현대자동차 E-GMP 살펴보기 (feat. 전기차 전용 플랫폼)

출처 : TECH.HYUNDAIMOTORGROUP.COM - ELECTRIC VEHICLE

1. 개요

(테슬라 차량 제외) 기존에 내연기관 차량 제조사에서 출시되었던 전기차는 내연기관 자동차의 뼈대를 그대로 사용하면서 엔진 대신 전기 모터를 장착하고 연료탱크 위치에 배터리를 부착하는 방식으로 제작되었다. 그로 인해 전기차의 이점을 제대로 이용할 수 없는 구조적 한계를 가지고 있었다.

테슬라의 전기차가 대단한 것은 자동차에 관심이 있는 많은 사람들이 익히 잘 알고 있다. 그를 따라잡기 위해서 현재 기존 자동차 회사들이 많은 노력을 기울이고 있다. 

얼마전 현대자동차에서 전기차 전용 플랫폼인 E-GMP를 발표하였다. 구체적으로 어떻게 만들어졌는지 궁금증이 들어서 현대자동차그룹 공식 유튜브 채널에 올라온 자료를 바탕으로 살펴보았다.

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2. 현대자동차 공개 내용 전문 (출처 : 현대자동차그룹 유튜브 채널)

발표자 : Fayez Abdul Rahman (Senior Vice President, Vehicle Architecture Development Center)

여러분 안녕하십니까.

현대자동차그룹의 아주 특별한 프레젠테이션에 여러분을 초대하게 돼 매우 기쁘게 생각합니다.

여러분들도 잘 아시다시피 자동차 산업은 글로벌 기후변화와 과거와는 달라진 미래 시장의 요구에 대응하기 위해 전동화와 디지털화를 중심으로 한 패러다임의 대전환기를 맞고 있습니다.

자동차 업체들은 달라진 고객의 요구와 시장별 연비 규제에 대응하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있으며, 우리 현대자동차그룹은 그 변화의 핵심 요소인 전동화 부문의 혁신에 각별한 노력을 기울여 왔습니다.

우리는 미래를 추구하는 통합적인 차량 개념을 실현하고, 모빌리티 서비스 프로바이더로의 전환을 가속화할 수 있는 전용 전기차 플랫폼을 개발해 왔습니다.

오늘 여러분께 공개하는 전기차 전용 플랫폼 E-GMP는 고객의 새로운 라이프 스타일과 다양한 사용 방식에 대응하기 위한 노력의 결과물입니다.

E-GMP는 새로운 전기차 시대로 진입하는데 있어 우리의 첫 번째 기술적 이정표로서 새로운 수준의 전기차 주행 성능을 보여줄 것입니다.

E-GMP는 현대자동차그룹의 차세대 전기차 라인업의 기반입니다.

E-GMP는 모듈화와 표준화를 통해 다양한 제품 구성이 가능하고, EV 전용 플랫폼 특유의 부드럽고 안정적인 주행성능을 제공하면서, 견고한 차체 구조로 안정성과 내구성을 확보함과 동시에, 전용 EV만의 차별화된 인테리어 공간과 향상된 사용성을 제공합니다.

우리는 새로운 EV 플랫폼에 콤팩트 하면서도 효율적인 배터리와 모터 등 차세대 PE 시스템을 적용해 이전에는 경험하지 못했던 인간 중심의 공간 혁신성과 진보된 전동화 경험을 고객들에게 제공할 것입니다.

현대자동차그룹은 오늘 소개해 드리는 E-GMP 플랫폼을 활용해 2025년까지 전용 전기차를 포함한 총 23종의 전기차를 선보이고, 전 세계에 100만 대 이상의 전기차를 보급해 전기차 대중화 시대를 선도해 나갈 것입니다.

이것이 차세대 전기차의 새로운 뼈대인 E-GMP입니다.

E-GMP가 여러분에게 제공할 진보된 전동화 경험의 구체적인 모습은 어떤 것인지 지금부터 함께 알아보시죠.

 

발표자 : Young-Eun Ko (Vice President, Vehicle Architecture Intergration Group)

안녕하십니까. 저는 현대자동차그룹의 차량 아키텍쳐와 플랫폼 개발을 담당하고 있는 고영은 상무입니다.

