전기차에는 변속기가 없다.
그런데 왜 없는 것일까?

전기차에 변속기(transmission)가 없다는 것은 전기차에 관심이 있는 사람들이라면 대부분 알 것이다.  그런데 왜 필요가 없는 것일까? 우선 이것을 알아보기 위해서는 내연기관 차량에 왜 이것이 필요한가를 알아야 한다. 일반 차량에서 엔진 성능을 몇 마력 몇 토크(torque)라고 이야기하는 것을 많이 들어보았을 것이다.

 

© Ryan Mcguire, 출처 OGQ

 

마력? 토크?

1마력(Horsse Power-馬力) 은 75kg.m/sec, 즉 75kg의 물체를 1초 동안에 1m 들어 올릴 수 있는 능력을 의미한다. 그리고 약자로 HP라고 표기한다(휴렛패커드의 HP가 아니다.) 그리고 토크란 회전력을 의미한다. 회전 중심점에서 1m 떨어진 지점에서 1N의 힘으로 물체를 돌리는 힘으로써, 1N.m  (1토크-뉴턴 미터) 가 되는 것이다.

자동차를 운행하는 데 있어 회전수만(rpm) 높다고 해서 되는 것이 아니라 회전력이(토크) 좋아야  하므로 이 두 가지가 모두 좋아야 한다. 예를 들어 야구선수가 배트를 휘두르는 회전(RPM)만 빠르고 힘을 주지 않고 치면(토크) 어느 정도 선 까지는 공을 보낼 수 있지만 그 이상 보낼 수는 없다. 그래서 마력은 회전(rpm) X 토크가 되는 것이다.

그리고 이러한 것을 적절히 조절하도록 있는 것이 변속기(트랜스미션)이다.

 

© PIRO4D, 출처 Pixabay

 

Transmission

변속장치는 톱니바퀴와 톱니바퀴가(Grea-기어) 맞물려 이루어져 있고 이 톱니바퀴들이 어느 속도에서 최대 토크를 내기 위해서 번갈아가면서 바뀐다. 이때 클러치와 함께 작동되는데 클러치는 엔진의 회전을 변속기로 전달하거나 차단하기 위한 장치이다.

클러치를 밟으면 엔진의 회전이 기어에 전달되지 않고 이때 기어 스틱 이용하여 기어의 크기를 단수에 맞게 맞물리도록 하는 것이다. 그런데 요즘에는 오토매틱 차량이 보편화되어 클러치 페달은 잘 볼 수 없지만 이러한 시스템 자체는 모든 일반 내연기관 차량에 탑재가 되어 있는 것이다.

 

© michaelmroczek, 출처 Unsplash

 

변속기는 없고 감속기가 있다?

그리고 기존 내연기관차의 엔진은 이 변속기어와 맞물려 있는데 엔진이 차량의 속도를 내기 위해서 그만한 토크를 바로바로 못 내니 변속기의 도움을 받아 달리는 힘과 스피드를 내는 것이다. 다르게 말하면 차량의 주행에 따른 엔진 효율을 높이기 위한 것이라 말할 수 있겠다.

그러나 전기차에는 모터가 장착되어 있다 모터는 4행정 사이클(흡입-압축-동력 전달-배기)이 필요치 않으며 전기를 연료로 쓴다. 모터는 전원을(시동) 켜면 아이들링도 필요치 않고 이미 최대 토크에서 출발을 하게 된다. 최대토크에서 바로 출발을 하다 보니 타이어 슬립이 날 정도로 가속력이 생기는 것이다. 그리고 이 토크를 어느 정도 회전수까지 유지할 수 있으므로 클러치와 변속기가 필요 없는 것이다.

그렇다고 해서 모터를 장착한 모든 전기차가 트랜스미션이 없는 것은 아니다. 일부 전기차에는 트랜스미션이 장착되어 있으며 주로 특수한 차량에 장착되어 있다 물론 단수는 일반 내연기관 차량보다는 적다.즉 기어의 개수가 적다. 그리고 일반 전기차에도 트렌스미션과 비슷한기능을 하는것이 있는데 모터옆에 달려있는 기어가 있다 그리고 그것을 감속기라 부른다.

