E-GMP 전기차 전용 플랫폼 현대차/기아차

출처:현대차

현대자동차그룹은 2020년 12월 2일 'E-GMP 디지털 디스커버리' 행사를 열고, 전기차 전용 플랫폼 E-GMP(Electric-Global Moqular Platform)를 공개했다. 이를 바탕으로 2021년 2월 23일 전기차 전용 플랫폼을 활용한 첫 번째 순수전기차 '아이오닉 5'를 공개한 가운데 기아자동차의 'CV(프로젝트명)' 등으로 이어지는 전기차 라인업을 선보일 예정이다. 지금부터 향후 현대자동차그룹의 전기차 발전의 토대가 될 전기차 전용 플랫폼 E-GMP에 대해 자세히 알아보자.

전기차 전용 플랫폼이란?

출처: 현대차

전기차 전용 플랫폼이란 기존에 엔진과 변속기, 연료탱크 등 연료를 폭발시켜 구동력을 얻어내는 내연기관을 사용한 자동차 플랫폼과 달리 전기모터와 인버터, 배터리 등을 통해 자동차의 구동력을 얻어내는 방식에 맞게 설계된 자동차 플랫폼을 뜻한다. 이런 전기차 전용 플랫폼은 내연기관에 사용되는 파워트레인(엔진과 변속기 등)에 비해 구조가 단순하고 냉각이 용이해 공간 활용과 디자인에 많은 장점을 가진다. 따라서 기존 내연기관 자동차와 차별화된 실내외 디자인이 가능하다. 물론 사고 시 탑승객의 안전에 대한 설계상 고민은 여전한 제약으로 작용한다.

PE 시스템(Power Electric System)

PE 시스템(Power electric system)은 기존 내연기관의 엔진을 포함한 파워트레인 시스템을 대체하는 구동 시스템으로 전기차 구동을 위한 모터(Motor)와 동력을 차량에 필요한 토크와 속도로 변환해 전달하는 감속기(EV Transmission), 전력을 변환해 모터의 토크를 제어하는 인버터(Inverter), 그리고 에너지를 담고 있는 배터리(Battery)로 구성된다. E-GMP는 이러한 PE 시스템의 개선과 효율화를 통해 주행 가능 거리 향상, 고속 충전 등 충전 성능 향상을 이루어냈다.

1회 충전 500km 이상 주행 가능(over 500km on a single charge)

배터리 성능 개선

E-GMP는 동일한 크기의 배터리 시스템을 얹은 기존 전기차 대비 에너지 밀도가 10% 향상돼 효율적이고 가벼운 배터리 시스템 구성이 가능하다. 또한 배터리 모듈 표준화를 통해 차량의 특성에 맞는 배터리 용량을 가변적으로 구성하고, 모듈 단위 배터리 교체를 통한 수리비용 절감과 생산 가격 경쟁력까지 확보했다.

모터 성능 개선, 기타 성능 개성

일반적으로 구동 모터는 영구자석이 있는 회전자, 코일이 감겨있는 고정자로 구성된다. 구동 모터의 동력은 고정자에서 발생하는 전자기력과 회전자 영구자석의 상호 작요으로 방생하는 회전토크에 기반하는데 고정자에 코일을 촘촘하게 감을수록 효율이 증가한다. E-GMP는 기존 원형 코일 대비 고정자 코일을 더 촘촘하게 감을 수 있는 헤어핀 권선 기술을 통해 기존보다 약 10%의 에너지 효율을 개선했다. 그 외 유냉 방식 모터 냉각 시스템과 인버터 파워 모듈에 실리콘 카바이트 전력반도체를 탑재해 주행거리를 5% 증가시켰다.

18분 이내 급속충전 완료(18 min with high-power charger Hi-Charger)

E-GMP는 별도의 제어기 없이 800V와 400V 충전이 가능한 멀티 충전 시스템을 세계 최초로 적용했다. 350kW급 초고속 급속 충전을 활용하면 18분 만에 배터리를 80%까지 충전할 수 있으며, 단 5분 충전으로 약 100km를 주행할 수 있다. 특히 400V 충전기 사용 시 구동용 모터와 인버터를 활용해 400V 전압을 800V로 승압해 별도의 제어기 없이 충전할 수 있는 멀티 충전 시스템은 E-GMP만의 특징이다..

이동식 전력 공급원으로 활용 가능한 V2L(Vehicle to Load) 기능

 

E-GMP만의 특징으로 전기차에 탑재된 배터리를 대용량 보조 배터리 내지 전력원으로 활용할 수 있다는 것이다. E-GMP는 별도의 제어기나 연결 장치 없이 110V나 220V 등의 일반 전원을 통합 충전 시스템(ICCU : Integrated Charging Control Unit)과 차량 충전 관리 시스템(VCMS : Vehicle Charging Management System)을 통해 전기차 내외부로 공급할 수 있다.

V2L 기능이 제공하는 전력은 주택용 계약 전력인 3kW 보다 많은 3.5kW다. 따라서 캠핑장이나 야외에서 가정용 전자제품을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 비상용 충전 케이블을 통해 다른 전기차 배터리를 완속으로 충전할 수 있는 등 전기차의 활용도를 획기적으로 개선했다.

