전기차에는 몇개의 모터를 사용할까?(탑재 개수와 미래에 관하여)

1. 차량에 사용되는 모터는 과연 2,3개일까?

 여러 블로그 글을 보면 전기차에 모터는 몇 개인가요? 라는 질문에 단순하게 1개에서 4개를 나눠서 사용해요 라는 답을 하는 걸 보면 공학을 전공한 사람으로서는 조금 화가 난다.

 

 전기자동차 플랫폼이나 여러 글을 찾아보면  "전기차 모터는 1개에서 3개를 써요"라고 단순히 말할 수 있지만 이는 구동모터 기준이며 세세하게 다룬다면 차량에는 20가지 이상의 모터를 사용한다.

2. 실제로 사용되는 모터는 몇 개일까?

 사실 차량에 사용되는 모터의 개수만 따져봐도 기존 내연기관차 기준으로 20종류 이상이고 단순 개수로만 따지자면 내연기관 차량 기준 일반형은 20~30개 고급자동차로 가면 60개 이상의 모터를 사용한다.

 

  그럼 당연히 어디에 그렇게 많이 써요 라는 질문이 나올 법도 하고 이에 대해 따로 글을 작성할 예정이지만 오늘은 어떤 것들을 쓰는지 간단히만 알아보자

 

 위사진은 스타팅모터라는 모터로 기존 내연기관에서 사용했던 기기로 시동을 거는 용도로 사용했었다 사실 엔진의 관성이 높아 시동을 걸기 위해 초기동력이 필요했었고 배터리에 전압을 공급해서 시동 걸었으며 그 이후 발전기로 사용해 배터리를 충전하며 차량을 운행했었다. 사실 차량이 시동이 안 걸리면 점프선을 뛰어서 시동을 걸어본 경험이 있는 사람이나 들어본 사사람들이라면 어? 그러네 라는 생각을 할 것이다.

 

분야별 사용처		모터의 종류
차체, 공조계	와이퍼	Brush Motor
	파워윈도우	Brush Motor
	파워시트	Brush Motor
	에어컨용 블로워	Brush Motor
		Brushless DC Motor
	내기센서	Brushless DC Motor
주행	전동파워스틱	Brushless DC Motor
	변속기	Brushless DC Motor
파워트례인계	배기가스 재순환 장치	Stepping Motor
	전자슬로트	Brush Motor

 

단순히 사용되는 기존 모터종류만을 정리해도 이 정도고 사실 이거 이외에도 사용되는 용처는 많지만  단순히 사용되는 모터가 적은 게 아니구나 꽤나 다양하게 많이 사용되는구나의 정보만을 알고 넘어가자

 

3. 전기차에 구동모터란 뭘까?

그럼 일반적으로 이야기하는 전기차 모터란 뭘까?

 우선적으로 왜 우리가 찾으려 하는 모터가 구동모터 이며 왜 그렇게 칭하고 구동모터가 뭔지부터 알고 넘어가자

위에서 설명했듯이 자동차에는 20종류 이상의 모터가 사용되고 하나하나 모터라고 칭하게 되면 언어에 혼동이 올 수밖에 없다 그래서 자동차의 경우 엔진을 대체한 바퀴에 동력을 전달하는 모터를 구동모터라고 정의하며 이것의 개수가 자동차의 출력을 결정하고 기술의 핵심이기에 사람들이 전기차의 모터 개수에대해 이야기하면 이를 기준으로 삼는것이다.

여기서 우선 어떤 모터를 쓰는가 에 대한 질문은 이는 필자가 정리해 둔 글을 한번 참고하고 오기를 바라고

지금 우리가 집중해야 할 부분은 그래 구동모터를 쓰는데 몇 개나 장착하는데?라는 질문에 대해 답변하고자 한다.

왜 전기자동차는 주로 IPMSM 모터를 사용할까?

 

4. 전기차에 구동모터는 어디에 장착하는가?