이것을 트렌스미션이라 하지않고 감속기라고 불리는 이유는 감속비가 고정되어 있고 모터의 고회전 저토크의 입력을 받아 토크를 높이는 역할을 하는 데 있어서 감속이 일어나므로 이렇게 불리는 것이다.

 

BOLT EV에 장착된 감속기 (출처 : 쉐보레 홈페이지)

 

감속기의 구조도 (출처 : 코나 EV 현대차 정비 매뉴얼 발췌)

 

 

미션이 없어 생기는 장점?

전기차에 트랜스미션이 없는 것은 여러모로 이득인 면이 많다. 우선 기계적 신호가 줄어들어 응답성을 높일 수 있고 그것으로 인해 변속을 하자마자 바로바로 전. 후진을 할 수가 있다. 특히 후진의 경우 후진 기어가 따로 없으므로 기분 나쁜 소리?와 더불어 기어 와 기어가 맞물리면서 발생하는 덜컥거리는 느낌도 없다. 이러한 부분 때문에 버튼식 SWB(Shift By Wire)에 최적이라 말할 수 있겠다.

그리고 트랜스미션이 없으니 트랜스 미션 오일도 교환할 일이 없다. 물론 감속기에 오일을 교환할 수도 있겠지만 수명이 매우 길어 가혹 운전시만 아니면(가혹 운전 시 120,000km 교환) 폐차할 때까지 교환할 일은 없을 것 같다. 또한 엔진과 트랜스미션이 없으므로 그만큼 부품의 개수 많이 줄어들고 그에 따라 고장이 날 확률 또한 줄어든다. 이제 차량의 내부 부품들도 기계적인 것에서 전자, 전기적으로 바뀌어 가고 있는 것이다.

이런 변화에서 적응해야 할 부분은 운전자를 비롯하여 정비하는 사람들에게까지도 영향을 미치고 있다. 이런 현상은 비단 자동차에만 있었던 것은 아니다. 복사기를 예로 들면 조작부 패널에서 버튼을 누르면 부품과 부품이 맞물려 기계적으로 움직여 복사를 했던 것들이 점차적으로 변화되어 내부 부품들끼리 전자, 전기 신호로 바뀌어 가면서 급기야 디지털 복사기 또는 디지털 복합기로(복사, 팩스, 스캔) 다시 태어났다.

그에 따라 고장률이 적어져 수리 비용을 청구하여 이윤을 남기던 사례가 적어지기 시작했고 복사기 엔지니어들은 컴퓨터와 전자기기를 다시 배워야 했다 그리고 이런 과정을 거치면서 적응을 못한 사람들은 여려움을 겪을 수 밖에 없었다.

 

© PublicDomainPictures, 출처 Pixabay

 

결론적으로 

다시 본론으로 돌아와 결론적으로 말하면 전기차에 트랜스미션이 없는 것은 엔진과 모터의 특성이 다른 데서 오는 차이점 때문이라고 말할 수 있는데 아예 필요 없는 것은 아니지만 모터+감속기 만으로도 기존의 내연 차량만큼의 충분한 출력을 낼 수 있기 때문에 장착하지 않는 것뿐이다. 전기차는 기존의 내연기관 차량의 핵심 부품인 엔진과 트랜스미션이 없는 대신 배터리의 중요성이 부각되고 있는 것이다. 배터리는 가격 비중 역시 전기차에서 차지하는 비중이 매우 크다.

 

자동차용 배터리 (출처 : LG화학 홈페이지)

전기차의 배터리는 전기를 저장할 수 있는 용량의 한계는 물론이고 배터리의 전압에 따라 모터가 돌아갈 수 있는 회전수와 회전력에도 영향을 미치기 때문에 어떻게 보면 내연기관차의 엔진 보다 더 중요하다고 할 수 있겠다.

 

마키님
전기차에 관심이 많은 실제 전기차 유저

 

삼성 이재용· 현대 정의선 첫 단독 회동 – 차세대 배터리 논의