개선된 디자인, 더 넓어진 실내 공간

E-GMP는 내연기관 플랫폼과 구조적 차이로 인한 디자인과 실내 공간에서 장점이 있다. 내연기관에서 공간을 많이 차지하는 엔진이 사라지고, 그 자리를 부피가 작은 PE 시스템이 차지한다.

차체 바닥에는 구동축이 사라지고 전기차의 가장 큰 구성 요소인 배터리가 놓여 바닥이 평평평하다. 이로 인해 공간 활용성이 훨씬 커지는데 특히, 긴 휠 베이스(앞, 뒤 차축 사이의 길이)와 짧은 오버행(앞, 뒤 차축 중심부터 앞, 뒤 범퍼 사이의 길이)으로 인해 탑승객을 위한 실내 공간이 극대화된다. 따라서 동급의 내연기관 자동차보다 실내가 훨씬 넓고 쾌적하다.

주행성능 향상 - 저중심 설계, 5링크 서스펜션, 통합형 드라이브 액슬

E-GMP는 차체 중앙에 위치하는 배터리를 통해 저중심 설계를 완성했다. 뿐만 아니라 휠 베이스에 배터리가 놓여 차체 중심에 무게가 집중됐고, 이는 효과적인 앞뒤 무게 배분한다. 따라서 E-GMP를 바탕으로 하는 전기차는 세단, SUV 등 차종에 관계없이 직진 가속 및 코너링, 승차감 등 전반적인 주행 품질이 비교적 좋다.

또한 새로 개발한 서스펜션으로 주행 성능을 더욱 끌어올렸다. 차체와 바퀴를 연결하는 링크를 5개 설치해 상하, 좌우의 충격을 효과적으로 걸러내고 조종성을 높여주는 5 링크 서스펜션을 후륜에 더했다. 5 링크 서스펜션 구조물과 서브프레임(서스펜션의 골격이 되는 부분) 내부에 PE 시스템을 통합하는 모듈화를 이뤄냈다.

E-GMP는 기능 통합형 드라이브 액슬(IDA, Integrated Drive Axle)을 세계 최초로 적용했다. 기존에는 드라이브 샤프트와 휠 베어링을 마치 볼트와 너트처럼 연결해 엔진 또는 모터에서 발생한 동력을 바퀴로 전달했지만 통합형 드라이브 액슬은 드라이브 샤프트와 휠 베어링을 일체화해 2개 이상이던 부품이 하나로 통합됐다. 이로 인해  부품 사이에 연결 부위가 사라져 강성이 약 42% 높아졌고, 부품 수가 줄어 무게는 약 10% 줄었다.

안전성 향상 - 다중골격 구조, PE 시스템 보강 프레임, 8점 마운트 배터리

E-GMP는 내연기관 자동차와 차별화된 구조를 채택해 안전 성능을 향상했다. 차체 앞쪽 공간에 프레임과 서브프레임 보강 구조를 적용해 다중 골격 구조를 적용하고, 이를 통해 전방 충돌 시 차체 구조물이 효과적으로 변형해 충격을 완화하고 탑승객과 배터리가 입는 피해를 최소화했다. 후방 충돌에 대비하기 위해서는 범퍼 부위에 변형을 유도하는 구조물을 적용해 충격을 분산시키고, 동시에 후륜과 뒷좌석 탑승객을 적극적으로 보호하기 위해 차체 안쪽에 변형 방지 보강 구조를 추가했다.

차체 중앙에 놓인 배터리와 PE 시스템을 보호하기 위해 구조도 보강했다. 측면 충돌 시 배터리 보호를 위해 사이드실 내부에 알루미늄 압출재를 기본 적용했고, 바닥 안쪽에 횡방향 크로스 멤버를 핫스탬핑 부품과 동급의 재질 강도를 가진 초고장력 강판으로 제작해 적용했다.

E-GMP는 배터리와 차체를 더욱 견고하게 연결하기 위해 배터리를 관통하는 8점 마운트 방식을 적용했다. 배터리 하단부터 바닥 안쪽까지 긴 볼트로 체결해 배터리와 차체 결합 강성을 극대화하고, 배터리와 차체 결합 강성을 높여 충돌 시의 배터리 안전성도 개선했다.

마무리

이상에서 살펴 본 바와 같이 현대차그룹은 전기차 전용 플랫폼 E-GMP를 통해 전기차 설계 및 생산 역량을 끌어올리기 위한 첫발을 내디뎠다. 앞으로 급변하는 모빌리티 산업 전반의 변화에 어떻게 대응하고 적응하는지가 자동차 생산 기업의 운명을 좌우할 것이다. 특히나 전기차 기반 위에 자율주행 시스템이 도입되기까지 많은 시간이 남지 않은 상황에서 하드웨어적 완성도를 끌어올리는 것은 중요한 과제 중에 하나가 될 것이다. 이를 위해 전기차 전용 플랫폼을 지속적으로 발전 적응시켜 나가야 할 것이다.