오늘 선보이는 전기차 전용 플랫폼 E-GMP에는 차세대 전기차에 최적화된 성능, 고객 라이프 스타일에 맞춘 상품성 등 전기차 대중화 시대를 앞당기기 위한 현대자동차그룹의 많은 기술적 고민이 담겨 있습니다.

E-GMP는 첫째, 모듈화 개념을 도입해 고객이 요구하는 다양한 상품성을 반영한 제품을 구현하고 둘째, 전기차가 갖는 고유의 성능을 극대화하며 셋째, 예기치 못한 사고에서도 탑승객을 안전하게 보호하고 넷째, 모빌리티 사용성을 일상으로 확장할 수 있도록 개발됐습니다.

E-GMP는 기획 단계부터 개발 복잡성을 줄이면서 보다 유연한 방식으로 멀티 세그먼트에 대응하고, 차종의 경계를 넘어 한층 다양하고 완성도 높은 차세대 전기차를 고객들에게 제공할 수 있도록 모듈화, 표준화 개념을 도입했습니다.

이처럼 시스템 모듈화를 통해 보다 간결해진 차량의 플랫폼 구조는 시장의 요구에 신속하게 대응하고 고객이 원하는 차량을 더 높은 품질로 선보일 수 있습니다.

E-GMP는 또한 차급과 주행 거리, 고객의 라이프 스타일에 맞추어 다양한 선택이 가능하도록 전기차에 최적화된 기술을 담아 배터리 시스템을 표준화했습니다.

현대자동차그룹은 앞으로도 이러한 부품과 시스템의 모듈화, 표준화를 통해 견고한 설계를 강화해갈 계획이며 이를 통해, 전동화, 전자화, 그리고 자율주행 등 가속화되고 있는 시장의 요구들을 연구개발은 물론 생산과 서비스 부문까지 유연하고 신속하게 수용해 고객 가치를 극대화할 수 있을 것으로 기대합니다. 

전기차 전용의 플랫폼은 대용량의 배터리와 고성능의 구동모터를 사용해 모빌리티 구동성능을 최대로 끌어올립니다.

E-GMP는 기본적으로 AWD(4WD) 방식의 구동이 가능하도록 설계됐으며, 사용자의 선택에 따라 후륜의 2WD 방식도 가능합니다.

또한 내연기관 차량의 엔진이 사라진 공간에 구동모터를 하향 배치하고, 배터리를 차체 하단에 낮게 위치시킨 덕분에 전후 중량 배분과, 저 중심 설계가 가능하게 돼 한 단계 높은 선회 성능과 더욱 안정적인 고속 주행을 구현할 수 있습니다.

이 밖에도 중대형 차량들에 적용되던 후륜 5링크 서스펜션과, 세계 최초로 개발된 기능 통합형 드라이브 액슬(IDA, Integrated Drive Axle)을 적용함으로써 승차감과 핸들링 성능을 대폭 향상시켰습니다.

새로운 배터리와 모터, 그리고 새로운 차체와 섀시 구조를 갖춘 전기차 전용 플랫폼 E-GMP는 안정성과 신뢰성에 대한 많은 고민을 통해 완성됐습니다. 승객 보호와 배터리 안정성 확보를 최고의 목표로, 전기차의 특성을 고려하면서 전체적인 관점과 각 부분의 세부적인 관점에서 최적의 플랫폼 구조를 개발하기 위해 노력했습니다.

먼저, 백빔부터 서브프레임 리어마운팅까지 에너지 흡수구간은 차체와 섀시 등 모든 구조물의 변형을 유도해 충격을 완화하고 서브프레임 리어마운팅부터 대시보드까지 하중 지지구간은 PE 모듈과 섀시계의 고전압 배터리 타격을 최소화하기 위한 회피 구조를 적용했습니다.

또, 고전압 배터리의 보호구간은 안전 확보를 위해 초고장력강을 적용했습니다.

또한 탑승객 보호 공간인 승객실 변형을 억제하기 위해 A필라 하중 분산 구조를 적용하고 프론트 서브프레임 전방과 차체 펜더 에이프론 연결성을 강화했습니다. 가장 가혹한 충돌 상황 중 하나로 손꼽히는 스몰오버랩 충돌에서도 차량을 안전하게 보호하기 위해 엔진룸 좌/우를 연결하는 크로스바 구조를 적용하고 전방 사이드멤버 단면을 증대해 강성을 확보했습니다.

