전기차 경쟁력의 핵심 기술 '전용 변속기' 해외 유출 우려
전기차 경쟁력의 핵심 기술 '전용 변속기' 해외 유출 우려
  • 김필수 대림대 교수
  • 승인 2019.05.19 09:15
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김필수 자동차연구소 소장, 대림대 교수

지난 120여년 동안 자동차는 내연기관차 중심으로 개발 보급됐다. 최근에는 연비와 환경, 두 마리의 토끼를 잡기 위한 다양한 기술이 개발됐다. 그러나 내연기관차는 석유자원 자체가 가진 에너지의 10% 미만의 에너지만을 바퀴에 전달될 정도로 비효율적이다. 유해 배출가스가 인체와 환경에 미치는 영향을 줄이는 것도 한계가 있다. 

내연기관차의 자동변속기는 엔진의 힘을 최적으로 바퀴에 전달하는 핵심 부품으로 엔진과 함께 완성차의 경쟁력을 좌우하는 핵심 노하우다. 따라서 변속 시점에 발생하는 충격을 최소화하고 승차감을 높이며, 동시에 효율과 연비를 최상위로 끌어올려야하며, 무게는 가볍고 내구성은 높이 가성비 좋은 자동변속기 구현은 중요한 과제다. 

내연기관차를 대신하는 무공해자동차 전기차 변속기도 다르지 않다. 가장 큰 문제는 배터리 용량이 전기차가 발휘하는 운영 특성에 비해 너무 높다는 것이다. 또 내부적인 에너지 낭비로 인해 무겁고 연비는 떨어지며, 비싼 가격으로 전체적인 경쟁력이 떨어지고 있다. 고속에서의 비효율성, 등판능력을 키우는 것 역시 앞으로 해결해야 할 과제다.

현재의 전기차는 높은 비율의 배터리 용량을 싣고 과도한 모터를 활용해 저속과 고속 영역을 무리하게 지배하고 있다.  과열과 이에 따른 에너지 낭비 등 비효율적인 낭비요소가 곳곳에 숨어 있는 구조다. 내연기관차 대비 몇 배 높은 효율이기는 해도 여전히 비효율적이어서 향후 기술개발로 개선해야 할 여러 과제가 남아 있는 셈이다. 

현재의 전기차는 배터리의 전기 에너지로 모터를 돌리고 감속기를 통해 바퀴로 전달되는 과정을 갖고 있다. 부품수가 적고 소모품 자체가 거의 없다보니 유지비용이나 내구성 등이 내연기관차보다 우세하다. 그러나 에너지 전달과정에서의 낭비가 심하다는 단점을 갖고 있다.

일반적인 속도에서는 문제가 없지만 속도를 높이려면 모터의 힘을 크게 내야하고 그 만큼 배터리 용량을 키워야 하며 이에 따른 속도변속에 따른 모터와 이를 제어하는 인버터 등 각종 컨트롤러 시스템은 열 발산이 심해지고 이를 식히기 위한 냉각장치가 필요해지면서 무게는 더 무거워지고 구조가 복잡해지고 배터리의 용량 과대로 비싸지는 악순환이 계속되고 있다.

전기차도 속도 구간을 여러 개로 나누어 해당구간에서 모터가 정속으로 돌고 이를 최적의 속도변속을 시켜 운행한다면 차량에 가장 적절한 토크와 출력을 제어해 능동적인 가능해진다. 당연하게 배터리 용량은 줄고 비용은 낮추어지며, 과열로 인한 냉각장치는 필요 없고 운전자는 일반 내연기관차와 같이 무리하게 밟는 전기차의 단점을 없앨 수 있다. 

이러한 기술을 충족시키는 핵심 요소가 바로 전기차용 전용 변속기다. 현재 전기차는 감속기를 활용해 일부 응용을 하고 있으나 비효율적인 부분을 해결하기 위한 전용 변속기는 아직 등장하지 않았다. 또 하나 자동차의 바퀴에 직접 모터와 변속기를 탑재하고 에너지 낭비를 없애는 내구성 높은 장치가 개발된다면 가장 이상적인 전기차 운영이 가능해진다.

바퀴에 가성비 좋은 구동기구를 직접 장착할 수 있다면 최고의 효율화 작업이 가능해진다는 뜻이다. 그 동안 직접 구동하는 DD방식의 인휠 모터 등이 개발돼 장착된 사례도 있지만 부피가 큰 반면 아직은 비효율적이어서 일부 버스 등 대형차에서만 제한적으로 사용하고 있다. 내구성이 부족하고 고비용, 기술 난이도 등 아직 한계가 큰 상황이기도 하다.

전기차용 첨단 전용 변속기가 개발된다면 배터리 용량의 하락, 이에 따른 가격 인하 등 다양한 잇점이 있을 것으로 예상된다. 국내 중소 기업이 세계적으로도 완성도가 높은 전기차용 전용 변속기 개발에 성공했다고 한다. 이 회사의 5단 전기차용 변속기는 해외  업체들이 탐을 내고 접촉을 시도하고 있을 정도로 기술적 수준이 높다.

업계에 따르면 이 장치를 활용할 경우 배터리 용량이 약 30% 이상 줄고 모터의 정속 운영으로 과열 등이 발생하지 않으며, 인버터 등 컨트롤러 시스템의 무리한 운영도 없어 냉각장치도 필요 없으며, 유압방식도 아니어서 내구성까지 뛰어난 것으로 알려져 있다. 무게가 가벼워지는 만큼 연비는 높아져 같은 용량의 배터리로 최소 20~30% 이상 더 달릴 수 있다고 한다.

걱정 되는 부분은 이 기술이 해외로 이전될 수 있다는 점이다. 해외의 러브콜이 많아서다. 국내 기업의 적극적인 유치가 필요한 이유다. 전기차의 미래를 결정짓는 핵심 변수가 국내 기업의 노력으로 등장한 만큼, 이 기술이 우리 전기차에 적용되고 지켰질 수 있기를 기대한다.



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