아이오닉 6N∙EV6 GT에 적용, 2-스테이지 모터시스템

현대차∙기아의 신기술, '2-스테이지 모터시스템'이 산업통상자원부가 주관한 '대한민국 기술대상' 최초 영예인 대통령상을 수상해 주목된다. 해당 시스템은 고출력 전기차의 구동 시스템으로도 도심과 같은 일상주행에서 높은 효율을 확보하도록 설계된 것이 특징이다.

전기차의 파워유닛은 크게 3가지, 전기모터, 감속기, 인버터로 구성된다. 전기모터는 회전력을 생성하고, 감속기는 그 회전력을 바퀴에 전달한다. 인버터는 배터리의 직류 전력을 교류로 변환하는 역할을 담당한다. 여기서 2-스테이지 모터시스템은 인버터에 대한 새로운 기술이다.

일반적으로 고출력 위주로 전기차의 모터 구동 시스템을 설계하면 도심 주행에서는 효율이 떨어지는 한계가 있다. 기존 전기차의 인버터에는 실리콘 카바이드 반도체 소자로 구성된 6개의 스위치가 적용된다. 여기에 실리콘 전력반도체 6개를 추가, 총 12개의 스위치로 새롭게 구성했다. 

전력=전압*전류로 구성되는데, 2-스테이지 모터시스템은 12개의 스위치를 통한 다양한 조합으로 전기모터에 인가할 수 있는 전압을 70%까지 확대하고, 출력을 높였다. 일상에서는 기존 6개 스위치만 사용해 효율을 유지하고, 고속∙고출력 상황에서는 12개를 활용, 고출력을 생성한다.

인버터 내에 스위치 개수를 단순히 2배로 늘리는 것으로 모든 문제가 해결되는 것은 아니라고 현대차∙기아는 설명한다. 스위치가 늘어남에 따라 제어해야 할 범위가 늘어나기 때문이다. 이를 위해 현대차∙기아는 독자 제어기법과 모드 절환 제어 알고리즘을 적용, 모드간 이질감을 줄였다.

2-스테이지 모터시스템은 기아 EV6 GT를 시작으로 현대차 아이오닉 5N, 아이오닉 6N, 아이오닉 9, 올 뉴 넥쏘 등에 적용돼 많은 고객들로부터 호평 받고 있다. 현대차∙기아는 2-스테이지 모터시스템 핵심기술에 대해 한국, 미국, 유럽, 중국, 일본 등의 국가에서 총 47건의 특허를 출원했다.

한편, 2-스테이지 모터시스템은 전 세계에서 유일무이한 고출력과 고효율을 동시에 실현하는 혁신적인 모터시스템이다. 해당 기술이 공개된 이후 글로벌 자동차 제조사들은 2-스테이지 모터시스템이 적용된 전기차를 직접 사서 분해하고 해당 기술에 대해 분석한 것으로 알려졌다.