예기치 못한 충돌에서 배터리를 안전하게 보호하기 위해 배터리 전방과 주변부에는 핫스템핑 부재를 적극 적용했고, 차체 사이드실 내부는 알루미늄 압출재를 적용해 구조적으로 안정성을 높였습니다.

또한 배터리 케이스의 중앙부도 차체에 견고하게 연결해 충돌 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 구조를 갖췄습니다.

E-GMP는 짧은 오버항, 길어진 휠베이스와 같이 전용 전기차의 특징을 살린 디자인을 반영하면서 동시에, 고객의 충돌 안전과 함께 탑승 공간을 극대화하고 배터리 안정성을 확보했습니다.

E-GMP는 전용 전기차만의 혁신적인 실내 공간을 포함해, 고객에게 새로운 전동화 모빌리티의 경험을 제공합니다. 기존 실내에 있던 부피가 큰 공조시스템을 엔진이 모터로 대체되며 확보된 공간으로 이동시켜 앞 좌석의 승객 공간을 넓혔으며, 하방으로 배치한 배터리와 센터터널이 없어지며 평평해진 플로어는 훨씬 넓어진 레그룸을 제공합니다. 또한 이 플랫 플로어 구조는 전후 시트들의 다양한 배치를 가능하게 함으로써 고객의 차량 이용 습관과 라이프 스타일에 맞추어, 일상 속에서 전용 전기차에서만 체험할 수 있는 진일보한 전동화 경험을 선사합니다.

 

 

발표자 : Jin-Hwan Jung (Vice President, Electrification Dev. Group)

안녕하십니까. 저는 현대자동차그룹의 전동화 시스템 개발을 담당하고 있는 정진환 상무입니다.

먼저, PE 시스템이란 Power electric system 즉 기존 내연기관의 엔진을 포함한 파워트레인 시스템을 대체하는 구동 시스템으로 전기차 구동을 위한 모터와 감속기, 모터 제어를 위한 인버터, 그리고 에너지를 담고 있는 배터리를 말합니다. 앞서 소개해 주신 E-GMP에는 전용 전기차에 꼭 맞는 새로운 PE 시스템이 적용됩니다.

이 신규 시스템을 통해 우리는 18분 이내 급속충전을 완료하고, 차종에 따라 1회 충전에 최대 500km 이상 주행이 가능한 전기차를 선보일 예정입니다.

오늘 선보이는 E-GMP의 PE 시스템은 더 넓은 공간 제공을 위해 더욱 콤팩트 해졌으며, 더 먼 거리를 주행할 수 있도록 에너지 효율을 극대화하였고, 충전 스트레스를 최소화하기 위해 충전시간을 단축함과 동시에, 일상에서 다양한 모빌리티를 경험할 수 있도록 재미요소까지 담아냈습니다. 현대자동차그룹의 E-GMP PE 시스템을 여러분께 소개합니다.

새롭게 개발된 E-GMP의 PE 시스템은 차량의 공간 확보 및 중량 최적화를 위해서 더욱 콤팩트하게 설계됐습니다. 먼저 구동에 필요한 모터, 모터의 회전을 적정 속도로 변환하는 감속기, 그리고 전력을 변환하여 모터의 토크를 제어하는 인버터를 일체화하여 더욱 콤팩트한 구조로 개발했습니다. 또한 모터의 최고 속도를 기존 대비 최대 약 70% 높이고, 감속비를 33% 증가시켜 동력성능 및 토크밀도를 개선했습니다.

이러한 일체화, 고속화 기술로 콤팩트해진 구동 시스템은 차량 내 더 넓은 공간의 제공을 가능하게 함과 동시에 중량을 절감하고 부품 간 에너지 전달 손실을 낮추어 효율적인 측면에서의 개선도 이뤄낼 수 있었습니다.

E-GMP 플랫폼으로 개발되는 모든 차량에는 표준화된 배터리 모듈 1종이 적용됩니다.

표준화 배터리 모듈은 파우치 타입의 표준셀로 구성되어 있으며, 각각의 차량에 필요한 배터리 용량에 맞추어 배터리 팩 구성이 가능합니다. E-GMP의 배터리 모듈은 그 구성을 최적화하여 기존 당사의 전기차 배터리 모듈 대비 부품 종류를 40%, 총 부품 수를 60% 줄여 더욱 콤팩트하게 개발되었습니다.

