전기차 모터는 반영구적으로 사용가능??

오늘은 전기차에 탑재되는 모터의 수명에 대해 알아보고자 해요. 이것을 알아보려면 먼저 전기차에 들어가는 모터가 어떤 모터인지 알아봐야겠죠.

모터는 AC 모터와 DC 모터로 나눕니다. 이게 영어로 하니까 어려워 보이는데 AC는 교류이며 DC는 직류입니다. 크게는 직류 모터와 교류 모터로 나눕니다. 다시 직류 모터는 브러쉬 모터와 브러쉬리스 모터로 나뉘고요. 교류 모터는 유도 모터와 동기모터로 나뉘어요. 이 중에서 대부분 전기차에 쓰이는 모터가 바로 교류 모터 중에서 동기모터를 사용합니다. 간혹 유도 모터를 사용하는 차량이 있기는 하지만 동기 모터가 주류를 이루고 있어요. 모터 종류의 장단점을 알아보면 왜 전기차에서 교류 모터를 사용하는지 알 수 있어요. 먼저 직류 모터의 장단점을 알아보겠습니다. 직류 모터는 수명이 짧대요. 그런데 그 이유가 보수가 필요하기 때문이죠. 브러시를 교체해야 할 때도 있고 정유자의 보수도 필요할 때가 있어요. 게다가 소음은 조금 크고 출력 효율은 비교적 높은 편이에요. 인버터는 사용할 필요가 없고 속도 제어는 전압 전류 변화를 통해서 제어하기 때문에 구조적으로 보면 되게 간단한 게 직류 모터예요. 제어 회로가 간단하죠. 고속화는 조금 어렵대요. 정류 문제도 있고 기계적인 강도상의 문제도 있고 직류 모터의 특성을 살려서 우리 가전제품에 쓰는 것들을 알아보면요. PC에 하드디스크, 헤어드라이어에도 직류 모터가 들어가고요. 전기면도기, RC카에 들어가는 모터, 휴대전화의 진동용 모터도 직류 모터를 사용합니다. 또 소형 청소기 이런 것들도 직류 모터를 사용해요.

다음으로, 교류 모터에 대해서 알아보면 수명은 일단 길어요. 거기에 소음도 직류 모터에 비해서 작고 출력 효율은 직류 모터에 비해서 비교적 낮은 편이에요. 그래서 인버터를 사용하죠. 인버터가 필요합니다. 그래서 교류 모터를 사용하는 전기차에는 항상 인버터가 달려있어요. 여기서 인버터가 어떤 기능을 하냐면요 DC를 AC로 바꿔주는 역할을 해요. 배터리에서 나오는 전류는 직류거든요. 배터리에는 직류로 저장이 되어 있답니다. 직류를 갖다가 교류로 사용해야 하므로 중간에서 직류를 교류로 바꿔줘야 하는 기기가 있어야 하는데 그게 바로 인버터예요. 속도 제어는 주파수 변화를 통해 제어하고요. 제어 회로가 교류 모터는 비교적 복잡합니다. 고속화는 쉬워요 이런 장단점이 있으니까. 전기차에는 교류 모터를 사용을 하는 거예요. 교류 모터를 사용하는 전자제품은 선풍기, 송풍기, 온풍 난방기, AC 전원 타이머, 가정용 청소기, 화장실용 환풍기, 레인지 후드 펜 이런 것들이 교류 모터를 사용합니다.

다음으로는 전기차에 들어가는 모터의 구조에 대해서 한번 알아봐야 하는데요. 전기차에는 교류 모터가 들어간다고 했어요. 그중에 동기모터라는 걸 알았으니까. 이것을 작동하는 구조에 대해서 조금 알아봐야 해요. 그래야 왜 수명이 긴지를 알 수 있으니까요? 정확히 말하면 현대자동차에서 나온 전기차들에는 영구자석 동기 전동기라는 게 들어있어요. 전기차의 모터는 내부 구조적으로 보면 회전자와 고정자로 이루어져 있어요. 고정자의 극성을 수시로 바꿔서 회전자를 회전하게 만드는 것이거든요. 이 회전자와 고정자 사이에는 마찰이 발생하지 않아요. 고정자에서 극성을 계속 바꿔서 회전자를 돌리는 것이고 회전자에는 바퀴 축이 연결돼 있어서 축이 바퀴를 돌리는 것이죠. 그런데 고정자하고 회전자하고 마찰이 일어나지 않는데 왜 발열이 일어날까요? 모터에는 발열이 일어나죠. 그것은 고정자의 권선이 감겨 있는데, 그니까 전선이 감겨 있답니다. 이것이 수시로 극성이 바뀌면서 고정 전자하고 회전자 사이에 전기적 저항이 일어나요? 그 전기적 저항은 열에너지로 전환이 되고, 열에너지로 전환이 되는 것이 바로 발열로 나타나는 것이에요. 쿨링시스템이 있고 모터의 열을 50도 아래로 유지를 해야 기술력을 인정받는 시대랍니다. 그래야 고속 운행을 했을 때도 안정적이고 지속해서 고속 주행을 할 수 있게 되니까. 만약 열이 너무 많이 올라가게 되면 출력이 떨어지는 현상이 나타날 수 있거든요. 그래서 요즘 전기차는 모터와 배터리의 반려를 어떻게 잡느냐가 기술력의 관건이 되고, 핵심이 되는 그런 시대에 우리는 살고 있답니다.

전기차의 기술적 핵심은 바로 발열 제어 이것이 핵심이에요.

이제 수명에 대해서 알아봐야 하겠죠. 모터 자체가 자기력으로 인해서 돌아가는 것이고 회전자와 고정자 사이에 공간이 떠 있다 그랬잖아요. 마찰이 생기지 않으니까. 마모가 생기지 않아요. 이렇다 보니까, 전기차에 모터의 수명은 반영구적이라는 이야기가 나오는 것이죠. 이에 비해서 엔진은 어떤가요. 엔진은 피스톤이 있고 실린더가 있고 실린더에서 피스톤 운동을 통해서 회전 운동 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 일어나는데 그것을 줄이기 위해서 윤활유를 쓰지요 이것이 바로 엔진 오일이에요. 그런데 모터에는 그런 엔진 오일이 들어가지 않죠. 단지 열을 식히기 위해서 냉각수가 들어가는데 그 냉각수는 마찰을 줄이기 위해서 들어가는 것이 아니라 온도를 낮추기 위해서 들어가는 것이에요. 그런데 모터 교체를 했다는 경우를 가끔 듣는데 이것은 모터의 수명이다 해서 교체받은 것이 아니라 외부적인 요인이나 부품의 어떤 문제 때문에 교체를 한 경우입니다. 예를 들어서, 모터에서 구슬 굴러가는 소리가 난다거나 모터의 하우징이 외부적 충격에 의해서 깨졌거나 하는 그런 경우죠. 그러므로, 모토의 수명과는 관련 없는 것들이 대부분입니다.

모터의 수명이 몇 킬로미터를 갈 수 있다고 나와 있는 데이터는 없지만 대부분 설명서에 수명이 길다 또는 반영구적이라고 나와 있으니 전기차를 타면서 관리만 잘하신다면 모터의 수명... 걱정이 없을 것 같습니다.