 

 사실 모터가 몇 개인가 라는 질문에 대해 대답하기 전 우선적으로 알아야 하는 정보는 전기차는 후륜구동을 하는 것이 공학적인 장점이 많고 동력을 전달한다면 직접 전달하는 것이 효율적이다라는 것이다.

 

 기존 대다수 내연기관 차들이 경우 자동차의 헤드 부분에 엔진을 달아 동력을 전달했고 그것은 어쩔 수 없는 선택이었다 하지만 소수의 출력중심의 스포츠 카들은 뒤쪽에 엔진을 장착하여 효율적인 엔진을 만들었었고  실제로 운행하는 데 있어 안정성과 무게 배분에 대한 큰 장점을 가져 실제로 후륜구동 방식이 대세가 되기도 하였다. 그렇다면 전기차는 어떨까?

현대자동차 e-gmp 플랫폼

 

 초기 전기자동차의 경우 내연기관 플랫폼을 개조해 앞에 모터를 달고 동력을 전달하는 방식을 사용하였으나

배터리와 구동모터의 조합으로 동력을 전달하는 것이 유리하다는 것을 알게 된 이후로는 내연기관 플랫폼에서 전기차 전용 플랫폼을 제작하고 있는 추세다

 

스케이트보드 플랫폼이라 불리어지는 전기차의 플랫폼의 경우 회사마다 이름이 조금씩 다른데 대표적으로 GM의 경우 멀티엄, 폭스바겐의 MEB, 현대자동차의 E-GMP 등이 대표적인 스케이트 보드형 플랫폼이고 테슬라나 BYD의 경우 Cell-to-Body(CTB) 기술이 적용된 플랫폼을 적용하기도 하였다.

 

 

 그래서 플랫폼이야기는 왜 하는데?라고 물어본다면 사실상 플랫폼을 보고 모터의 위치를 생각한다면 아 무게중심을  차체아래로 하고 바퀴에 결착해 앞뒤에 모터를 장착할 수 있구나 라는 사실은 어렵지 않게 추론가능하다. 물론 감속기나 로터샤프트등 수많은 부품들이 필요하지만 이는 나중에 자세하게 다루도록 하고 오늘은 아 플랫폼이 만들어졌고 앞뒤에 장착이 가능하구나 정도의 개념만을 잡으면 된다.

 

5. 그래서 구동모터는 몇 개 쓰고 어떤 방식인데?

 위에 플랫폼을 만들었다고 설명했고 이에 대해 생각해 보면 최대로 장착할 수 있는 모터의 수는 4개라는 사실은 어렵지 않게 추론할 수 있다 결국 들어가는 모터의 수에 따라 이름이 나눠지는 건데 그 이름은 아래와 같다

• 1개 사용 : 싱글 모터 (Single Motor) 
• 2개 사용 : 듀얼 모터 (Dual Motor)
• 3개 사용 : 트라이 모터 (Tri-motor)  
• 4개 사용 : 쿼드 모터 (Quad-motor)

각각에 대해 논하기 전에 요즘 전기차를 홍보할 때 어떤 방식으로 모터를 홍보하는가를 먼저 확인해 보면

아이오닉 5N 카탈로그

 

 고성능 모델인 아이오닉 5 N 카탈로그에서도 우리는 고성은 듀얼모터를 사용해요 이런 식으로 홍보하고

아이오닉5 카탈로그

 

아이오닉 5의 경우 단일모터를 사용한 2WD와 2개를 사용한 AWD라는 이름을 부르곤 한다. 결국 플랫폼이 완성되면서 옵션이 선택가능해졌고 같은 차종에서도 선택이 가능하다는 사실을 머리에 넣어두고 다음이야기를 해보자

 

5. 구동모터 장착 방식 종류와 고찰

 

싱글 모터 (Single Motor) 

 

2WD구동 방식 (Single Motor)는 1개의 모터만이 탑재되는 경우를 칭한다 초기 모델의 경우 FWD와 RWD의 혼재가 존재하였지만 지금은 RWD(후륜)으로 어느 정도 고정된 방식을 사용하며 사실 AWD방식보다는 출력이 떨어진다고 볼수도 있겠으나 일반적인 사용자 경험상으로 출력이 부족하지 않다는 게 실사용자들의 이야기다.

