전압 70%↑...현대차·기아, '2-스테이지 모터' 적용 확대

현대자동차·기아가 전기차 분야에서 '슈퍼카급 퍼포먼스'와 높은 효율성을 동시에 구현할 수 있었던 핵심 기술을 공개했다.

현대차·기아는 지난해 말 산업통상자원부가 주관한 '대한민국 기술대상'에서 대통령상을 수상한 '2-스테이지(2-Stage) 모터시스템'의 작동 원리를 소개하는 영상을 현대자동차그룹 공식 유튜브 채널에 게재했다고 10일 밝혔다.

이번 영상은 자사 전기차에 적용된 첨단 모터 구동 제어 기술을 일반 소비자도 쉽게 이해할 수 있도록 제작됐다. 영상은 먼저 전기차 모터 구동 시스템의 핵심 구성 요소 3가지를 소개한다. 모터는 회전력을 만들고 감속기는 그 힘을 바퀴로 전달한다. 인버터는 배터리의 직류 전력을 교류로 변환해 모터를 제어한다.

기존 전기차는 고출력 중심으로 설계될 경우 도심 주행 시 효율이 떨어지는 한계가 있었다. 현대차·기아는 이 한계를 해결하기 위해 인버터의 구조와 제어 방식에 주목했다. 기존 인버터는 실리콘카바이드(SiC) 반도체로 구성된 6개의 스위치를 사용하지만 현대차·기아는 여기에 실리콘 전력반도체 6개를 추가해 총 12개 스위치로 구성된 '2-스테이지 모터시스템'을 개발했다. 이를 통해 모터에 인가되는 전압을 기존 대비 최대 70%까지 높일 수 있었으며 출력 성능 또한 향상됐다.

주행 조건에 따라 스위치 작동 모드를 달리하는 점도 특징이다. 일상 주행에서는 6개 스위치 한 세트만 사용해 효율을 높이고 고속·고출력 주행 시에는 두 세트를 모두 구동해 안정적인 출력을 낸다.

현대차·기아는 스위치 수를 단순히 늘리는 것만으로는 제어 범위 확대로 인한 기술적 과제가 발생한다며 이를 해결하기 위해 독자 제어기법과 '모드 절환 알고리즘'을 적용했다고 설명했다.

'2-스테이지 모터시스템'은 이미 기아 EV6 GT를 비롯해 현대차 아이오닉 5 N, 아이오닉 6 N, 아이오닉 9, 신형 넥쏘 등 주요 전기차에 적용되고 있다. 현대차·기아는 해당 기술에 대해 한국을 포함한 미국, 유럽, 중국, 일본 등 주요 시장에서 총 47건의 특허를 출원했으며 향후 출시될 차세대 전기차에도 순차적으로 적용할 계획이다.

연구개발 참여 엔지니어들은 "전 세계적으로 고출력과 고효율을 동시에 구현한 사례는 유례가 없다"며 "우리 기술이 글로벌 경쟁사들의 벤치마킹 대상이 되고 있어 큰 자부심을 느낀다"고 전했다. / 월요신문=김윤겸 기자