차량용 아키텍쳐란 무엇인가[차량용 아키텍쳐, 전기차 아키텍쳐]

 

 

 

강의 듣다보면 아키텍쳐란 단어가 자주나오곤 합니다.

 

일반적으로 말하는 전기차용 아키텍처는 전기차의 설계 및 제조 과정을 체계화하고 최적화하기 위한 기초적인 구조로, 차량의 모든 구성 요소들이 효율적으로 결합될 수 있도록 설계된 종합적인 구조 체계입니다. 조금 전문적인 용어로 프레임 워크라는 단어가쓰이기도 합니다.

 

여기서 아키텍처는 단순히 물리적 구조나 플랫폼을 의미하는 것이 아니라, 차량의 전체적인 시스템 설계 방식과 그에 따른 상호 작용의 총합을 포함하는 개념입니다.

 

간단히 말해, 아키텍처는 전기차의 물리적 플랫폼뿐만 아니라, 전기적 구성 요소와 소프트웨어의 결합 및 이를 통합하여 최적의 성능을 발휘하게 하는 전반적인 설계 철학을 포괄하는 개념입니다.

 

말은 어렵지만 컴퓨터 공학에서 구조라는 단어를 차량 설계구조 정도로 직역할수 있겠네요

 

아키텍처의 어원과 역사

 

'아키텍처'라는 용어는 라틴어 'architectura'와 그리스어 'arkhitekton'에서 유래하였으며, 이는 '주된 건축자' 또는 '설계자'라는 의미를 가지고 있습니다.

 

초기에는 주로 건축과 관련된 설계와 구조를 의미했지만, 시간이 흐르면서 다양한 분야에서 시스템의 설계와 구성 방식을 나타내는 개념으로 확장되었습니다. 특히 20세기 중반 이후 컴퓨터 과학과 공학의 발전과 함께 '아키텍처'라는 용어는 하드웨어와 소프트웨어의 설계와 통합을 의미하는 기술적 용어로 자리 잡았습니다.

 

차량용 아키텍처의 경우, 이 개념이 자동차 공학에 도입되면서 차량의 전체적인 설계 체계를 나타내는 용어로 발전했습니다.

 

일반적으로 신차 개발 기간은 2~3년 정도 소용되는데 이러한 최대한 설계를 구조 효율화해서 이기간을 줄이겠다를 핵심으로 이해하시면 됩니다. 

뿐만이라 전기차는 기존 내연기관 차량과는 다른 특성을 가지므로, 새로운 설계 철학과 구조가 필요하게 되었고, 이에 따라 전기차 전용 아키텍처가 도입되었습니다.

 

초기에는 기존 내연기관 차량의 아키텍처를 개조한 형태로 시작되었지만, 이후 전기차 전용 플랫폼이 개발되고, 최근에는 소프트웨어 중심의 모듈화 아키텍처로 발전하면서 현대 전기차의 효율성과 성능을 극대화하는 방향으로 가고있다 이해하시면 됩니다.

 

전기차 아키텍처의 정의 및 주요 구성요소

 

전기차의 아키텍처는 크게 차량 플랫폼, 배터리 시스템, 모터 및 파워트레인, 그리고 전기/전자 시스템으로 나눌 수 있습니다. 여기에는 섀시, 서스펜션, 차체 프레임뿐만 아니라, 배터리 팩과 파워트레인 시스템, 전기적인 제어 시스템이 모두 포함됩니다.

 

전기차의 아키텍처는 이와 같은 모든 구성 요소들이 상호작용하여 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 설계됩니다.

 

플랫폼(Platform)

 

전기차 플랫폼은 차량의 프레임과 주요 하드웨어들이 모여 이루는 기본 골조로, 아키텍처의 일부 요소로 볼 수 있습니다. 플랫폼은 물리적 구조로서 배터리, 모터, 서스펜션 등을 효율적으로 배치하여 차량의 전반적인 성능을 지원하는 역할을 합니다.

특히 전기차의 경우, 배터리 팩의 효율적인 배치를 위해 기존의 내연기관 플랫폼과는 달리 '스케이트보드 플랫폼'이나 'CTB플랫폼'을 주로 사용하고 있습니다.

 

배터리 시스템

 

전기차의 배터리 시스템은 에너지 밀도와 효율성이 핵심적인 요소로, 배터리 팩의 위치, 크기, 냉각 방식이 아키텍처에 따라 설계됩니다. 종합적으로 BMS시스템을 떠올리시면 됩니다.

