[서울=뉴스핌] 조수빈 기자 = 한 시험실에 들어서자 차세대 기능을 위해 시험을 진행 중인 아이오닉5 한 대가 우웅 소리를 내며 돌아가고 있었다. 고객을 대신한 로봇이 가속과 제동을 조작하면서 차량 구동축에 연결된 장비가 토크, 모터온도 등을 화면에 띄웠다.

이 시험실에선 아이오닉5N이 구현할 수 있는 시속 260km 주행과 같은 조건의 시연을 통해 고객이 주행하면서 차에 줄 수 있는 모든 부하를 테스트한다.

경기도 화성에 위치한 남양연구소는 현대차의 전기차 라인을 개발하고 디자인, 설계, 시험, 평가 등 기반 연구시설이 입주한 종합기술연구소다. 1만3000여명의 연구진을 보유한 남양연구소는 현대차의 전기차 R&D의 핵심기지다. 

지난 27일 남양연구소를 방문해 차량 개발의 주요 과정을 담당하는 전기차 동력계 시험실, 배터리 분석실, 상용시스템시험동, 상용환경풍동실을 들여다 봤다.

전기차의 매력 중 하나인 속도뿐 아니라 중동의 뜨거운 햇빛 아래 60도까지 올라가는 차량 실내온도, 거친 노면 내에서 흔들리는 차량 부품의 내구성 등 고객과 차가 만나기 전에 이겨내야 할 모든 스트레스를 간접체험할 수 있었다.

◆전기차 특유 가속감 구현하려면…차량 부하도 개선해야

가장 많은 관심을 끌었던 곳은 전기차 동력계 시험실. 현대차의 전기차 성능을 테스트하고 개선하는 '전기차 동력계 시험실'이었다.

전기차는 내연기관차와는 달리 정지 상태에서 시속 100km까지 걸리는 시간(제로백)과 같은 가속감과 고출력을 요구하는 소비자들의 니즈가 뚜렷하다. 가속뿐 아니라 가속 시 동반하는 부품이나 차체의 역량도 동시에 개선되어야 하기 때문에 쉬운 과제는 아니다.

전동화시험센터는 현대차그룹의 전동화 체제 전환에 따라 내연기관 중심으로 운영되던 기존 파워트레인 개발 조직이 전동화 조직으로 개편된 곳이다. 신차가 양산에 이르기 전까지 충분한 성능 개발을 통해 전기차 품질을 개선하고 확보하는 활동을 담당한다. 전동화 시험센터 내에 있는 전기차 동력계 시험실은 전기차 핵심 구동계인 모터와 인버터의 성능을 사전 개발하고 테스트하는 곳이다.

1축, 2축, 4축 동력계 시험실로 나눠진 시험실 내에서 고강도의 테스트를 반복 시행하면서 구동계의 효율성을 테스트하고 전기차 설계 및 개발 관련 부서들과 협업하는 방식으로 진행된다. 1축 시험실에선 차량 개발 초기 단계에 이루어지는 모터의 토크, 전력, 전류 맵, 구동 및 시험 효율 특성을 점검한다. 2축 시험실에선 모터와 인버터에 감속기, 구동축을 추가해 실제 차량의 구동계를 모사한 환경이 구축돼 있다. 파워일렉트릭(PE) 시스템의 효율성을 점검하기 위해 냉각, 열해 성능을 평가한다.

4축 시험실은 실제 주행처럼 차량을 구동해 구동계 전체를 평가하는 곳이다. 배터리 시뮬레이터를 사용했던 1, 2축 시험실과 달리 전기차에 탑재되는 실제 배터리를 직접 활용하며, 고객의 주행 환경과 동일한 조건으로 평가를 진행한다. 안전을 위해 동력계를 끄고 입장한 곳은 차세대 차량의 실험이 진행되던 세팅이 그대로 있었고 습도와 온도뿐 아니라 수출 지역을 고려한 주행풍 모사까지 가능하다.

