현대자동차 수소트럭 엑시언트가 고정된 채 강한 바람을 맞서고 있다. 앞바퀴는 고정됐고 뒷바퀴는 다이나모에 연결돼 움직인다. 온도는 습하고 무더운 36도에 육박했다. 최고 60도, 최저 영하 40도에 최대 풍속 120km/h 환경을 만들 수 있는 이 곳은 세계 각지 도로를 달리기 위해 검증을 거치는 남양연구소 상용환경풍동실의 내부 풍경이다.
지난 27일 경기도 화성시에 위치한 현대차·기아 남양연구소 상용환경풍동실에 근무하는 이강웅 현대차 상용 연구개발팀 책임매니저는 "친환경 시험동은 친환경차 개발과 기존에 있는 내연기관차도 모두 개발할 수 있는 세계 유일한 상용차용 풍동 시설"이라고 자부했다.
현재 도로를 달리는 현대차와 기아 차량은 모두 남양연구소에서 완벽한 검증을 거쳐야만 양산단계로 넘어갈 수 있다. 현대차그룹은 이날 국내 미디어를 대상으로 현대차·기아 남양연구소 랩투어를 진행했다. 남양연구소는 세계 3위 완성차 제조업체로 거듭난 현대차그룹의 비밀기지인 만큼 제한된 공간만 공개했다.
이날 세부적으로 돌아볼 수 있었던 곳은 ▲상용시스템시험동 ▲전기차동력계시험실 ▲배터리분석실 ▲상용환경풍동실 등 총 네 곳이었다.
■ 상용시스템시험동, 장거리 달리는 상용차…충돌부터 소음까지 철저히 검증
4천391평 규모의 상용시스템시험동은 먼 거리를 달리는 상용차를 철저하게 검증하는 지역이다. 상용시스템동의 목표는 고장 없는 상용차 개발이다. 상용차는 고객의 생계로까지 이어지는 만큼 더욱 중요한 지점이기도 하다.
상용시스템시험동은 구체적으로 5그룹 22개실로 나눠진다. 이곳에서는 차량 개발과 평가에 필요한 300여 가지 시험을 한 곳에서 진행할 수 있다. 상용차를 보면 승용차의 검증도 알 수 있다. 평가조건과 구조는 일부 다를 수 있지만 승용차시스템시험도 거의 비슷한 프로세스로 진행되기 때문이다.
상용환경풍동실은 상용환경시험동내 3개 시험실 중 하나다. 내연기관과 친환경차(전기차·수소차)를 연구하고 테스트하는 곳이다. 특히 이곳은 전세계에서 내연기관과 친환경차 모두를 테스트할 수 있는 유일한 시험장이다.
이강웅 책임매니저는 "세계 유일한 풍동실이다보니까 전세계서 많이 이곳을 찾는다"며 "스위스, 중국, 중동 등이 시설을 견학하고 우리가 중동이나 미국, 일본 등에도 자문하고 있다"고 말했다. 이어 "상용 세계 최고 벤츠(다임러)도 이런 장비가 없다"고 강조했다.
환경풍동시험실에서는 냉각, 열해, 연비, 냉시동, 히터/에어컨, 충·방전, 동력, 모드 주행, 배기가스인증 등 실차 주행 성능시험을 종합적으로 진행할 수 있다. 실제 세계 곳곳 도로를 다녀야하기 때 때문에 실내 온도를 40℃~ 60℃까지, 습도를 5%~ 95%까지 조절할 수 있게 설계됐다. 특히 3.3m의 대형 팬으로 시속 120km에 달하는 기류를 만들 수 있다.
환경풍동실 내부 공간은 길이 20m, 너비 10m, 높이 6.6m에 달한다. 풍동실 내부 천장 및 측면에는 태양광(Solar) 장비가 설치됐다. 거대한 실험실 내부에는 실도로 주행 시험을 위해 1천마력 다이나모 모터 위에 엑시언트 수소전기 트럭을 올려놨다. 독일제 주행 로봇은 운전석에 설치돼 주행 사이클에 맞춰 스스로 운행한다.
이강웅 책임매니저는 "주행 로봇에 주행 사이클을 입력해 스스로 운행한다"며 "사람이 직접 하는 경우도 있지만 장시간하면 한계가 있어 활용하고 있는데, 예전에는 사람과 로봇이 대결하는 시험도 했다"며 설명했다.
환경풍동시험실은 상용 전기차 개발에도 유용하게 쓰인다. 온도에 따라 효율이 달라지는 전기차의 특성상 배터리 충·방전 및 냉각 성능 등 각종 성능을 확인할 수 있다. 이 시험실에는 400kW급 초고속 충전기 3대가 마련돼 있어 언제든지 혹서, 혹한의 상태에서의 배터리 충전 효율을 점검할 수 있다. 수소 전용 설비도 마련됐다.
