전기자동차의 원리(감속기, 구동모터)

다른글에도 썻을지 모르겠지만 세계적으로 환경규제가 심해져서 탄소0정책이나 여러 유로7대응을 위해 많은 자동차 기업들 또한 트렌드를 내연기관을 전기차로 변화하고있다

 

그럼 단순히 생각해보는게 이런전기차는 어떤방식으로 움직일까? 라는 질문이다

 

현대자동차에서 말하는 전기차의 동력구조

 

위그림은 2020년에서 현대차에서 현대자동차에서 작성된글로 생각보다 매우단순한 구조를 지니고 있는데

실제로 전기차로넘어오면서 부품수가 대략 3만개에서 2만개미만으로 줄어 구조자체가 단순해 진것도 사실이긴 하며 흥미로운 이야기라 이것도 기회가 되면 적어보도록 하겠다.

 

간단히말하면 전기를 배터리에 충전하고 그전기로 구동모터를 회전시킨뒤 감속시켜 동력을 전달하고 그과정을 OBC나 통합전력제어장치로 제어한다 뭐이런 이야기다.

 

 

 

사실 전공자들에게는 단순한 이야기로 보이지만 비전공자들이 이해하기에는 어려움에 직면하는데 전기가 어떤 방식으로게 모터를 돌아가게하는데?  OBC는뭔데? 제어를 왜하는데 정도의 다양한 질문들이 나오게된다 오늘은 이런이야기를 간단히 풀어보고자 한다.

 

현대자동차 PE시스템

 

 1.모터

 

모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 바퀴를 굴리는 기관으로, 결론적으로는 전기차의 핵심역할 이라고 보면된다 일반적인 자동차로 보자면 엔진을 대차하는 기관정도로 생각하면 쉬울꺼다.

잠시 다른이야기로 빠져보자면

카르노 사이클

 

 어느정도 자동차에대해서 공부한 사람이라면 열역학에서 카르노사이클이라는 말을 들어봤을텐데 스털링엔진이든 카르노 엔진이든 여러이야기를 들어봤을테지만 결국은 압축 팽창하면서 나오는 에너지를 운동에너지로 전환시킨다.

여기서 열역학법칙적으로 상온에서 효율은 어찌어찌 계산된다 라는 말인데 너무 복잡해지니 결론만 놓고 말한다면 전기차 보다 엔진은 효율이 낮을수밖에 없다라는 생각을 하면 편할것같다.  그래 그럼 효율이 좋다 OK 그러면 다른건 이라는 질문이 나온다(사실이건 발전이나 송전효율을 무시하는 가정이긴하다) 

 

 

 

 단순엔진의 구조는 보기편하게 GM의 모터의 그림을하나 참고해봤다 베어링부터 기본적인 이론에대한 이야기를 하게 차고넘치지만 오늘은 개략적으로 어떠한 특성을 지니는지 정도만 이해해 보도록하자

 

마저 장점에대해 이야기해 보자면 주행 중에 발생하는 소음과 진동이 매우 적어 특유의 조용하고 안락한 승차감을 가지고있다, 또한 응답성이 엔진에 비해 뛰어나다는 장점들이 있지만 이러한점에서 나오는게 기존 내연기관가 다르게 전기차 멀미라는게 대두되기도한다.

 

 또한 전기차의 모터는 엔진보다 크기작아 공간활용성을 높고 회생제동이라는 효율적인 방식으로 내리막길에서 전기를생산하거나 감속중에서도 발전기로사용해 낭비된 에너지를 줄일수있다.(물론 그렇다고 기계적 브레이크를 안달수는 없다)

꽤나 흥미로운점은 현대자동차의 경우 스티어링 휠의 패드시프트를통해 감속과 회생제동을 단계별로 조작하는 기술마저도 개발해서 상용화 했다는 흥미로운점이도 이또한 운전상태에 영향을 끼치기에 정말 많은 아직도 연구해야하는분야는 무궁무진하다.

 

 

 2.감속기

 왜 감속기가 필요한가요?라는 질문을하면 가장쉽게 설명하면 크게만들면비싸니까 가장 효율적인 방식을 찾다가 발견했다 정도로 이해하면 이해가 쉬울것같은데 모터의 출력은 회전속도와 각속도의 곱에서 나오는데 여기서 출력을 산정하는데있어 장착하는걸 고속기로만든후 회전수를 제어하여 감속기를 통해 적정한 토크를 공급하기 위해 만들었다 정도로 이해하라 그러면 말이너무 어렵지?

 

 쉽게 설명해보자 큰힘을내는것보다 빠른속도를내는게 여러부분에서 장점이많기에 감속기를 사용했다 그럼가속을 안하나요?? 가속할필요가없을정도로 빠른속도로 회전시킨다 정도만을 넣어두자 그래서 감가속기를 쓰는게아니라 감속기를쓴다 정도만을 우선이해하고 이는 이야기가 길어지니 다음글에서 한번 자세히 이야기해보도록 하겠다.

 

 사실 여기서 알면좋은건 지금대략적으로 기어비를 7:1~9:1사이를 가져가며 단일감속기가 대세고 포르쉐 타이칸이 2개를 사용하지만 이부분은 감속기에대해 자세하게 이야기하게 된다면 글을써보도록 하겠다.

 

오늘은 여기까지만 이야기하고 배터리 OBC 통합전력제어장치는 다음글에서 마저이야기해보도록하자

 

참고자료

[전기차 백과사전 A to Z] 쉽게 알아보는 전기차의 구동 원리

 

초고속 전기 모터에서 비롯된 현대차그룹 전용 전기차의 고성능 경쟁력