◆차세대 배터리 분석...셀 해체해 구석구석 들여다 본다

기초소재연구센터 소속 '배터리 분석실'을 들어가기 전에는 에어샤워실을 통과하면서 먼지나 이물질을 제거해야 한다. 산소와 수분에 민감한 전기차 배터리를 고려한 분석실의 특징에 맞는 여러 장치들이 눈에 띄었다. 배터리 분석실에선 전기차 핵심 부품인 배터리를 연구한다. 배터리 셀을 구성하는 소재에 대한 정밀 분석을 통해 셀의 성능, 내구성, 안정성 등을 평가하고 현대차의 차세대 배터리에 적용될 신규 소재를 들여다 보는 역할을 한다. 

이재욱 재료분석팀 팀장은 "전기차 배터리는 소재 특성상 수분에 매우 민감하기 때문에, 일정 온도와 습도 조건을 유지하는 것이 중요하다"면서 "신뢰성 있는 분석 결과를 확보하기 위해 드라이룸이라는 특수환경에서 셀을 해체하고 분석을 진행하고 있다"고 설명했다. 

배터리 셀을 해체하는 해체실은 화재 위험 방지를 위해 바닥, 벽면, 천장을 비롯해 테이블과 같은 기본 설비 모두 스테인리스 스틸 소재로 마감돼 있다. 또 해체실 한편에는 자동소화 설비가 적용된 흄후드와 각종 화재 차단 설비가 곳곳에 비치돼 있다.

배터리 분석실은 반도체 웨이퍼나 배터리 분리막 코팅 소재 등의 세부 분석까지 지원할 수 있는 차세대 배터리 개발의 출발점이라고 회사는 설명했다. 협의 하에 경쟁사의 배터리를 분석하기도 한다. 

◆상용 전기차 바람에 선제적 대응…300여가지 시험 지원

이어 상용차의 특수성을 고려한 300여가지 시험을 한 번에 할 수 있는 '상용시스템시험동', 친환경 상용차 개발을 위한 풍동 시험장인 '상용 환경 풍동실'도 방문했다. 

승용차보다 더 혹독한 환경에서 운행되는 상용차의 경우 극한의 기후환경이나 스트레스를 이겨내야 고객과 만날 수 있다. 차량 내외부의 안전을 테스트하는 충돌 시험과 기후환경을 재현한 차체·안전, 소음을 잡아내는 조향·현가 등의 시험 시설 등이 조용하고 안전한 상용차 출시를 돕는다. 실제로 상용시스템시험동에선 로봇 시험실에선 로봇 팔이 차 문을 일정한 강도로 열고 닫기를 반복하는 시험이 진행되고 있었다. 

마지막으로 도착한 상용환경풍동실에서는 차량이 견딜 수 있는 극한의 기후상황을 가정한 테스트가 이루어지고 있었다. 풍동실 내부 천장 및 측면에 태양광(Solar) 장비가 설치되어 있다. 실내 온도를 –40℃~ 60℃까지, 습도를 5%~ 95%까지 조절할 수 있어 수출 지역의 날씨를 재현할 수 있다.

이날 현장에선 기자들의 체험을 위해 실내 온도를 35.1℃로 맞추고 입장했다. 거대한 엑시언트 수소전기 트럭에 질소 연기가 쏟아지면서 차량 주변의 공기 흐름도 관찰할 수 있었다. 

환경풍동시험실은 상용 전기차 개발에도 유용하게 쓰인다. 온도에 따라 효율이 달라지는 전기차의 특성상 배터리 충·방전 및 냉각 성능 등 각종 성능을 확인할 수 있기 때문이다. 현대차 관계자는 "실제로 이 시험실에는 400kW급 초고속 충전기 3대가 마련돼 있어 배터리 충전 효율까지 관찰할 수 있다"며 "수소차의 연비를 중량법으로 시험 가능한 수소 공급 전용 설비도 구비돼 있다"고 말했다.  

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