■ 전기차동력계시험실, 전기차 심장 개발하는 핵심시설
전동화시험센터는 현대차그룹의 전동화 체제 전환에 따라 기존 파워트레인 개발 조직이 전동화 조직으로 개편된 곳이다. 이곳에서는 신차가 양산에 이르기 전까지 충분한 성능 개발을 통해 전기차(EV) 품질을 개선하고 확보하는 업무를 담당한다.
그중 전기차 동력계 시험실은 EV 핵심 구동계인 모터와 인버터 성능을 사전 개발하고 실차 효율을 평가하는 곳이다. 시험실의 장점은 실도로에서 이뤄지는 주행 테스트보다 가혹한 테스트를 반복할 수 있다는 장점이 있다.
시험실에 들어서면 1축, 2축, 4축 시험실로 나눠진 3곳의 시험실이 보인다. 1축과 2축, 4축의 차이는 동력계 장비의 개수에 따라 나눠진다. 각 시험장에는 모터와 인버터, 장비들이 들어섰는데, 실제 차세대 전기차에 들어갈 핵심 부품들이라 위장막으로 일부 가려졌다.
1축 동력계 시험실은 모터와 인버터의 기본 특성에 대한 시험을 하는 곳으로 단품 시험이 이뤄지는 곳이다. 주로 차량 개발 초기 단계에 이루어지는 시험으로 모터 시스템의 성능, 효율 개발을 목적으로 한다.
2축 동력계 시험실은 모터와 인버터에 감속기, 구동축을 추가해 실제 차량의 구동계를 모사한 환경이 구축돼 있다. 파워 일렉트릭(PE) 시스템 전체의 효율과 매핑, 냉각, 열해 시험으로 필드에서 발생할 수 있는 문제를 사전 검증하는 것을 목적으로 한다.
아이오닉 5가 올라가 있는 4축 동력계 시험실은 실체 차량을 직접 구동해 사륜구동(AWD) 포함 구동계 전체의 시험 평가가 가능한 곳이다. 운전석에는 로봇이 차량을 조작하고 있다. 사람보다 정교한 이 로봇은 독일제 제품으로 가속과 제동을 위해 페달을 밟는 동작을 사람과 유사하게 따라 하고, 심지어 자동으로 변속까지 할 수 있다.
에너지 손실을 최소화하고 효율을 극대화하기 위한 현대차·기아의 노력은 결실로 이어지고 있다. 최근 미국 환경보호국(EPA)이 발표한 2024년형 차량 연료소비효율에 따르면 아이오닉 6 롱레인지 후륜모델이 복합연비 140MPGe로 1위를 차지했다.
■ 배터리분석실, 전기차 화재 예방부터 신규 소재 분석까지
이어 방문한 배터리 분석실은 전기차의 핵심 부품인 배터리를 분석해 세부 구성 물질을 연구하는 곳이다. 크게 세 곳으로 구분된 분석실은 가장 기본적인 충전과 방전부터 셀의 성능, 내구성, 안정성 등을 전체적으로 평가한다.
배터리분석실은 배터리 소재 연구 특성상 온도와 습도가 일정하게 유지되는 드라이룸 환경에서 운영된다. 평소에는 분석실 내부를 영하 60도에 맞춰 이슬점을 맞춰 매우 건조한 상태로 둔다.
드라이룸에 들어가기 위해서는 공상과학(SF) 영화에서 우주선이나 우주기지를 들어갈때 먼지를 제거하듯 에어샤워기로 청소를 거친다. 이후 분석실 내부에 들어서면 셀 해체실에서 배터리 셀의 구조 파악과 구성 소재 분석을 위한 시료 채취 작업이 진행된다.
재료분석실 관계자는 “전기차 배터리는 소재 특성상 수분에 매우 민감하기 때문에, 일정 온도와 습도 조건을 유지하는 것이 중요하다"며 “배터리 셀 해체 시 발생할 수 있는 화재 발생 가능성을 최소화하고 위험 상황을 대비하기 위해 2023년 연구소 최초로 셀 해체 전용 공간을 구축했다”고 설명했다.
셀 해체실 공간은 혹시 모를 화재 위험을 방지하기 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.
채취된 시료는 드라이룸의 ‘전처리실’로 옮겨지고 샘플링 된 시료는 이후 ‘메인 분석실’로 이동한다. 이곳에서는 배터리 구성 소재에 대한 기본적인 재질 및 화학구조 분석 등 정밀 분석이 진행된다.
배터리 분석실에서는 다양한 시험을 통해 배터리 설계 사양 및 내구성, 충·방전 조건에 따른 성능과 수명 평가 등을 확인하며 필드에서 발생할 수 있는 모든 품질 문제에 대응한다. 또 현대차∙기아가 자체 개발 중인 차세대 배터리에 적용될 신규 소재에 대한 분석도 진행하고 있다.
