[Tech 스토리] 전기차 배터리 성능, 기술력으로 극복하는 방법은

기사입력 : 2023년05월28일 08:51

최종수정 : 2023년06월23일 07:36

부족한 충전시설과 긴 충전시간, 에너지 효율로 극복
벤츠 컨셉트카 1200km 주행, 배터리 크기 대신 밀도
바이젠, 세계 최초 다단변속기 기술 개발…50% 개선

기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 채송무 기자 = 전기자동차의 보급이 날로 늘어나고 있지만 배터리 충전 인프라의 문제는 여전히 지적되고 있습니다. 부족한 충전시설과 긴 충전 시간, 화재 등의 문제가 여전히 남아있지만, 자동차 완성업체들은 점차 기술적으로 이를 극복해 가고 있습니다.

메르세데스-벤츠가 지난 2022년 1월 공개한 순수 전기 컨셉트카 '비전 EQXX'는 지난 2022년 6월, 1회 충전으로 독일 슈투트가르트부터 영국 실버스톤까지 약 1200km의 주행을 성공했습니다. 에너지 효율은 8.7kWh/100km이었죠.

메르세데스-벤츠의 컨셉트 전기차 비전 EQXX [사진=벤츠코리아]

이는 완전히 새로운 배터리 팩 덕분이었습니다. 메르세데스-벤츠는 단순히 배터리의 크기를 늘리는 대신 에너지 밀도를 높인 배터리 팩을 개발했습니다.

400 Wh/l에 근접한 에너지 밀도를 가진 약 100 kWh의 고용량 배터리 팩이 비전 EQXX의 차체에 탑재됐는데요. 대형 전기 세단 더 뉴 EQS의 배터리와 비슷한 수준의 에너지 용량이지만 배터리 팩의 크기는 그 절반 밖에 되지 않으며 무게는 30% 더 가벼워졌습니다.

그 결과 150kW의 출력을 내는 전기 구동 시스템을 통해 배터리에서 나오는 에너지의 95%가 순수하게 바퀴로 전달됐는데 이는 가장 효율적인 내연기관 구동 시스템의 30% 와 비교해 월등히 높은 수치를 보인 것입니다.

벤츠는 최신 전기차에서 자체적으로 개발한 배터리 관리 소프트웨어를 통해 에너지 관리 시스템을 항상 최신 상태로 유지할 수 있도록 했고 지능형 열관리 시스템을 통해 효율성을 높였습니다.

메르세데스-벤츠의 새로운 배터리팩 [사진=벤츠코리아]

배터리 용량의 문제를 극복하는 또 다른 방안은 내연기관차와 같이 변속기를 적용해 효율성을 높이는 것이었습니다. 독일 폭스바겐의 포르쉐 타이칸과 아우디 e트론 GT에 2단 변속기를 적용했고, 대만 글로벌 이륜차 제작사인 킴코도 2단 변속기를 적용한 전기 이륜차를 만드는 등 글로벌 완성차들의 시도도 늘어나고 있습니다.

전기차 자동변속기 개발에 나서 이미 상용화에 성공한 국내 중소기업이 있어 눈길을 끌고 있습니다. 더욱이 글로벌 완성차 업체들이 시도하고 있는 2단이 아닌 7단 변속기입니다. 바이젠은 최근 이륜차에서 다단 변속기를 적용한 기술을 상용화했고, 이 기술은 전기 자동차와 선박, 항공 등 모터를 이용한 전 차종에 적용이 가능합니다.

세계 최초의 전기차 다단 변속기를 개발한 바이젠 [사진=바이젠]

바이젠은 전기 모터가 내연기관의 엔진보다 성능이 우수하지만 현재 엔진의 두 배 출력을 써야 내연기관의 성능이 나온다는 점에 착안했습니다.

전기차는 고속주행과 언덕길에서 필요한 토크를 얻기 위해 전류를 정격 이상으로 사용해야 하는데 현재의 전기차는 1단으로만 주행하기 때문에 비효율적입니다. 전기차가 여러 단으로 주행하는 엔진차에 비해 토크와 속도 범위가 매우 좁기 때문입니다.

이 좁은 토크와 속도 범위를 확장시켜 성능을 높이기 위해 전기차는 모터를 정격보다 과하게 사용하고 이 결과 모터와 컨트롤러에 심한 열이 발생해 에너지 효율이 저하됩니다. 과열 상태에서 측정되는 엔진의 에너지 효율은 약 30%로, 열이 없는 상태에서 측정되는 모터와 컨트롤러의 에너지 효율 90% 이상에 비해 매우 낮습니다.

김복성 바이젠 대표는 "전기차 모터가 엔진보다 우수하다는 것은 누구나 알지만 제 성능을 발휘하지 못하고 있다"라며 "이는 변속기가 없어서 그렇다. 고속에 가면 전기차의 연비는 형편 없어진다. 전기차에 변속기를 적용하면 이를 보완할 수 있다"고 설명합니다.

바이젠은 최근 전기차용 소형화 7단 자동변속기 7GAT를 세계 최초로 개발했습니다. 김 대표에 따르면 기존 이륜차보다 다단 변속기를 사용한 이륜차의 1회 충전시 주행거리가 기존의 50% 늘어났습니다. 또 우수한 열 냉각 기능으로 냉각 장치를 별도로 할 필요가 없어 유지관리 비용이 감소되는 장점도 있습니다.

바이젠이 개발한 전기차 7단 변속기는 이륜차 상용화에 이어 다방면의 모터에 사용 가능하다. [사진=바이젠]

바이젠은 인도네시아의 이륜차 업체와 양산형 변속기를 총 5만대 보급하는 구매 계약을 최근 체결하는 등 상용화에도 나섰습니다.

더욱이 바이젠이 개발한 변속기는 유압장치를 없애 무게와 부피를 크게 줄여 전기차 생산 가격도 낮출 수 있는 장점도 있습니다.

한국전기차협회장인 김필수 대림대 미래자동차학부 교수는 "내연기관 변속기는 1단 1단 올라갈수록 효율이 2%씩 올라간다. 전기차도 이같은 기술을 써야 한다"라며 "글로벌 완성차 업체들이 변속기 개발에 나서고 있지만 2단에 그치고 있는 상황에서 국내 기업에서 7단 자동변속기를 먼저 개발했다"고 평가했습니다.

김 교수는 "주행거리가 같은 배터리보다 30~50% 늘어나고 모터 온도가 60도 이상 안 올라가 냉각장치도 필요 없게 된다"라며 "게임 체인저 기술"이라고 강조할 정도입니다. 자동차의 미래로 꼽히는 전기차가 배터리 문제를 극복할 날이 가까워지고 있습니다 .

dedanhi@newspim.com

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