전기자동차 전기모터 주요정보 및 내연기관과의 차이점

지난해 코로나 19 여파로 자동차 시장이 침체된 상황에서도 전 세계 친환경차 판매는 전년 대비 44.6% 증가할 정도로 전기자동차의 인기는 나날이 늘어가고 있습니다. 또한 각 자동차 브랜드에서도 전기자동차를 신차로 많이 제작하고 있습니다. 오늘은 이 전기자동차의 심장 부분인 전기모터의 주요 정보 및 내연기관과의 차이점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

전기모터 주요 정보

전기차에 들어가는 모터 종류

현재 양산되는 많은 전기차의 경우 전륜에 1개의 모터가 장착된 경우가 많습니다. 현대, 기아의 주요 EV들은 모두 전륜 1개 모터가 장착되어 있으며, GM 볼트 EV도 전륜 모터 1개가 달려있습니다.

출처 : 현대자동차

 

후륜의 대명사 BMW의 i3는 아래 사진에서 보시는 것처럼 후륜에 1개를 장착하고 있습니다.

사진. 후륜에 1개의 모터가 장착된 BMW i3 / 출처 : BMW

 

테슬라 모델 S는 후륜 구동 싱글 모터인 경우가 있고(모델명 끝에 D 없는 모델), AWD 모델 (끝에 D 있는 모델)의 경우 앞뒤 1개씩 총 2개의 모터가 장착되어 있습니다.

출처 : 테슬라

 

 

전기차에 사용되는 모터

 

사용하는 전류가 무엇이냐에 따라 직류를 사용하는 DC 모터와 교류를 사용하는 AC 모터가 있습니다. 많은 전기차는 AC 모터를 사용하고 있는데 전기차 배터리는 DC인데 DC 모터를 쓰지 않고 AC모터 사용하는 의문이 생깁니다. 그 이유에 대해서는 아래와 같은 장점이 있습니다.

 

 

DC 모터는 구조가 단순하고 저렴하며, 토크도 높습니다. 하지만, 구조적으로 브러시가 필요하고 브러시는 마찰로 인해 1~2년 주기로 교체해야 합니다. 소음도 DC 모터의 단점 중 하나입니다. 이에 비해 AC 모터는 구조적으로 브러시가 없어서 보수가 거의 필요 없고, 자동차의 수명 이상의 내구성을 갖추고 있습니다. 내연기관차의 엔진과 비교하면, 반영구적으로 사용이 가능한 장점이 있습니다.

 

 

 

DC 모터는 단순히 전류에 비례하여 토크나 RPM을 컨트롤할 수 있기 때문에 제어 방식 구현이 쉬운 장점이 있지만 AC 모터는 1960년대부터 제어기술이 발전해와서 기술적 완성도가 충분히 높고, 정밀하게 속도를 조절하기엔 오히려 DC보다 용이합니다. 일반 DC 모터에 비해 내부 발열 문제가 적은 것도 중요한 장점입니다.

 

 

브러시가 없는 DC 모터라면 더 좋지 않을까 생각이 들 수도 있습니다. 실제로 테슬라에서도 모델 S를 위한 모터를 선택할 때, DC 브러시리스 모터도 비교 선상에 놓고 검토했었지만 제어가 쉽지 않고 RPM 토크가 낮으며 고출력 모터를 만들 때 가격도 높은 편이라, 아직 양산 EV용으로는 사용되고 있지 않습니다. 하지만 잠재력이 있기 때문에 꾸준히 연구되고 DC 모터로 된 전기차가 나올 수 있을 거라 추측됩니다. 

 

자동차 브랜드별 사용되는 모터

 

전기차 전기모터는 자동차 메이커가 직접 모터를 만들거나, 조달하거나 둘 중 하나입니다. 아이오닉, 아이오닉, 코나, 니로, 쏘울 등 현대/기아의 전기차는 자체 개발한 모터를 적용하고, 테슬라도 모터를 자체 개발하고 있습니다. 쉐보레 볼트 EV는 LG 전자의 모터가 적용되어 있습니다.

 

자료 출처 : 유진투자증권

 

자동차 메이커들은 결국 모터, 인버터의 내재화 길을 갈 가능성이 높습니다. 구동계의 핵심 부품이며, 기계적인 부분뿐만 아니라 컨트롤 노하우를 지속적으로 축적하는 것이 메이커의 핵심 경쟁력이 되기 때문입니다. GM, 도요타 등 메이저 업체 중심으로 전기  공급 업체 의존도를 줄이고 내재화 움직임 비추어 볼 때 충분히 각 메이커마다 모터와 인버터 또한 내재화 연구가 활발히 이뤄지고 있을 거라 추측됩니다.