 

파워트레인 및 모터

 

전기차 아키텍처에서 모터와 파워트레인은 중요한 구성 요소로, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 역할을 합니다.

모터의 위치(앞/뒤/양쪽), 토크 벡터링 기술의 적용, 감속기의 설계 등이 모두 아키텍처의 설계에 포함됩니다. 이러한 파워트레인의 설계는 차량의 동력 전달 효율과 성능을 크게 좌우합니다.

 

전기/전자 시스템(E/E 시스템)

 

 전기차에는 다양한 전자 장치와 제어 시스템이 포함되어 있으며, 이를 효율적으로 관리하기 위해 아키텍처 내 E/E 시스템의 역할이 중요합니다. 차량 내의 센서, ECU(전자 제어 장치), 통신 네트워크의 구성은 전기차의 자율주행, 안전성, 사용자 인터페이스에 큰 영향을 미칩니다.

전기차 아키텍처의 발전 과정

 

전기차 아키텍처는 크게 세 단계로 발전해 왔습니다. 기존 내연기관 차량 개조형 아키텍처, 전기차 전용 플랫폼, 그리고 최근의 소프트웨어 중심의 모듈화 아키텍처입니다.

 

내연기관 개조형 아키텍처

 

초기 전기차들은 내연기관 차량의 아키텍처를 개조하여 제작되었습니다. 이 방식은 기존 제조 설비를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있었지만, 배터리와 모터의 최적 배치가 어렵고 무게 중심이 높아지는 등 여러 제약이 있었습니다.

 

전기차 전용 플랫폼

 

이후, 전기차만을 위한 전용 플랫폼이 개발되었습니다. 대표적으로 테슬라의 '스케이트보드 플랫폼'이 있습니다. 이러한 플랫폼은 배터리를 차량 하부에 일체형으로 배치하여 무게 중심을 낮추고, 차체 내부 공간을 극대화하는 등의 장점이 있습니다. 이로 인해 차량의 안정성, 공간 활용도, 효율성이 크게 향상되었습니다.

 

소프트웨어 중심의 모듈화 아키텍처

 

최근 전기차 아키텍처의 주요 트렌드는 소프트웨어 중심 설계입니다. 차량의 기능을 소프트웨어로 제어하고 업데이트할 수 있는 구조를 갖추며, 다양한 모듈을 표준화하여 모델 간의 부품 공유를 용이하게 합니다. 이러한 소프트웨어 중심의 아키텍처는 자율주행, OTA(Over-The-Air) 업데이트와 같은 기능을 통해 차량의 유연성을 극대화하고 있습니다.

전기차 아키텍처 설계의 최신 트렌드

 

 

현대 전기차 아키텍처의 설계 방식은 모듈화(Modularity)와 유연성(Flexibility)을 핵심으로 합니다.

 

모듈화는 주요 부품과 시스템을 표준화된 모듈로 구성하여 다양한 차량에 쉽게 적용할 수 있게 하는 접근 방식으로, 이를 통해 생산 효율성과 비용 절감을 이룰 수 있습니다. 예를 들어, 배터리 팩은 다양한 크기의 모듈로 구성되어 차종에 따라 쉽게 조정이 가능합니다. 또한, 구동 모터와 제어 시스템 역시 모듈화되어 필요에 따라 앞바퀴, 뒷바퀴, 또는 네 바퀴에 각각의 모터를 장착할 수 있습니다.

 

유연성은 전기차 설계의 핵심 요소로, 동일한 플랫폼을 다양한 차종과 목적에 맞게 변형할 수 있는 기술을 의미합니다. 예를 들어, MEB(Modular Electric Drive Matrix) 플랫폼은 차량의 크기나 형태에 따라 다양한 구동 방식(단일 모터 또는 듀얼 모터)을 적용할 수 있으며, 배터리 용량도 조정할 수 있습니다. 또한, 전기/전자 시스템(E/E 시스템) 설계에서의 유연성은 다양한 센서와 제어 장치의 통합을 통해 차량의 자율주행 성능과 사용자 인터페이스를 쉽게 업그레이드할 수 있도록 합니다.

 

이러한 유연성은 OTA(Over-The-Air) 소프트웨어 업데이트를 통해 구현되며, 차량이 출시된 이후에도 지속적으로 기능을 개선하고 새로운 기술을 적용할 수 있는 가능성을 노린다 정도로 보시면 되겠습니다.