전기차 어디까지 알고 있어? 전동화 부품편

전기차 어디까지 알고 있어? 전동화 부품편

대학생신재생에너지기자단 25기 백선우

 

전동화 부품의 중요성 

전기차(EV)는 기존의 내연기관 차량(ICE)과 비교하여 구조적으로 단순하지만, 그 내부를 들여다보면 전혀 다른 기술적 배경을 요구하는 첨단 산업이다. 단순한 모터와 배터리만으로 이루어진 것이 아니라, 다양한 전동화 부품들이 유기적으로 결합하여 전기차의 성능과 효율을 결정한다. 기존의 기계공학적 접근법만으로는 이 부품들을 온전히 이해하기 어려우며, 전기전자공학, 제어공학, 화학공학 등 다양한 학문적 지식이 요구된다. 이에 따라, 본 기사에서는 전기차의 주요 전동화 부품을 원리와 기술적 관점에서 설명하고, 부품의 발전 방향에 대한 전력을 논의하고자 한다.

[자료 1. 전동화 부품 구성]

출처 : 한국자동차기자협회

 

전동화 부품 종류

- 전기모터(Electric Motor)

전기모터는 전기차의 동력을 직접적으로 담당하는 핵심 부품이다. 대표적으로 사용되는 영구자석 동기모터(PMSM)와 유도모터(IM)는 각기 다른 장점과 단점을 가진다. PMSM은 높은 에너지 효율과 출력 특성을 자랑하지만, 희토류 자원의 의존도가 높다. 반면, IM은 비교적 저렴하고 내구성이 뛰어나지만, 에너지 효율이 PMSM보다 낮다는 단점이 있다. 최근에는 희토류 사용을 줄이기 위한 전동기 기술이 개발되고 있으며, 탄소중립 목표를 고려한 친환경 소재 적용이 연구되고 있다. 예를 들어, 일본의 한 제조사는 희토류를 사용하지 않는 신형 전동기를 개발하여 주목받고 있으며, 테슬라는 2023년 모델에서 희토류 없는 전기모터를 적용하기 위한 연구를 진행 중이다. 또한, 전기모터의 냉각 방식도 중요한 연구 분야로, 오일 냉각 방식이 기존의 공랭식 대비 높은 열효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

- 인버터(Inverter)

인버터는 배터리에서 공급되는 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하여 전기모터를 구동하는 역할을 한다. 인버터의 핵심 기술은 반도체 소자인 IGBT와 SiC(Silicon Carbide) 전력 반도체로, 후자는 고온에서도 높은 전력 밀도를 유지할 수 있어 차세대 전기차에서 적극적으로 도입되고 있다. SiC 반도체는 기존 실리콘(Si) 기반 반도체보다 전력 변환 효율이 뛰어나며, 열 방출 특성이 우수하여 방열 설계에서 큰 이점을 제공한다. 이에 따라 테슬라, 현대, 도요타 등 글로벌 자동차 제조사들은 SiC 기반 인버터를 차세대 전기차에 도입하는 데 주력하고 있다. 특히, 현대자동차는 최근 SiC 기반 인버터를 탑재한 아이오닉 6를 출시하여 높은 전력 효율을 달성했다.

- 감속기(Reducer)

전기차는 내연기관과 달리 고회전, 고토크 특성을 갖는 전기모터를 사용하기 때문에, 이를 차량 주행에 적합한 속도로 조정해 주는 감속기가 필요하다. 전기차의 감속기는 기존 변속기 대비 단순한 구조를 가지며, 유지보수가 용이하다는 장점이 있다. 최근에는 효율을 극대화하기 위해 저마찰 소재를 적용하고, 기어 설계를 최적화하는 연구가 진행되고 있다. 특히, 테슬라는 모델 Y에서 감속기의 저마찰 코팅 기술을 적용하여 주행 효율을 개선했으며, BMW는 감속기와 모터를 일체형으로 설계하여 공간 활용도를 극대화하는 방향으로 개발을 진행하고 있다.

- 전력 분배 시스템(PCU, Power Control Unit)

전력 분배 시스템은 배터리에서 공급된 전력을 모터와 기타 전장 부품에 적절히 분배하는 역할을 한다. 전력 제어의 정밀성이 EV의 주행거리와 성능에 직접적인 영향을 미치므로, AI 기반의 최적화 기술이 접목되고 있다. 최근 연구에서는 실시간 데이터 분석을 통해 주행 상황에 맞춰 전력 분배를 최적화하는 스마트 전력 제어 시스템이 개발되고 있다. 예를 들어, 테슬라는 소프트웨어 업데이트를 통해 전력 분배 알고리즘을 개선하여 주행거리를 늘리고 있으며, 현대차는 차량의 주행 패턴을 학습하여 배터리 소모를 최적화하는 기술을 적용하고 있다.

- 배터리 시스템(Battery System)

전기차의 핵심 부품인 배터리는 에너지 저장과 출력을 담당하며, 성능과 수명이 차량의 경쟁력을 결정짓는다. 리튬이온 배터리가 주류를 이루고 있으며, 최근에는 에너지 밀도를 높이고 충전 속도를 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 초기 배터리 개발 진행은 장거리 운행을 위한 고용량화에 치중했다면 최근 안전 문제로 인한 배터리 보호 기술이 대두되고 있다. 셀 단위의 기술력 외에 모듈, 팩 등 전방위적 분야에서 기술 혁신을 이루고 있다.

