보여줬는데, 전기차 시대에서는 어떤 모습을 보여줄지 기대가 되네요.
모터 토크와 rpm 곡선은 단순히 상수로 나타내지는게 아니라 첨부드린 그림처럼 일정 토크가 나오는 회전수 영역, 일정 파워가 나오는 영역으로 구분됩니다. 쉽게 생각해보면 타이칸 등 변속기를 적용하려는 곳을 보면 rpm이 올라 토크가 떨어질때 변속기로 토크를 좀 보완하려는 설계 방향인걸 알수 있죠. 실제 현업에서 최대 회전수, 토크. 전류. 쿨링 등등 여러가지 요인을 고려해서 모터의 동작영역을 설정하게 되는데 오토기어에서는 단순히 최대 rpm만 가지고 모터의 성능이 뛰어나다 나쁘다 말하는 부분이 모터 전공자로서 좀 아쉽습니다...
제가 모델3롱 ev6 타이칸 터보s 세대 타보면서 느낀게 직빨이 전부가 아닌것도 있고 , 차량에 거동. 쿨링. 방음 등 이런것들 위해서 반영된 부분이 차마다 너무 달라서 단순히 직빨. 연비 이런거로 비교하는게 굉장히 어렵다는 점입니다...
제 의견에 틀린 부분이 있을수 있는데 , 저도 제조사에 있지 않다보니 어느정도 이론적인 부분에 근거해서 실무랑 동떨어질수 있다는 점 양해 부탁드립니다...
헛소리 틀린지식 천지입니다..
기존 10000rpm모터가 7000rpm에서 떨어지면,
"야 20000짜리 만들면 14000rpm에서 떨어지는거 아님?" 이런식으로 돌파하는데 포르쉐는 미션 달아서 돌파하니 모터 기술 없는거 아님? 하면서 까이는거 같구요
'기어비'를 살펴보세요.
완성차 회사가 수직계열화를 통해 모든 부품을 직접 조달할 생각이 아니라면 가장 먼저 집중해야할 기술은 배터리 생산이라고 봅니다.
모터가 커피라면 배터리 제조는 TOP입니다.
다이슨도 전기차 만든다고 했다가 포기했죠