“전기차 판 다시 짠다” 현대차그룹이 특허 출원한 모터시스템 정체는?

전압 이용률 70% 확대한 차세대 구동 시스템
효율·출력 모두 잡은 ‘2-스테이지 모터시스템’
현대차그룹, 글로벌 47건 특허로 기술력 입증

전기차의 성능 경쟁이 ‘배터리 용량’에서 ‘모터 제어’로 이동하고 있다. 현대자동차그룹이 최근 공개한 ‘2-스테이지 모터시스템’은 전기차 구동 기술의 새로운 방향을 보여준다. 단순히 출력을 높이는 데 그치지 않고, 효율과 성능을 동시에 극대화한 제어 기술이라는 점에서 주목받고 있다.

현대차·기아는 이 기술로 지난해 산업통상자원부 주관 ‘대한민국 기술대상’ 대통령상을 수상했으며, 최근에는 이를 소개하는 영상을 유튜브 공식 채널에 공개했다. 영상은 전기차 모터 구동의 핵심 구조를 일반 소비자 눈높이에 맞춰 쉽게 설명하면서, 현대차그룹의 독자 제어 기술이 기존 시스템과 어떻게 다른지를 보여준다.

전기차의 모터 구동 시스템은 크게 세 가지 구성요소로 이뤄진다. 모터가 회전력을 만들고, 감속기가 그 힘을 바퀴로 전달한다. 여기에 인버터가 배터리의 직류 전력을 교류로 변환해 모터에 공급하는데, 현대차그룹은 이 ‘인버터’의 역할에 혁신을 더해 기존의 한계를 뛰어넘었다.

기존 인버터에는 실리콘 카바이드(SiC) 반도체 소자로 구성된 6개의 스위치가 사용된다. 하지만 현대차그룹은 여기에 실리콘 전력반도체 스위치 6개를 추가, 총 12개의 스위치로 이뤄진 2-스테이지 구조를 구현했다. 이로써 모터에 인가할 수 있는 전압이 기존 대비 약 70% 확대됐고, 이는 고출력 성능으로 이어졌다.

효율·출력 두 마리 토끼를 잡은 제어 시스템

스위치가 두 배로 늘어나면 그만큼 제어의 복잡도도 폭발적으로 커진다. 현대차그룹은 이를 해결하기 위해 절환 제어 알고리즘과 독자적인 모드 전환 기술을 개발했다. 주행 상황에 따라 인버터가 스스로 최적의 모드를 선택하며, 절환 과정에서의 이질감 없이 부드러운 전환이 이뤄진다.

일상 주행에서는 실리콘 카바이드 기반 스위치 세트만 사용해 효율을 높이고, 고속 주행이나 급가속 상황에서는 두 세트를 모두 활용해 출력 성능을 최대화한다. 이 덕분에 도심 주행과 장거리 고속주행 모두에서 최적의 효율과 반응성을 확보할 수 있다. 즉, 운전자는 상황에 따라 차량이 알아서 반응하는 맞춤형 드라이빙을 경험하게 된다.

제어 구조도 근본적으로 바뀌었다. 기존 6개 스위치는 3상 전류의 상·하단으로 나뉘어 8가지 조합으로 작동했지만, 12개 스위치로 늘어나면서 제어 조합이 64가지로 확대됐다. 현대차그룹은 이를 ‘2-스테이지 벡터 제어’라 부르며, 전압 벡터의 이동을 정교하게 제어해 매끄럽고 안정적인 전류 흐름을 만들어냈다. 이는 가속과 감속 모두에서 전기차 특유의 “끊김 없는 주행감”을 구현하는 핵심 요인이다.

이처럼 정교한 제어가 가능해지면서 시스템은 자연스레 복잡해졌지만, 현대차그룹은 또 다른 혁신으로 그 한계를 극복했다. 바로 파워모듈 구조의 통합과 냉각 시스템 개선이다. 기존 인버터 내부에 들어가는 9개의 파워모듈을 3개로 통합하고, 단면 냉각에서 양면 냉각으로 업그레이드해 크기와 무게를 줄였다. 고성능이면서도 소형화된 인버터를 구현한 셈이다.

현대차그룹은 이러한 기술적 완성도를 인정받아, 현재 한국을 비롯해 미국, 유럽, 중국, 일본 등 전 세계 47건의 특허를 출원했다. 향후 출시될 신형 전기차 라인업에 순차적으로 적용될 예정이다.

기술의 방향이 바뀐다, ‘전기차의 다음 단계’

전기차 시장의 경쟁은 더 이상 배터리 용량 싸움이 아니다. 이제는 얼마나 전력을 효율적으로 제어하고 활용하느냐가 핵심으로 떠올랐다. 현대차그룹의 2-스테이지 모터시스템은 이 흐름의 중심에 있다. 출력과 효율의 균형을 동시에 잡으면서, 주행 감성과 반응성을 모두 개선한 것이다.

무엇보다 이 기술은 전기차 시장의 판도를 바꿀 것으로 예상된다. 주행 상황에 따라 전력 인가 방식을 다르게 제어하는 ‘스마트 제어 구조’는 전기차 운전 경험을 한 단계 끌어올린다. 즉, 기술 중심의 발전이 아니라 운전자 체감 중심의 진화라는 점에서 차별화된다.

전문가들은 이번 시스템이 향후 전기차 플랫폼 전반으로 확대 적용될 경우, 현대차그룹이 글로벌 전동화 경쟁에서 새로운 기준을 제시할 것으로 전망한다. 효율을 위한 기술이 성능까지 높이는 결과를 낳았다는 점에서, 업계의 기술 방향을 근본적으로 바꿀 가능성도 있다.

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