 

전동화 부품 발전 방향

전기차 시장의 성장과 함께 전동화 부품 산업도 지속적인 발전이 예상된다. 특히, 효율성 향상, 경량화, 모듈화 등의 기술 개발이 가속화되면서 부품 간 통합과 표준화가 이루어질 것으로 보인다. 또한, 글로벌 공급망 구축과 현지 생산 거점 확보를 통해 시장 대응력을 강화하는 전략이 중요해질 것이다.​ 이러한 동향은 전기차의 성능 향상과 보급 확대에 기여하며, 궁극적으로 친환경 모빌리티 사회로의 전환을 촉진할 것으로 기대된다.

(구동 시스템의 혁신) 현대모비스는 모터, 인버터, 감속기를 통합한 '3-in-1 구동 시스템'을 개발하여 전기차의 효율성과 성능이 향상됐다. 이러한 통합 시스템은 부품 간의 호환성을 높이고, 공간 활용도를 개선하여 전기차 설계의 유연성을 제공한다.

(전력 변환 시스템의 발전) 전기차의 충전 효율을 높이기 위한 전력 변환 시스템의 발전도 주목받고 있다. 현대모비스는 22㎾급 양방향 통합충전제어장치(ICCU)를 개발하여 기존 11㎾급 대비 충전 시간을 절반으로 단축하는 성과를 거두었다.

(배터리 시스템의 글로벌 공급망 구축) 현대모비스는 독일 완성차 브랜드 폭스바겐에 배터리 시스템(BSA)을 공급하기로 계약을 체결하며, 유럽 시장에서의 입지를 강화하고 있다. 이를 위해 스페인에 신규 생산 거점을 마련하여 현지 생산 능력을 확보할 계획이다.

(원자재 공급) 인버터의 SiC 반도체, 모터의 희토류 자석 등 핵심 부품의 원재료는 특정 국가에 의존성이 높아, 공급망 리스크를 완화하기 위한 대체 소재 연구가 필요하다. 현재 유럽과 미국은 희토류 대체 기술 개발을 적극 추진하고 있다.

(제조 기술) 대량 생산 시 비용 절감이 필수이므로, 스마트 팩토리 도입과 자동화 시스템 구축이 진행되고 있다. 예를 들어, 폭스바겐은 배터리 팩 조립 자동화를 통해 생산 속도를 30% 향상했다.

 

전동화 부품 개발 전략

전동화 부품 발전 방향의 핵심은 지속적인 효율성 향상, 원가 절감, 친환경성 확보, 그리고 인공지능 및 데이터 분석 기술과의 융합이다. 첫째, 고효율 전력 변환 기술과 모터 기술 개발이 필수이다. SiC 반도체의 대중화, 희토류 사용 감소, AI 기반 전력제어 기술의 발전이 요구된다. 둘째, 원자재 공급망의 다변화와 국내 생산 역량 강화를 통해 공급 리스크를 완화할 필요가 있다. 해외 의존도를 낮추고, 리사이클링 기술을 적극적으로 활용해야 한다. 셋째, 배터리 기술 혁신을 통해 에너지 밀도를 높이고 충전 속도를 개선하는 것이 핵심 과제다. 전고체 배터리 및 차세대 LFP 배터리가 향후 시장을 선도할 전망이다.

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전기차에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "국가권력의 TESLA, 일론 머스크 읽기", 26기 강민석, 김대건, 류호용, https://renewableenergyfollowers.org/4677

[배터:Reader] 국가권력의 TESLA, 일론 머스크 읽기

2. "압도적 세계 1위 배터리, CATL", 25기 백선우, https://renewableenergyfollowers.org/4655

압도적 세계 1위 배터리, CATL

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참고문헌

[전동화 부품의 중요성]

1) 김동규, "테슬라, 차세대 드라이브 유닛에 희토류 없는 모터 개발 중", 딜사이트, 2023.3.21, https://dealsite.co.kr/articles/100848/068026

2) 이솜이, " 미래 먹거리 전동화 부품, 품질비용 부담↑", 딜사이트, 2024.10.18,https://dealsite.co.kr/articles/129695/068026

[전동화 부품 종류]

1) 김병주, "테슬라, 소프트웨어 역량으로 모터 설계 최적화", 한경 머니, 2025.3.4, https://magazine.hankyung.com/money/article/202502181990c

2) 서울대학교 하이테크 정보센터, "테슬라, 차세대 파워트레인에서 SiC 사용량 75% 절감 계획", 2023년 7월호, https://hjtic.snu.ac.kr/node/13263

3) 오토뷰 뉴스팀, "BMW, 5세대 eDrive 기술로 비희토류 모터 양산", 오토뷰, 2020.5.18, https://www.autoview.co.kr/news/articleView.html?idxno=80234

[전동화 부품 발전 방향]

1) 김승한, "모티브링크, 인도 전력 변환 부품 시장 진출", 매일경제, 2024.12.4, https://www.mk.co.kr/news/stock/11185806

2) 임성, "현대모비스, 모터·인버터·감속기 통합한 '3-in-1 구동 시스템' 개발", 연합뉴스, 2024.10.3, https://www.yna.co.kr/view/AKR20241002112700003

3) 현대모비스 뉴스룸, "현대모비스, 폭스바겐에 배터리 시스템 공급 계약 체결", 현대모비스 공식 웹사이트, 2023.8.9, https://www.mobis.com/kr/aboutus/press.do?category=press&idx=5827