전기차의 핵심, 혁신 공법을 적용해 고성능 전력모듈을 개발한 LG마그나팀

(왼쪽부터) LG전자 생산기술원 조희진 책임연구원, LG마그나 이파워트레인 임선경 수석연구위원, 최홍구 팀장

바야흐로 ‘전기차의 시대’입니다. 자동차 기업은 고객의 니즈에 맞춰 더욱더 튼튼하고, 효율적인 전기차를 개발하고자 전력을 다하고 있죠. 여기, 미래 전기차 시대의 먹거리를 확보하기 위해 일찌감치 모인 사람들이 있습니다. 독자적 공법을 적용해 기존에는 없었던 새로운 방식의 고성능 전기차 전력모듈을 개발해 LG어워즈 시장선도 부문에서 ‘일등LG상’의 영예를 안은 LG마그나 이파워트레인 임선경 수석연구위원과 최홍구 팀장, LG전자 생산기술원 조희진 책임연구원을 만났습니다.

더 나은 전기차, 그리고 고객 가치 혁신을 위한 출발

내연기관 자동차의 심장이 엔진이라면, 전기차의 심장은 전기 모터입니다. 인버터는 바로 이 전기 모터의 동력을 조절하는 장치로 전기차에서 모터만큼 중요한 부품입니다. 인버터는 배터리에서 공급되는 직류전원을 자동차 주행에 필요한 교류전원으로 변환시켜 모터를 구동하게 하는 전력변환 장치인데요, 이때 인버터의 성능이 자동차의 가속·감속 등 동적 특성에 직접적으로 영향을 주기 때문에 매우 중요한 부품입니다.

LG전자가 전기차용 모터, 인버터 사업을 막 시작한 2013년 무렵부터 프로젝트팀은 인버터의 경쟁력을 좌우하는 핵심 부품인 전력모듈에 주목했습니다. 프로젝트팀은 전기차를 제조하는 고객사에 고성능 전력모듈을 탑재한 차세대 인버터를 공급해 더 나은 전기차가 탄생할 수 있는 기반을 만들어 고객 가치를 혁신할 목표를 세웠습니다. 전기차용 전력모듈을 만드는 반도체 업체마저 몇 없던 시기에 세상에 없던 전력모듈을 개발하겠다 발 벗고 나선 겁니다.

Q. 기존에는 없었던 새로운 전력모듈을 개발하게 된 계기가 무엇인가요?

LG마그나 이파워트레인 임선경 수석연구위원

임선경 수석연구위원(이하 임선경): 기존 전력모듈의 문제점은 크게 두 가지였습니다. 첫째는 전력모듈의 접합 방식입니다. 기존 전력모듈은 전통적인 와이어본딩 및 솔더링 공법을 사용했는데요. 이 방식은 전력모듈에 균열을 일으키는 일이 잦았고, 이로 인한 불량도 다수 발생해 반드시 개선이 필요했습니다.

두 번째는 냉각 성능의 한계였어요. 전류 출력을 높이면 전기차의 성능도 높일 수 있는데, 기존 전력모듈의 단면 방열 방식만으로는 전력모듈의 열을 효율적으로 냉각시키지 못해 모듈의 전류 출력을 높이는 데 한계가 있었죠.

LG전자 생산기술원 조희진 책임연구원

조희진 책임연구원(이하 조희진):  시장에는 이미 다년간의 노하우를 바탕으로 신뢰성이 입증한 기존 제품들이 터를 잡고 있었습니다. 똑같은 방법으로 전력모듈을 만들어서는 경쟁사를 앞설 수 없겠다고 판단했어요. 그래서 기존 전력모듈의 문제점을 파악하고, 고객의 페인 포인트(Pain Point)를 해결하는 것에 집중했죠. 가격은 낮으면서 출력은 높일 수 있는 전기차의 핵심 부품 개발을 통해 세계 최고 수준의 방열, 출력성능 그리고 신뢰성을 확보하는 것이 저희의 목표였습니다.

Q. 기존 전력모듈의 문제점을 개선한 핵심 기술이 궁금합니다. 

임선경: 한쪽 면에서만 열을 내보내는 기존 제품과 달리 양쪽 면에서 열을 내보낼 수 있도록 한 것이 저희가 연구개발한 전력 모듈의 특징입니다. 그렇게 만들어진 양면 방열 모듈은 양방향으로 열을 식힐 수 있어 타사의 단면 방열 제품 대비 전류 출력량을 높일 수 있었습니다.

이 과정에서 새로운 접합 공정을 도입했는데요. 타사 모듈과 차별화된 양면 신터링 공법을 개발해 양산까지 성공했습니다. LG전자 생산기술원의 장비개발팀이 새로운 공정에 필요한 장비를 개발해주었어요. 이러한 협업 덕분에 공정을 단순화하고, 양산성을 향상하는 데 큰 도움이 되었습니다.

