전기차는 어떻게 달릴까, 모터·인버터·감속기 원리와 인증 전비로 본 차이
보닛을 열어도 엔진이 없는 차는 어떻게 달릴까요? 전기차 구동계는 내연차보다 부품 수가 훨씬 적고, 원리도 사실 더 단순합니다. 네 가지 부품이 각자 무슨 일을 하는지만 알면 나머지는 대부분 그 응용이에요. 원리를 먼저 보고, 같은 원리로 움직이는 차들이 실제 인증값에서 얼마나 달라지는지도 계산해 봤습니다.
구동계 네 부품의 역할 분담
출발점은 배터리입니다. 직류(DC) 전기를 담아 두는 에너지 창고예요. 그런데 대부분의 전기차 구동 모터는 교류(AC)로 돕니다. 그래서 중간에 인버터가 필요합니다. 인버터는 배터리의 직류를 교류로 바꾸면서 그 주파수와 전류를 조절해 모터의 회전수와 힘을 제어해요. 가속페달을 밟는 건 사실상 인버터에게 “이만큼 힘을 내라”고 명령하는 셈입니다.
모터는 전자석이 만드는 회전 자기장으로 회전력을 냅니다. 내연기관과 달리 멈춰 있는 상태에서도 큰 토크를 낼 수 있어서, 전기차 특유의 즉각적인 출발 가속이 여기서 나옵니다. 마지막으로 감속기는 기어 하나짜리 변속기라고 보면 돼요. 모터의 빠른 회전(수천~1만 rpm 이상)을 바퀴에 맞는 속도로 줄이면서 토크를 키워 줍니다.
이 부품들은 보증서에서도 따로 묶입니다. 현대자동차 공식 누리집의 보증기간 안내를 보면 고전압배터리, 구동모터, 감속기, 인버터 등을 ‘전기차 전용 부품’으로 분류하고 있어요. 내연차의 엔진·변속기 자리를 이 부품들이 대신한다는 걸 보증 체계에서도 확인할 수 있습니다.
왜 변속기가 없을까?
내연기관은 힘을 잘 내는 회전수 구간이 좁습니다. 그래서 여러 단의 기어로 엔진을 그 구간 안에 억지로 붙잡아 둬야 해요. 반면 모터는 0회전부터 아주 높은 회전수까지 넓은 구간에서 효율적으로 힘을 냅니다. 기어 하나(감속기)로 충분하고, 변속 충격 없는 매끄러운 가속이 가능한 이유죠. 부품이 줄어드니 고장 날 곳과 정비 항목도 함께 줄어듭니다.
다만 고속에서 효율을 더 짜내기 위해 2단 변속기를 쓰는 전기차도 일부 있어서 ‘전기차는 무조건 1단’이라고 말하긴 어렵습니다. 대부분이 1단이라고 이해하면 정확해요.
모터가 발전기로 바뀔 때 — 회생제동
모터와 발전기는 물리적으로 같은 기계입니다. 전기를 넣으면 돌고(모터), 밖에서 돌려 주면 전기가 나와요(발전기). 감속할 때 차는 인버터 제어로 모터를 발전기처럼 작동시켜, 그냥 브레이크 열로 버려질 운동에너지를 배터리로 되돌립니다. 이게 회생제동이고, 신호가 많은 시내에서 전기차 전비가 의외로 좋게 나오는 이유이기도 합니다. 회생제동을 일상에서 어떻게 쓰는지는 원페달 드라이빙 글에 이어 두었어요.
내연차와의 효율 차이는 어디서 올까
내연기관은 연료 에너지의 30~40% 정도만 바퀴로 보내고 나머지는 열로 버리는 것으로 알려져 있습니다. 전기 구동계는 배터리에서 바퀴까지 85~90% 이상의 효율을 내고요. 같은 에너지로 두 배 넘게 달리는 셈이고, 연료비 차이의 물리적 뿌리가 여기 있습니다.
재미있는 건 겨울입니다. 내연차는 버리던 열로 실내를 데우는데, 전기차는 버리는 열이 적으니 난방용 열을 따로 만들어야 해요. 효율이 높다는 장점이 난방이 필요한 순간에는 단점으로 뒤집히는 거죠. 이 내용은 겨울철 주행거리 글에서 데이터로 풀었습니다.
