“전기차 통합 구동 모듈은 전기차 기술 주도권을 위한 핵심 열쇠다. 중국 자동차 업계가 우리보다 앞서 상당한 기술력을 보유하며, 세계 시장을 주도해 가고 있는데 우리도 기술적 난제를 극복하고 기술 개발에 적극 나서야 한다”

손영욱 한국자동차연구원 대경지역본부장은 18일 코엑스 스타트업 브랜치에서 개최된 제17회 자산어보 행사에서 EV구동시스템 X-in-1 기술 동향을 발표하며, 전기차 통합 구동 모듈 기술 개발의 중요성을 강조했다.

손영욱 본부장에 따르면 전기차 통합 구동 모듈은 전기에너지를 이용해 회전력을 발생시켜 다양한 시스템에서 필요로 하는 기계에너지로 변환하는 장치로 모터, 인버터, 감속기와 같은 구동을 담당하는 부품을 포함하는 모듈이다.


구동 시스템 부품간 에너지 전달 손실을 최소화하고, 전력 효율 향상, 구동성능 향상, 최적토크·속도제어가 가능하며, 부품 집적도를 높여 경량화 및 공간 활용을 최적화하고 연비 향상 및 배터리 효율 증가에도 기여한다.

또한 기존 방식 대비 생산공정이 단순하고, 표준화된 모듈을 대량 생산으로 전반적인 생산성 향상을 높일 수 있다.

이에 전기차 기술 주도권 확보의 핵심 열쇠로 주목받고 있다.

반면에 차량마다 개별 부품에 요구되는 성능이 달라서 구동 모듈을 적용할 수 있는 차종수가 한정돼 있어 수익성이 떨어지고, 하나의 하우징 내에 많은 부품이 통합되면서 열관리 문제에 어려움이 있다.

또한 부품 고장시 전체 시스템 가동에 영향을 미칠 수 있고, 모듈 전체를 교체해야 하는 경우가 발생할 수 있으며, 과도하게 통합한 구동모듈은 수평전개가 어려우며, 공간 활용성이 떨어진다.

글로벌 기술 사례를 살펴보면 중국이 가장 앞선 기술을 보여주고 있다.
 

BYD는 12개의 부품을 하나로 통합했으며, JAC 모터스는 9개, 화웨이와 창안은 7개 등의 부품을 하나로 통합했다.

반면에 한국의 현대트랜시스는 모터, 인버터, 감속기 3가지 부품만 하나의 모듈로 통합하는 등 아직 국내 기술이 해외에 비해 떨어지는 것으로 나타났다.

통합 구동 모듈 기술은 앞으로 더욱 발전할 것으로 예상된다.

가장 앞서가고 있다는 중국 BYD의 기술을 다시 한번 살펴보면, 통합범위는 모터, 인버터, 감속기, VCU, PDU, LDC, OBC, BMS, EMS, ISHM, IUM, IBM 등 12개 부품을 하나로 통합했는데, 차세대 전력 모듈을 사용해 최대 전력효율을 99.86%까지 끌어올렸으며, 전체 평균 효율을 92%까지 끌어올리며, 상당한 기술력을 과시했다.

BMS에 총 12개의 PCB 슬레이브를 두어 성능 및 안전성을 향상했으며, V자 형태의 구조로 모터 슬롯 점적률은 92%를 보였다.

다만 아직 회로 통합은 안 돼 있고, 회로를 적층한 수준을 보여 기술적으로 풀어야 할 숙제가 아직 남아 있음을 확인 할 수 있었다.

이러한 BYD의 기술 사례를 참고할 때 우리도 통합 구동 모듈 기술을 개발하기 위해서 모터, 인버터, 감속기 등 각 부품이 요구하는 냉각 조건을 고려한 열 관리 통합이 필요하고, 전압, 전류, 신호 특성을 고려한 회로 통합 기술이 필요한 것으로 분석됐다.

특히 절연설계, EMC/EMI 간선, 노이즈 억제, 배선 최적화를 고려한 회로 설계가 요구되고 있다.

또한 개별 부품의 결함이 타 부품으로 확산할 수 있는 만큼 고장 감지 및 기능 안전 요구사항도 고려되고 있다.