[르포] 남양기술연구소, 현대차그룹 전기차 경쟁력의 요람

지난 27일 10시. 현대자동차는 전기차 개발의 최전선, 남양기술연구소 전동화 차량 개발 핵심 연구 시설을 공개했다. 경기도 화성시에 위치한 남양기술연구소 전동화 차량 연구 시설은 세계에서 높은 평가를 받고 있는 현대차그룹 전기차의 개발과 평가가 이뤄지는 곳이다.

현대차그룹의 전기차 라인업은 미국, 유럽, 아시아 등 세계 각지 영향력 있는 자동차 기관과 매체가 주관하는 시상식을 석권하며 경쟁력을 입증하고 있다. 특히 E-GMP 기반의 전기차들이 세계 3대 올해의 차를 모두 휩쓰는 등 남다른 행보를 이어가고 있다.

이 같은 저력에는 국내 최대 전기차 핵심 기지인 남양연구소가 있다. 남양연구소는 1995년 출범한 종합기술연구소로 신차 및 신기술 개발은 물론 디자인, 설계, 시험, 평가 등 기반 연구시설을 두루 갖추고 있으며, 승용∙상용 등 전 차종에 대한 연구개발을 책임지고 있다.

특히 전 세계적으로 불고 있는 전동화 트렌드에 발맞춰 전기차, 수소전기차 개발 역량 확보에 초점을 맞추고 있다. 남양연구소에서는 차량 개발의 주요 프로세스를 담당하는 전기차 동력계 시험실, 배터리 분석실, 상용시스템시험동, 상용환경풍동실을 살펴볼 수 있었다.

[전기차 동력계 시험실] 전동화시험센터는 현대차그룹의 전동화 체제 전환에 따라 기존 파워트레인 개발 조직이 전동화 조직으로 개편된 곳이다. 이곳에서는 신차가 양산에 이르기 전까지 충분한 성능 개발을 통해 EV 품질을 개선하고 확보하는 활동을 담당한다.

전동화시험센터 내에 있는 '전기차 동력계 시험실'은 EV 핵심 구동계인 모터와 인버터의 성능을 사전 개발하고 실차 효율을 평가한다. 이 시험실은 실도로에서 이뤄지는 주행 테스트와는 달리 실내 시험 공간 내에서 가혹한 테스트를 반복해서 진행할 수 있는 장점이 있다.

전동화구동시험3팀 곽호철 책임연구원은 "모터 단품 시험부터 차량 양산까지 종합적인 평가를 수행할 수 있는 대표적인 3가지 동력계 시험을 진행하고 있다"며 "동력계 장비의 개수에 따라 크게 1축과 2축, 그리고 4축 동력계 실험실로 나눠 운영된다"고 설명했다.

4축 동력계 시험실은 실체 차량을 직접 구동해 사륜구동(AWD) 포함 구동계 전체의 시험 평가가 가능한 곳이다. 전기차에 탑재되는 실제 배터리를 직접 활용하며, 고객의 주행 환경과 동일한 조건에서 평가가 이뤄져 모든 영역에서의 EV 성능을 가장 정확하게 검증할 수 있다.

[배터리 분석실] 기초소재연구센터 소속 '배터리 분석실'은 전기차의 핵심 부품인 배터리를 분석해 세부 구성 물질을 연구하는 곳이다. 배터리 셀을 구성하는 소재에 대한 정밀 분석을 통해 셀의 성능, 내구성, 안정성 등을 전체적으로 평가하며, 차세대 배터리 분석도 진행한다.

배터리 분석실은 소재 연구 특성상 온/습도가 일정하게 유지되는 드라이룸 환경에서 운영된다. 재료분석팀 이재욱 팀장은 "전기차 배터리는 소재 특성상 수분에 매우 민감하기 때문에, 일정 온도와 습도 조건을 유지하는 것이 중요하다"면서 "드라이룸이라는 특수환경에서 셀을 해체하고 분석을 진행해야 신뢰성 있는 분석 결과를 확보할 수 있기 때문"이라고 말했다.