 

 

듀얼 모터 (Dual Motor)

 

듀얼 모터 (Dual Motor)   AWD라는 듀얼 모터는 구동 방식의 경우 일반적으로 후륜모터를 메인으로 사용하고 메인모터와 서브모터를 구분해서 사용하는 것이 일반적이나 SUV 같은 높은 성능을 요구하는 차량의 경우 동일 모터를 사용하는 경우 또한 존재한다. 다만 실제로 최고성능인 아이오닉 5N이 다른 두 개의 모터를 사용한 걸 보면 어느 정도 차이나는 방식도 괜찮다는 답이 정해지지 않았나라고 필자는 생각한다 

 

트라이 모터 (Tri-motor)  

 

트라이 모터 (Tri-motor)는 사실 단순히 생각해 보면 2개의 모터로 부족한 출력을 3개를 넣어 더출력을 끌어올리겠다는 생각이 뻔히 보인다.AWD처럼 앞과 뒤에 장착하는 것은 동일하지만 두 개의 모터를 후륜에 각각 양쪽 휠에 사용해 동력 담당을 나눠뒀다 아우디의 E-트론이나 테슬라 모델 S plaid 경우 가 대표적인데 이부분이 흥미로운것이 테슬라의 경우 두개의 모터를 하나의 감속기에 연결해 바퀴양쪽에 동력을 전달하는 방식을 택한 반면 아우디의 경우 각각의 휠에 동력을 연결해 반응성을 높인 사례 또한 존재한다.

아우디 E-tron

 

쿼드 모터 (Quad-motor)

 

리비안 트럭

 

 그럼 사실 4개를 장착하는 게 제일 좋은 거 아니야?라는 생각이 당연히 들 수 있고 AWD 까지는 동일하지만 바퀴마다 각각 모터를 장착한 차량 중 양산화 된 것은 리비안에서 만든 SUV R1S다 각각 모터를 달아 성능을 끌어올려 제로백을 3.0초까지 끌어올려두고 각각의 모터를 제어해 탱크턴이라는 아주 신기한 기술을 보여준다. 이는 아래의 영상을 참조해 보자.

 

 

 

인휠 모터 (In wheel-motor)

 

 사실 필자가 학부생이었던 15년도부터 모터 컨퍼른스에서는 지속적으로 이야기가 나왔고, 쿼드모터의 미래는 인휠모터 아니냐 라는 질문에 필자 또한 항상 하는 이야기는 가능성은 있다 정도의 이야기를 한다. 다만 물리적인 한계나 수만은 양산과제들 거기에 정말로 내구성이 바쳐주냐 등 토론해야 할 문제가 너무나도 많기에 이에 대한 공부를 해본 사람들은 그때도 20년 이상은 기다려야 한다는 이야기가 많았지만 사실 지금 현대자동차에서 꽤나 흥미롭게 홍보해 영상을 하나 가져와 봤다. 

완성만 된다면 더 많은 공간을 사용할 수 있는 신기술이 되겠으나 지금은 힘들 것 같다는 이야기를 끝으로 인휠모터에 대한 이야기를 마치겠다(실제 한계나 이론적 이야기는 다른 글에서 다루도록 하겠다.)

 

 

 

 

6. 결론

사실 왜 후륜구동을 해야 하는가 나 그래서 각각의 설계는 어찌하는가 왜 4WD에서 동력이 다른가든 공학적으로 다뤄야 할 이야기는 넘치도록 많고 필자또한 하나하나 공부해나가고있어 부족한 글임을 부정할 생각은 없다. 다뤄야할 이야기나 궁금한 이야기들은 나중에 추가하여 블로그에 이야기해 보도록 하겠으며 긴 글 읽어주신 독자분들에게 감사를 표한다.