현대차∙기아가 배터리 소재 기술을 연구하는 것은 차세대 배터리 개발의 출발점이기 때문이다. 소재 단계에서 그 특성을 이해하고 개선하면 문제점을 미리 알고 예방할 수 있으며, 최적의 소재 개발을 통한 전체적인 완성도도 높일 수 있다는 설명이다.
■ 상용시스템시험동, 차량 개발과 평가 한 곳에서
상용시스템시험동은 차량 개발 및 평가에 필요한 300여가지 시험을 한 곳에서 진행할 수 있는 공간이다. 4천400여 평에 달하는 면적으로 국내 최대 규모를 자랑하는 거대한 시험동에서는 실차 거동 재현과 필드 환경을 반영한 차량 평가 검증이 진행된다.
일직선으로 길게 뻗은 시험동 내부는 차체∙안전, 조향∙현가, 구동∙제동, 품질∙내구, NVH 등 크게 다섯 가지 구역으로 이뤄졌다. 차체∙안전 구역에서는 차량 내외부의 안전을 테스트하는 충돌 시험과 기후환경을 재현한 시험 장비들을 볼 수 있었다.
로봇시험실은 로봇 팔이 차 문을 일정한 강도로 여닫기를 반복하며 부품의 내구성을 시험하는 테스트가 진행되고 있다. 문을 여닫는 강도는 실제 사람의 힘과 동일하다. 이곳에 설치된 로봇은 글로벌 선도 로봇 기업 ABB그룹의 제품이다. ABB는 현대차뿐만 아니라 볼보, 스카니아 등 다양한 현장에 배치돼 있다.
남양연구소 관계자는 "로봇시험실 로봇은 충분한 내구성 데이터 확보를 위해 몇 달 동안 24시간 내내 시험을 계속하기도 한다"고 설명했다.
조향성능내구시험은 24시간 연속으로 진행되지만, 주행거리가 승용차 대비 긴 상용차의 특성을 고려해 시험 기간만 몇 달이 걸리는 경우가 많다. 이를 통해 얻은 데이터들은 우수한 품질과 내구성을 갖추기 위한 토대가 되기도 한다.
시험장 한 공간에는 6축 무빙 기계에 수소연료전지 시스템의 마운트를 걸고 실제 주행과 마찬가지로 거세게 흔들며 충격을 주고 있기도 했다. 각종 연료전지시스템 외에도 배터리, 모터, 감속기 등 수소전기 상용차에 장착된 모든 부품의 내구성을 측정하는 시험이었다.
구동·제동 구역 다이나모 무향실에서는 유니버스의 브레이크 소음을 평가하는 테스트를 진행하고 있었다. 최고 수준의 브레이크를 개발하기 위해 한 달 반 동안 정해진 시험조건에 따라 반복적인 제동시험이 이뤄진다.
상용전기차의 가장 큰 장점은 회생제동이다. 회생제동이 법적으로 무조건 탑재가 돼야 하므로 브레이크에 과열돼 발생하는 문제가 줄었다는 것이다.
상용시스템시험동 관계자는 "기존 상용차의 타이어 펑크가 브레이크 과열이 주된 이유였는데 최근에는 전기차로 되면서 회생제동이 제동보조를 해줘야 하는 보조제동 법규가 있어 상당 부분 해결됐다"며 "다만 전기차의 경우 회생제동을 하면 충전량이 가득차면 보조제동이 꺼지는 상황이 발생해 현재 가장 큰 도전과제"라고 말했다.
상용시스템시험동의 마지막 구역이자 가장 독특한 구역인 NVH 다이나모 무향실은 1만 3천개의 흡음재로 빼곡히 둘러싸인 7.5m 높이의 방음벽이 기자들을 맞이했다. NVH 구역에서는 엔진 구동계 소음부터 실내외 소음까지 실제 차량에서 발생할 수 있는 모든 소음을 평가한다.
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이곳에서는 주변 소음을 제거하고 시험풍에서만 나오는 시험소음만 측정할 수 있도록 구성됐다. 실제 차량을 구동하면 구동 시 발생하는 파워트레인 소음 등을 측정하고 개선하기 위한 것이 목적이다.
현대차가 1995년 글로벌 기업으로 향하는 부푼 꿈을 펼치기 위해 출범한 남양연구소는 현대차그룹이 세계 3위로 거듭나는 큰 역할을 했다. 남양연구소는 핵심시설인 만큼 금단의 구역이자 비밀기지인만큼 세계 유일한 시험시설부터 최첨단 장비까지 패스트팔로워에서 퍼스트무버로 확고한 자리매김하는 현대차그룹의 저력을 보여줬다.