분석을 위해 배터리가 처음 옮겨지는 장소는 '셀 해체실'이다. 배터리 셀의 구조 파악과 구성 소재 분석을 위한 시료 채취 작업이 진행된다. 셀 해체실 공간은 화재 위험을 방지하기 위해 바닥, 벽면, 천장을 비롯해 테이블과 같은 기본 설비 모두 스테인리스스틸 소재로 마감된다. 해체실 한편에는 자동소화 설비가 적용된 흄후드와 화재 차단 설비가 곳곳에 비치된다.

셀 해체 전용 공간은 2023년 연구소 최초로 구축됐다. 채취된 시료는 드라이룸의 '전처리실'로 옮겨진다. 글로브 박스 내에서 시료 절단 및 샘플링 작업이 진행되며, 샘플링 된 시료는 '메인 분석실'로 이동, 배터리의 기본적인 재질 및 화학구조 분석 등 정밀 분석이 진행된다.

[상용시스템시험동] 자동차 개발 후 양산화 단계까지 가기 위해서는 다양한 관문을 거친다. 차체의 안전과 내구성은 물론 수많은 차량 내 부품이 기후 및 도로 환경, 운전자 특성, 법규 등의 기준을 충분히 만족하는지 검증하기 위해서는 다양하고 혹독한 시험대를 거쳐야 한다.

'상용시스템시험동'은 차량 개발 및 평가에 필요한 300여가지 시험을 한 곳에서 진행할 수 있는 공간이다. 현대차∙기아의 모든 상용차는 이곳에서 혹독한 시험을 거쳐 개발된다. 평가 조건은 일부 다르지만 구조적으로 승용차 시험 연구와 거의 동일한 프로세스로 볼 수 있다.

4400여평에 달하는 면적으로 국내 최대 규모를 자랑하는 거대한 시험동에서는 실차 거동 재현과 필드 환경을 반영한 차량 평가 검증이 한창이었다. 일직선으로 길게 뻗은 시험동 내부는 차체∙안전, 조향∙현가, 구동∙제동, 품질∙내구, NVH 등 다섯 가지 구역으로 이뤄진다.

로봇시험실에서는 로봇 팔이 차 문을 일정한 강도로 열고 닫기를 반복하며 부품의 내구성을 시험하는 테스트가 진행되고 있었다. BSR(Buzz, Squeak, Rattle) 시험실은 사방이 삼각뿔 흡음재로 둘러 쌓여 있다. 차량 부품간 발생하는 민감한 소음까지 잡아내기 위한 공간이다.

[상용환경풍동실] 남양연구소 투어의 대미를 장식한 곳은 상용환경 풍동실이었다. 거대한 환경풍동시험실에서는 냉각, 열해, 연비, 냉시동, 히터/에어컨, 충·방전, 동력, 모드 주행, 배기가스인증 등 실차 주행 성능시험을 종합적으로 진행할 수 있다. 

실내 온도를 –40℃~ 60℃까지, 습도를 5%~ 95%까지 조절할 수 있어 세계 곳곳의 날씨는 물론, 극한 환경까지 재현 가능하다는 점이 특징이다. 더욱이 3.3m의 대형 팬으로 시속 120km에 달하는 기류를 만들어 실제 주행 조건과 동일한 시험도 할 수 있다.

제어실로 입장하자 엑시언트 수소전기 트럭이 비치된 환경풍동실이 눈앞에 펼쳐졌다. 환경풍동실 내부 공간은 길이 20m, 너비 10m, 높이 6.6m에 달할 정도로 세계 최대 규모를 자랑한다. 바람을 일으키기 위한 유로 시스템까지 포함하면 시설 규모는 더욱 커진다.

상용연비운전성시험팀 이강웅 책임 연구원은 "당사 상용풍동실의 희소성과 기술력 덕분에 국내 정부부처/학계/자동차업계를 비롯해 해외에서도 수많은 기업과 정부 기관이 연구 및 비즈니스 협업을 위해 계속해서 환경풍동실을 방문하고 있다"고 설명했다.