신뢰를 얻기 위한 8년의 개발 여정

장장 8년이 넘는 연구개발 기간 끝에 프로젝트팀은 기존 전력 모듈의 성능을 뛰어넘는 제품을 개발했고 이로서 인버터의 핵심부품인 전력 모듈의 독자적 기술을 확보하게 되었습니다. 고객사로부터 기술력을 인정받아 여러 건의 수주도 이뤄졌죠. 그러나 여기까지의 과정은 생각보다 녹록치 않았습니다. 당시 LG는 전력 모듈을 직접 개발한 경험이 없었기 때문에 이를 해낼 것이라고 믿는 사람들이 많지 않았던 것이죠. 하지만 고객 가치 혁신을 향한 지난 8년간의 여정은 이를 결과로서 증명해냈습니다.

Q. 연구개발 과정에서 가장 어려웠던 점은 무엇인가요?

임선경: 프로젝트팀의 리더로서 개발 과정에서 발생하는 수많은 이슈를 동시 다발적으로 해결하기가 쉽지 않았지요. 저는 원래 전력 모듈 보다는 인버터를 개발하는 사람이었거든요. 전력 모듈을 만드는 공정에는 어찌 보면 문외한이었죠. 각 분야에 전문성을 갖춘 팀원들과 매일 머리를 맞대고 이슈를 하나씩 해결해 나갔던 기억이 납니다. 일이 막힐 때 마다 고객과의 약속을 지켜야 한다는 책임감이 막중했습니다.

조희진: 새로운 공법을 연구하고 개발하는 것이었기 때문에 정말 맨 땅에 헤딩을 하면서 연구개발에 몰두했던 것 같습니다. 또한 개발 과정에 앞서서 자사의 내부 고객들 신뢰를 먼저 얻어야 했는데요. 오랜 기간을 두고 제품을 실험한 끝에 자사 인버터 개발 담당자들이 새로운 전력모듈에 대해 만족도를 드러냈고 그 이후로 더욱 탄력을 받아 여러 공정을 개선하여 제품개발까지 성공했습니다.

LG마그나 이파워트레인 최홍구 팀장

최홍구 팀장(이하 최홍구): 고객사에 새로운 전력모듈을 처음 제안했을 때가 떠오릅니다. 당시만 해도 자사의 기술력을 신뢰하는 고객이 많지 않았습니다. 하지만 연구를 거듭하면서 독보적 성능을 지닌 자사의 전력모듈에 대한 고객사의 반응이 점점 긍정적으로 변하는 것을 직접 체감했습니다. 포기하지 않고 연구개발에 집중한 덕분에 이렇게 선두 주자로서 자리 잡을 수 있었습니다.

LG어워즈 시장 선도 부문 ‘일등LG상' 수상

LG그룹은 한해 제품 및 서비스 혁신을 통해 고객가치를 창출한 성과를 격려하고 전파하기 위한 ‘LG 어워즈(Awards)’를 개최하고 있습니다. 고객가치 관점에서 혁신적 제품이나 기술을 개발하거나 성과를 낸 사례를 선정해 시상하는데요. 해당팀은 독자적 공법을 적용해 전기차용 인버터의 핵심부품인 전력모듈의 성능을 높인 공로를 인정받아 시장선도 부문 일등LG상의 영예를 누리게 되었습니다.

지난 4월 6일 서울 LG사이언스파크에서 열린 '2022년 LG 어워즈'

Q. LG어워즈 ‘일등LG상’ 수상을 축하드립니다. 수상 소감이 어떠신가요?

임선경: 지난 몇 년간 프로젝트를 이끈 덕분에 ‘인버터쟁이'였던 제가 전력모듈 개발에 있어 누구 못지않은 전문가로 거듭날 수 있었습니다. 이렇게 큰 프로젝트를 성공적으로 진행할 수 있었던 것은 팀원들이 물심양면으로 지원해주었기에 가능했습니다. 저를 믿고 따라준 팀원들에게 다시 한번 감사의 말을 전하고 싶습니다.

(왼쪽부터) LG마그나 이파워트레인 임선경 수석연구위원, 최홍구 팀장, LG전자 생산기술원 조희진 책임연구원

최홍구: 사소한 것 하나도 관련 자료를 하나하나 뒤적여가며 공부하던 저희였는데, 이제는 오히려 다른분들이 저희에게 조언을 구하곤 합니다. 늘 공부해야만 했던 팀원들에게 이 프로젝트와 함께 성장해주어서 고맙다고 이야기해주고 싶습니다. 개발부터 양산까지 장기간에 걸쳐 이루어진 만큼 끊임없이 미래에 대한 불확실성과 싸워야 했는데요. 끝까지 포기하지 않고 목표를 추구한 것에 대한 보상을 받을 수 있어 정말 자랑스럽고 뿌듯합니다.

조희진: 전력모듈 개발의 초기 방향 설정부터 양산화까지 많은 어려움이 있었습니다. 어려움을 겪을 때마다 개발 방향을 검증하고 또 검증했습니다. 세상에 없는 제품을 개발하는 것이 얼마나 어려운 것인지 느꼈습니다. 목표 달성을 위해서는 팀원들의 강한 의지와 협력, 그리고 회사 차원의 지원이 꼭 필요하다는 것을 체험했습니다.

(왼쪽부터) LG전자 생산기술원 조희진 책임연구원, LG마그나 이파워트레인 임선경 수석연구위원, 최홍구 팀장