전기차끼리도 이만큼 다릅니다
구동계 효율이 85~90%라고 해서 모든 전기차가 같은 거리를 가는 건 아닙니다. 인증 상온 주행거리를 배터리 용량으로 나눈 값, 즉 전비를 국내 전기승용 107개 모델에 대해 계산해 봤습니다.
가장 높은 EV4 롱레인지 2WD 17인치가 6.74km/kWh, 가장 낮은 EV9 GT가 4.22km/kWh로 1.6배 차이가 납니다. 구동계 효율은 비슷한데도 이만큼 벌어지는 이유는 모터 바깥에 있어요. 차체 무게, 공기저항, 타이어 폭, 구동 방식이 전비를 좌우합니다.
배터리 용량을 비슷하게 맞춰 놓으면 더 분명해집니다. 75~85kWh 구간에 든 54개 모델의 인증 주행거리는 370km에서 551km까지 벌어져요. 거의 같은 크기의 배터리를 싣고도 181km 차이가 나는 겁니다. 짧은 쪽은 스타리아 리무진 일렉트릭 6인승 같은 승합형, 긴 쪽은 테슬라 Model 3 롱레인지 같은 공력이 유리한 세단형이라는 점이 차이의 성격을 잘 보여 줍니다.
모터 하나 더 달면 — 2WD와 AWD 비교
같은 모델에서 구동 방식만 다른 사양을 짝지어 보면 모터 수가 전비에 미치는 영향이 보입니다. 기아 더뉴 EV6 롱레인지 19인치는 2WD 505km, 4WD 461km로 8.7% 짧고, 더 뉴 아이오닉6 롱레인지는 475km와 431km로 9.3%, EV9 롱레인지 19인치는 508km와 453km로 10.8% 차이가 납니다. 제네시스 GV60 스탠다드 19인치는 470km와 403km로 14.3%까지 벌어지고, EV3·EV4 롱레인지 19인치는 둘 다 5.8% 차이였어요.
모터가 하나 더 붙으면 무게가 늘고, 달리는 동안 함께 돌아가는 부품이 많아지니 손실도 늘어납니다. 그래서 대부분 AWD가 짧게 나오는데, 예외도 있습니다. 더 뉴 아이오닉5 롱레인지 19인치는 AWD가 468km로 2WD 462km보다 오히려 길게 인증됐어요. 목록상 AWD 쪽 배터리가 84.0kWh로 2WD(83.6kWh)보다 조금 크게 실려 있긴 하지만 그 차이만으로 설명되진 않습니다. 아이오닉9 항속형은 2WD와 AWD가 503km로 같았고요. 사양마다 모터 제어 방식이 달라서 “AWD는 무조건 몇 % 손해”라고 일반화하기는 어렵습니다.
휠 크기 한 치수가 바꾸는 거리
구동계와 상관없어 보이지만 휠 크기도 무시 못 합니다. EV4 롱레인지 2WD는 17인치 549km, 19인치 514km로 6.4% 차이가 나요. 더뉴 EV6 롱레인지 2WD는 19인치 505km, 20인치 462km로 8.5%, 4WD도 461km와 437km로 5.2% 차이입니다. 휠이 커지면 보통 타이어 폭이 넓어지고 무게도 늘어 구름저항이 커지기 때문이에요.
재미있게도 더 뉴 아이오닉5 2WD 롱레인지는 19인치와 20인치가 모두 462km로 같게 인증됐습니다. 모든 차에서 휠 크기가 같은 폭으로 작용하는 건 아니라는 뜻이죠. 그래서 트림을 고를 때는 “큰 휠은 손해”라는 일반론보다 그 사양의 인증값을 직접 확인하는 게 낫습니다. 배터리 용량(kWh)만 보는 비교는 절반짜리라는 것도 같은 이유예요. 실제로 얼마나 가는지는 주행거리·전비 계산기에서 차종을 골라 인증값으로 확인해 보세요.