적재 무게에 따라 출력 자동 조절…물리학 기반한 발상으로 원가 상승 요인 최소화

현대·기아자동차 연구원들이 연구소 환경챔버에서 소형 상용 전기차의 중량 추정 정확도 향상 시험을 하고 있다. (사진 = 현대·기아자동차)

현대·기아자동차가 상용 전기자동차 시대 개막에 따른 관련 기술 선점에 나섰다.

현대·기아차는 소형 상용 전기차의 적재 중량을 실시간으로 감지해 주행 상황에 맞도록 모터의 출력을 최적화하고 정확한 주행가능 거리를 안내하는 기술을 세계 최초로 개발했으며 앞으로 출시될 소형 상용 전기차에 이 기술을 우선 적용할 계획이라고 29일 밝혔다.

글로벌 완성차 기업들이 보유한 승용 전기차 관련 기술들은 이미 상당히 높은 수준에 도달했으며, 멀지 않은 미래에 내연기관 자동차를 완전히 대체할 것으로 전망되고 있다.

하지만 상용 전기차의 보급은 여전히 더딘 상황이다. 이는 상용 자동차와 승용차의 여러 가지 다른 특성으로 인해 동일한 전기차 기술을 적용하기에는 아직 어려운 점이 많기 때문이다.

가장 중요한 특징은 상용 자동차가 승용차에 비해 적재량에 따른 총 중량의 변화 폭이 훨씬 크다는 점이다. 예컨대 공차 중량이 약 15톤인 대형화물차가 국내 도로교통법상 공도 운행 가능한 중량 제한 한도까지 최대한 적재할 경우 총중량은 40톤으로 2.67배나 무거워진다. 따라서 화물을 싣고 갈 때와 빈 차로 돌아올 때 필요한 구동력의 차이도 그만큼 크다.

구동력 차이가 크면 주행 가능 거리도 적재 중량에 따라 크게 달라진다. 따라서 이를 정확하게 예측하지 못하면 적절한 때 충전을 소홀히 해 목적지까지 운행할 수 없는 상황이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위해서 승용 전기차와는 다른 적재량 기반의 가변적인 주행 가능 거리 예측 기술이 필요하다.

또한, 전기차 모터의 특성 중 하나는 초반 가속할 때의 토크가 내연기관보다 높다는 점인데, 만약 이 때 구동되는 바퀴에 가해지는 하중이 낮으면 바퀴가 헛돌 가능성이 커진다. 이는 불필요한 에너지 손실을 가져올 뿐만 아니라 안전사고로 이어질 가능성도 높기 때문에, 상황에 따라 중량 변화 폭이 큰 상용 전기차의 경우에는 구동력 조절이 반드시 필요하다.
 

현대자동차와 기아자동차는 소형 상용 전기차의 가속도 센서를 이용해 적재 중량을 추정한 뒤 그에 맞는 최적의 성능으로 변경하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 29일 밝혔다. 현대·기아차는 향후 출시될 소형 상용 전기차에 이 기술을 적용할 계획이다. (사진 = 현대·기아자동차)

'무게 측정 센서' 없이 적재 중량 변화 측정

현대·기아차가 이번에 개발한 기술의 가장 큰 특징은, 적재 중량의 실시간 측정이 가장 중요한데도 이를 위해 별도의 무게 측정 센서를 개발하거나 부착하지 않았다는 점이다.

현대·기아차가 이번에 개발한 것은 우선 소형 상용 전기차에 적용할 수 있는 기술인데, 소형 상용 차량의 주된 구매자들의 특성상 가격 경쟁력이 중요하므로 원가 상승 요인을 최소화하기 위해서라고 설명했다.

대신 현대·기아차는 차량에 이미 부착되어 에어백과 브레이크 등의 제어에 사용되고 있는 가속도 센서를 활용했다고 설명했다.

가속도 센서로 적재량을 추정한다는 발상은 중량이 높을수록 가속페달을 밟았을 때 가속이 늦게 이뤄지는 물리학적 원리에 기반 한 것이다. 현대·기아차는 이러한 원리에 기반한 프로그램을 통해 가속도 센서로부터 적재 중량의 변화 및 비탈길의 기울기 등을 감지하고 이를 바탕으로 모터의 출력을 실시간 제어하고 주행 가능 거리를 정밀하게 예측할 수 있게 했다.

이 기술을 소형 상용 전기차에 활용하면 적재 화물이 적어 무게가 가벼운 경우 모터 출력을 낮춰서 출발할 때 바퀴가 헛돌거나 급발진 할 위험을 방지하고, 반대로 적재량이 많고 비탈을 올라갈 때는 안정적인 화물 운송이 가능하도록 모터 출력을 최대로 높여준다.

또한 빈 차로 운행할 때는 주행 가능 거리를 늘여서 안내하고, 적재량이 많을 때는 주행 가능 거리를 줄여서 안내하여 운전자가 목적지까지 차질 없이 운행할 수 있는 적절한 충전 시기를 판단할 수 있도록 유도한다.

현대·기아차 관계자는 “상용 전기차는 승용 전기차와 운행 여건이 크게 다르기 때문에 이에 맞는 배터리와 출력 제어 기술이 필요하다”며 “전기차가 상용 모델까지 확대되기 시작한 상황이어서 글로벌 시장에 대응하기 위해 다양한 전동화 관련 기술을 개발하고 있다”고 밝혔다.
 

지난 4월 15일 현대자동차 양재동 사옥에서 진행된 ‘현대 하이드로젠 모빌리티’ 설립 계약 체결식에서 현대차 상용사업본부장 이인철 부사장(앞줄 오른쪽), 스위스 H2Energy 롤프 후버(Rolf Huber) 회장(앞줄 왼쪽) 등 양사 관계자들이 기념촬영을 하고 있다. (사진 = 현대자동차)

한편, 온실가스 감축을 위해서는 승용 전기차 뿐만 아니라 상용 전기차의 보급 확대도 필수로 여겨지지만 국내 상용 전기차의 보급은 아직 더딘 상황이다. 에너지경제연구원에 따르면 국내에 등록된 전기 화물차는 2017년 기준 54대에 불과하다.

이와 관련해 현대·기아차는 친환경 상용차 개발에도 힘을 쏟고 있다고 밝혔다. 현대차는 지난 8일 제주도에서 열린 제주 전기차 엑스포에서 향후 출시될 포터 EV를 우체국 운송차량으로 공급하는 업무협약을 체결했으며, 앞서 지난해 9월에는 스위스 수소에너지기업인 ‘H2Energy’에게 5년 동안 수소전기 대형 트럭 1000대를 공급하는 MOU를 체결하기도 했다.