또한 열전달 경로를 최소화하여 18분 만에 급속충전이 가능한 냉각 성능을 확보했으며, 냉각 블록 분리구조를 통해 냉각수 유출 시에도 안전성을 확보하고, 시스템 내부를 콤팩트하게 설계하고자 노력했습니다.

그 결과 배터리 시스템 기준으로 에너지 밀도를 기존 대비 10% 향상시켜, 더욱더 플랫하고 가벼운 배터리 시스템 구성이 가능해졌으며, 뒤에 말씀드릴 효율적인 기술들과 함께 안전하고 먼 거리를 달릴 수 있도록 개발했습니다.

E-GMP의 PE 시스템은 동일한 배터리로 더 멀리 가기 위해 구동시스템의 에너지 효율을 세계 최고 수준으로 개발했습니다.

먼저, 구동모터의 효율을 증대시키기 위해 헤어핀 권선기술과 새로운 냉각방식이 적용되었습니다.

일반적으로 구동모터는 영구자석이 있는 회전자와 코어의 슬롯에 코일이 감겨있는 고정자로 구성이 되는데 이때, 코어의 슬롯에 코일을 더 촘촘하게 감을 수록 모터의 권선 저항이 줄어들어 효율을 높일 수 있습니다.

헤어핀 권선 기술은 헤어핀 형상을 닮은 구조의 각이 진 코일을 코어의 슬롯에 삽입하여 제작되는데, 기존 원형의 환선 코일을 적용한 권선 기술 대비 코어의 슬롯 내 빈 공간을 줄여 기존 대비 코일 점적률을 약 10% 향상시킬 수 있습니다.

또한, 기존의 모터와 다르게 간접적으로 열을 식혀주던 수냉 방식에서 모터와 일체화된 감속기의 냉각/윤활유를 직접 모터 내부에 분사하여 더 빠르게 열을 낮추어 효율을 높이는 유냉 방식을 택했습니다.

이번에 선보이는 E-GMP는 후륜을 주구동으로 하는 플랫폼으로써 더 많은 출력을 요구하는 후륜 모터를 제어하는 인버터 파워모듈에 기존 Si 대비 고효율의 SiC 전력반도체를 적용했습니다. 이를 통해 동일한 양의 배터리로 더 먼 거리를 주행할 수 있도록 시스템 효율을 2~3% 정도 향상시켰습니다.

그리고, 전기차 최초로 적용된 감속기 디스커넥터 시스템은 보조 구동인 전륜에 적용되어 주행 상황에 따라 모터와 구동 축을 분리 또는 연결합니다.

이를 통해 4WD 와 2WD 구동 방식을 자유롭게 전환하여 불필요한 연비 손실을 최소화하여 효율적인 운전을 할 수 있도록 합니다.

전용 전기차만의 특성을 살리고, 효율은 최대치로 끌어 올리도록 최적 설계된 E-GMP의 PE 시스템은 최소한의 에너지로 더 먼 거리를, 즐겁게 주행하고자 하는 개발자들의 노력으로 만들어졌습니다.

이번 E-GMP를 개발하며 중요시했던 가치 중 한 가지는 충전에 소요되는 시간을 단축하여 고객이 원하는 때에 언제든지 편리하게 전기차를 이용할 수 있도록 개발하는 것이었습니다.

국내외 보통의 전기차와 급속충전 인프라는 대부분 400V 시스템을 제공하고 있습니다. 최근에는 빠른 시간 내에 충전이 완료되기를 원하는 고객들의 니즈를 만족시키기 위해 800V의 고전압화된 초고속 충전 인프라가 설치되고 있으며, E-GMP는 이러한 흐름에 맞추어 800V 시스템을 기본으로 적용하고 있습니다.

이러한 초고속 충전기로 충전 시 18분 내에 충전이 가능하며, 5분의 충전만으로도 약 100km 주행이 가능합니다. 이와 함께 800V 시스템이 적용된 전기차의 경우 기존에 보급되어 있는 급속충전기를 사용하기 위해 별도의 부품이 필요하지만, 현대자동차그룹에서는 초고석 충전기와 기존 급속 충전기 모두 사용 가능한 멀티 충전 시스템을 세계 최초로 개발하여 모든 급속충전 인프라를 사용할 수 있도록 했습니다.

