현대차그룹 패러다임 주도하는 남양기술연구소 가보니

부품부터 차 양산까지 종합 평가
전기차 배터리 분해해 정밀 분석
-40도~영상 60도 극한 조건 재현
국가별 도로 환경 맞춘 주행 실험
차 문도 24시간 수개월씩 여닫아

자동차산업 100년 역사상 가장 큰 패러다임 변화인 ‘전동화 대전환’은 세계 3위 완성차 업체의 연구소를 어떻게 바꾸고 있을까. 지난 27일 찾은 경기 화성의 현대차그룹 남양기술연구소는 1995년 이후 30년 동안의 내연기관 시대에서 벗어나 전기차, 수소차 등의 존재감으로 채워지고 있었다.

연구소 전동화시험센터 전기차 동력계 시험실의 ‘4축 실험실’에서 바퀴 대신 네 개의 축을 연결한 아이오닉5 시험차량이 속도를 시속 140㎞까지 올리자 실험실 바깥에 설치된 모니터에는 차량의 가속도, 모터 온도, NVH(자동차 부품에서 발생하는 소음 진동) 파형 등을 나타내는 그래프가 실시간으로 기록됐다. 차량 운전석에서는 발 두 개와 손 하나로 이뤄진 자동운전 로봇이 액셀과 브레이크 페달, 변속 기어를 각각 조작하며 실제 도로에서 사람이 운전하듯 차량을 섬세하게 제어하고 있었다.

전동화시험센터는 현대차그룹의 전동화 체제 전환에 맞춰 기존 파워트레인(동력 장치) 개발 조직을 전동화 조직으로 개편했다. 실제 도로에서 이뤄지는 주행 시험과 달리 실내 시험 공간 안에서 다양한 조건의 가혹한 시험을 반복해 진행할 수 있는 게 특징이다. 곽호철 책임연구원은 “전기차 동력계 시험실에서는 모터와 인버터의 단품 시험부터 차량 양산까지 종합적인 평가를 수행한다”고 말했다.모터와 인버터 부품에 다이나모를 1개 또는 2개 설치해 실험이 진행되는 1·2축 실험실과 달리 4축 실험실에선 실제 차량을 이용한다. 에너지 손실 분석, 냉각 및 열관리, 전비 평가뿐 아니라 전기 모터가 과열되지 않게 적절히 출력을 제어하는 작업도 이곳에서 이뤄진다. 특히 전기차에 탑재된 실제 배터리를 활용해 차량을 구동하고, 전면에 설치된 대형 송풍구와 바닥의 특수 패널을 이용해 유럽 모드, 북미 모드 등 지역별 기후 및 도로 환경과 유사한 환경에서의 실제 주행을 시뮬레이션해 볼 수 있다.

배터리분석실에선 배터리를 해체해 시료를 채취, 구성 소재를 정밀 분석하는 작업이 이뤄지고 있었다. 배터리 셀을 구성하는 소재에 대한 정밀 분석을 통해 셀의 성능, 내구성, 안정성 등을 전체적으로 평가하는 동시에 현대차기아가 자체 개발하고 있는 차세대 배터리를 위한 소재를 분석하는 것이 이곳의 주된 역할이다. 완성차 업체들 사이에서 전기차 가격의 40%를 차지하는 배터리 자체 생산에 대한 필요성이 높아진 영향이다.

상용시스템시험동의 자동차 실내 소음을 측정하는 BSR(진동이나 부품의 마찰로 생기는 자동차 내부 잡음) 시험실과 1만 3000개의 흡음재로 빼곡히 채운 7.5m 높이의 방음벽으로 둘러싸인 NVH 다이나모 무향실은 진공에 가까운 상태에서 차량에서 발생하는 각종 소음을 세밀하게 점검하는 곳이다. 이진원 책임연구원은 “전기차는 내연기관차 대비 차량 소음이 현저히 적어 소음 평가 시험이 점차 중요해지고 있다”고 했다. 그런가 하면 로봇시험실에서는 로봇 팔이 차 문을 사람의 힘과 같은 강도로 여닫기를 반복하며 부품 내구성 시험을 진행 중이었다. 충분한 데이터 확보를 위해 24시간 내내 수개월에 걸쳐 시험을 계속하는 경우도 있다는 설명이다.상용환경풍동실의 대형 실험실에서는 엑시언트 수소전기 트럭이 혹독한 환경을 견디고 있었다. 천장과 양쪽 측면에서 모두 90개의 태양광 패널이 뜨거운 햇볕을 내리쬐고 있었고, 차량 전면에서는 7개의 쇠막대에서 파라핀계의 액체연료를 기화시킨 흰 수증기가 뿜어져 나와 차체를 때렸다. 실내 기온은 국내의 한여름 정도인 35도로 설정돼 있었지만, 뜨거운 태양광과 수증기 때문에 체감 기온은 그보다 높았다. 실제 도로 환경에서 복사열 때문에 외부 기온보다 자동차 실내 기온이 높아지는 온실효과를 구현하고 흰 수증기로 바람에 따른 기체의 흐름을 가시화해 차체에 기류가 어떻게 전달되는지를 살피는 게 목적이다.

이곳에선 냉각, 열해, 연비, 냉시동, 히터 및 에어컨, 충방전, 동력, 모드 주행, 배기가스인증 등 실차 주행 성능시험을 종합적으로 진행한다. 실내 온도를 40도에서 60도까지, 습도를 5~95%까지 조절할 수 있어 시베리아부터 중동까지 모두 소화하는 것은 물론 그 이상의 극한의 환경까지 재현할 수 있다. 지름 3.3m의 대형 팬으로 시속 120㎞에 달하는 기류를 만들어 시험할 수도 있다.

내연기관차뿐 아니라 전기차, 수소차 등 친환경 상용차를 시험할 수 있도록 400㎾ 규모의 고속충전기 3대와 수소차의 연비를 중량법으로 시험 가능한 수소 공급 전용 설비도 모두 갖췄다. 이강웅 책임연구원은 “온도에 따라 효율이 달라지는 전기차의 특성상 혹서 및 혹한에서의 배터리 충방전 및 냉각 성능 등을 점검할 수 있다”고 말했다.