전기모터 내연기관의 차이점

모터와 내연기관의 발열 차이와 냉, 난방 관리

사람의 몸에도 적정 체온이 있듯이 일반 내연기관 차량에서도 엔진의 적정 온도라는 것이 있습니다. 엔진은 기계와 기계가 서로 맞물려 들어가고 기본적으로 4 행정 사이클을 거쳐 열에너지를 운동에너지로 전환하여야 하기 때문에 적정온도를 유지하는 것은 중요한 부분입니다.

 

출처 : 환경부

온도가 너무 높거나 낮게 되면 문제가 생기기 때문인데 일반적으로 내연기관 차량에서는 85도~90도 사이가 적정 온도로 알려져 있습니다.

 

그러나 전기차는 배터리에 저장된 전기에너지를 운동에너지로 전환하기 때문에 전기가 이동하는 데에 따른 저항 때문에 발생되는 열을 제외하곤 많은 열이 나지 않습니다. 전기차의 모터는 내연기관 차량의 엔진과 다른 작동 방법과 특성으로 인해 적정 온도를 유지할 필요가 거의 없어 두어 가지 차이점이 발생하는데 하나는 바로 겨울철 난방과 관련되어 있습니다.

 

일반 내연기관 차량은 엔진에서 적정온도를 유지하고 그에 따라 엔진이 정차 시에도 지속적으로 가동이 되어야 합니다. 그로 인해 차량 운행 시에는 엔진룸의 온도가 상당히 뜨거운 편인데 이 열을 이용해 냉각수를 데우고 그것을 난방에 활용합니다. 일반 내연기관 차량에서 히터를 꺼도 약간 더운 바람이 나오는데 이게 바로 엔진의 열이 지속적으로 공기와 기계들을 데우고 있기 때문입니다. 그러나 전기차는 이러한 시스템과는 달리 차량 자체가 엔진 열로 인한 히팅이 되지 않기 때문에 겨울철에는 좀 더 춥게 느껴질 수 있습니다.

출처 : Unsplas

이러한 것은 겨울철 전기차(BEV)의 주된 난방 부품이 바로 PTC 히터이기 때문인데 이것은 전원을 꺼 버리면 바로 열이 식어버리고 다시 데우려면 최소한 20여 초 이상이 흘러야 다시 뜨거운 바람이 나오기 때문에 내연기관 차량의 히터 시스템과의 차이점입니다.

 

다르게 말하면 전기차는 난방을 하는 데 있어 약간의 딜레이 타임이 있지만 내연기관 차량에서는 엔진 열이 어느 정도 히팅 시스템을 데우고 있기 때문에 히터를 틀면 딜레이 타임 없이 바로 뜨거운 바람이 나와 차량이 장시간 서있었을 때 냉간 시에는 전기 차나 내연기관 차나 같지만 운행 중에는 조금 불편한 상황으로 이어질 수 있는 가능성이 있습니다.

 

물론 전기차에도 히트 펌프라는 기술을 적용해 어느 정도 보완을 하고는 있지만 그것이 기존 내연기관 차량의 따듯함을 대처하기엔 현재로써는 부족해 보입니다. 배터리와 모터에서 나는 열을 모아 재활용을 해도 내연기관 차량의 엔진에서 나는 열과 비교하기엔 너무 차이가 많이나기 때문입니다.

이상으로 전기차의 전기모터의 주요 정보와 내연기관의 차이점에 대해 알아보았습니다. 전기차 관련 다른 정보 또는 일반 자동차의 여러 가지 정보를 알고 싶으신 분은 아래의 추가 콘텐츠를 확인하시면 도움이 될 거라 생각됩니다.

추가 콘텐츠

2020 기아 미니 벤 카니발 주요 기능 및 가격 연비 제원

2020 기아 미니벤 카니발 주요기능 및 가격 연비 제원

기아 EV6 제원 디자인 기능 가격 연비

기아 EV6 제원 디자인 기능 가격 연비

2021 대구 전기차 보조금 신청방법 및 모든 정보

2021 대구 전기차 보조금 신청방법 및 모든 정보

코나 일렉트릭 특징 가격 제원 및 차량관리 서비스

코나 일렉트릭 특징 가격 제원 및 차량관리 서비스