이 멀티 충전 시스템은 세계 최초로 E-GMP에 적용된 특허기술로, 차량의 구동용 모터를 충전기로 동작시켜 400V 전압을 800V로 승압하여 배터리를 충전할 수 있도록 합니다.

E-GMP는 후륜에 고출력 모터를 적용함과 동시에 전륜에도 전기모터를 장착함으로써 4WD 주행이 가능하도록 개발했습니다. E-GMP가 적용된 전기차의 운전자가 차량을 운전하는 그 순간부터 4WD의 High response 모터시스템이 제공하는 운전의 즐거움을 느끼실 수 있으실 거라 생각합니다.

지금까지의 전기차는 외부 전원을 차량에 충전할 수 있는 On Board Charger가 탑재되어 외부에서 차량 내부로 단방향으로의 전기 흐름만 가능했습니다. 하지만 이번 E-GMP에는 양방향으로의 전력변환이 가능한 ICCU와 차량 충전 관리 시스템인 VCMS가 적용되어 고객들에게 새로운 경험을 전달합니다. 이제 전기자동차의 배터리는 마치 커다란 보조 배터리처럼 캠핑 장소에서 전자제품을 사용하거나, 혹은 다른 전기차를 충전하는 등 다양한 방식으로 활용되어 고객의 라이프 스타일에 맞춘 모빌리티 확장성을 선보일 예정입니다.

이처럼 E-GMP의 PE시스템은 전용 전기차에 최적화된 시스템으로 앞으로 전기차의 주행 재미를 위한 고출력 모터, 무선 충전 기술 등 다양한 기술과 함께 새로운 전기차의 경험을 제공할 것입니다. 

발표자 : Fayez Abdul Rahman (Senior Vice President, Vehicle Architecture Development Center)

현대자동차그룹은 지금까지 소개해드린 E-GMP를 기반으로 새롭고 진보된 전동화 경험을 여러분께 제공할 것입니다. 오늘 현대자동차그룹의 특별한 행사에 함께해주셔서 감사합니다. 

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3. 느낀점

뉴스에서 5분 충전에 100km 주행, 모듈 플랫폼 적용과 같은 단편적인 단어들만 봤을때는 기술적인 진보가 와닿지 않았었는데, 발표자료를 천천히 읽어보니 기술적으로 정말 많은 발전이 있었음을 알게 되었다.

테슬라의 등장 덕분에 기존 내연기관 자동차 업체들이 꿀을 빨고 있던 자동차 시장에 정말 많은 변화가 생기는 것 같다.

불과 몇년전, 심지어 지금도 후륜 구동의 자동차를 구매하기 위해서는 전륜구동의 차량을 구입할 수 있는 돈에 훨씬 더 많은 웃돈을 얹어서 차량을 구입해야 하고, 4WD도 추가 비용을 내고 옵션으로 선택해야 한다.

그러나 E-GMP는 후륜이 기본이고 보조 구동으로 전륜도 구동되는 4륜 구동 시스템이 들어간다. 심지어 휠베이스도 더 길고 실내공간도 더 넓고 더 고성능이고 주행비용도 더 적게 든다.

그리고 르노삼성 SM6만 하더라도 3천만원 정도 하는 중형차이지만, 후륜 서스펜션에 토션빔 서스펜션이 들어갔는데 E-GMP는 불과 몇 년전까지만 하더라도 독일산 수입차에서나 볼 수 있었던 5링크 서스펜션이 들어간다고 한다.

지금까지는 캠핑을 할때도 전원을 이용하기 위해서는 여러가지 차박 용품을 추가로 구입했어야 했는데, E-GMP를 기반으로 앞으로 출시될 전기차들은 차량의 배터리를 마음대로 꺼내쓸 수 있다고 한다.

이것은 아이폰이 우리나라에 처음 출시되던 시기가 생각나는 자동차 업체들의 변화이다.

자동차의 패러다임이 바뀌는 이 시대에 현대자동차의 E-GMP는 정말 중요한 첫 걸음이라 보여진다.우리나라에는 세계 최고 수준의 배터리 업체와 IT 업체들이 있기때문에 독일차 업체들보다 앞으로는 유리한 면이 더 많다고 개인적으로 생각한다.이런 시대의 흐름에 잘 부응하고 현대자동차가 살아남아서 고성능이고 다목적으로 이용가능한 차량을 좋은 가격에 사람들이 이용할 수 있게 되길 기대해본다.