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| (사진출처=게티이미지) |
전 세계적인 기후위기에 탄소중립은 더 이상 거스를 수 없는 흐름이 됐다. 완성차업계 역시 내연기관에서 전기차로의 전동화 전환이 분주하다. 이에 따른 전 세계 완성차업체들의 전기차 성능 경쟁이 치열해지고 있는 양상이다.
완성차업계는 1회 충전 주행가능거리로 전기차의 성능을 가늠하고 있다. 전기차는 수백kg에 달하는 전기차 배터리로 인한 무거운 중량과 긴 충전시간으로 효율성이 떨어진다는 평가를 받고 있다. 이에 완성차업체들은 공기역학적 디자인과 최적의 배터리 효율 시스템 등 전기차 효율성 증대에 집중하고 있다.
또한, 내연기관차처럼 변속기를 적용해 효율성을 높이려는 움직임도 있다. 독일 폭스바겐그룹 산하의 포르쉐와 아우디가 각각 타이칸과 e트론 GT에 2단 변속기를 적용해 고속주행에서 저 토크 사용으로 전비의 효율성 높이고 있다. 또한, 대만 글로벌 이륜차 제작사인 킴코도 지난해 상반기부터 2단 변속기가 적용된 전기 이륜차를 양산하고 있다. 미국에서는 글로벌 변속기 제작사인 이튼(Eaton)의 4단 변속기가 전기 버스에 적용될 예정이다.
◇ 전기차의 저효율 자동변속기로 줄인다
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| 바이젠 변속기 설치도(사진제공=바이젠) |
전기차가 보급되기 시작했을 때부터 전기차 자동변속기 개발에 나선 국내 중소기업도 있다. 바로 바이젠이다. 최근 바이젠은 전기이륜차용 7단 변속기를 개발해 글로벌 이륜차업계의 이목을 집중시켰다. 바이젠이 개발한 7단 변속기는 모터로 구동되는 모든 교통수단에 적용이 가능해 완성차업계의 관심도 높아지고 있다.
바이젠은 전기차가 내연기관차보다 높은 출력을 사용해야 내연기관차와 같은 성능이 발휘되는 현상에 주목했다. 전기차는 고속주행과 언덕길에서 필요한 토크와 속도를 모두 얻기 위해 전류를 정격 이상으로 사용해야 한다. 전기차는 1단으로만 주행할 수 밖에 없어 토크-속도의 범위가 좁기 때문이다. 내연기관차를 예를 든다면 100km/h 속도를 변속기 2단으로 고 RPM(회전수)을 유지하면서 달리는 것과 같다.
전기차는 주행 중 사용되는 출력만큼 전기가 소모되고 에너지 손실이 발생된다. 또한, 모터와 컨트롤러에서 발행하는 열에 의해 효율은 급격히 떨어지며, 전체 효율 저하만큼 전기에너지가 손실된다. 전기모터의 효율저하 만큼 성능 저하도 발생된다. 하지만 자동변속기를 적용할 경우 낮은 출력의 모터로 넓은 영역의 토크-스피드를 구현할 수 있다. 또한, 열 발생을 막을 경우 엔진보다 우수한 전기모터의 성능을 유지함과 동시에 배터리 소모를 줄일 수 있다.
김복성 바이젠 대표는 “전기차 모터가 내연기관차의 엔진보다 우수한 성능을 갖췄지만, 토크 스피드 영역의 한계로 제 성능을 발휘하지 못하고 있다”라면서 “전기차는 고속주행에서 내연기관차에 비해 두 배의 출력을 사용하고 있어 전기차에 변속기를 적용해 이를 보완하려 했다”라면서 전기차 자동변속기 개발 배경을 전했다.
바이젠이 개발한 전기이륜차용 7단 자동변속기는 전기모터와 컨트롤러의 열발생을 방지해 효율저하를 막고 토크와 스피드 영역을 확장해 준다. 또한 우수한 열 냉각 기능으로 냉각 장치의 도움이 필요없다. 이를 통해 같은 배터리 용량으로 전기차의 1회 충전 주행거리가 최소 30% 이상 늘어나며, 유지관리비용 감소 등 경제성이 증대된다.
◇ 변속기 탑재로 전기차 차량가격도 뚝
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| 바이젠이 개발한 이륜전기차용 자동변속기(사진제공=바이젠) |
전기차는 무거운 배터리로 인해 내연기관차에 비해 무거운 차체 중량을 가졌다. 이에 완성차업계에서는 전기차 부품에 가벼운 탄소섬유를 적용하거나 고효율 배터리에 대한 연구에 집중하고 있다. 이처럼 아직 완성차업계에서는 무거운 무게의 변속기를 적용하는 것에 대해 큰 부담을 갖고 있다.
하지만 변속기 장착으로 갖는 이점도 분명하다. 다단 변속기는 아직 전기승용차나 상용차에 장착돼 출시된 사례는 없지만 높은 전비 효율성은 입증되고 있다. 지난 5월 미국의 버스전문 생산업체인 프로테라(Proterra)는 출시를 앞두고 있는 자사의 버스 ZX5에 변속기 전문업체 이튼(Eaton)사의 4단 변속기를 장착해 전비가 20~30% 향상됐다고 발표한바 있다.
바이젠이 개발한 변속기는 무게에 민감할 수밖에 없는 전기차, 전기이륜차에 적합하도록 무게를 줄였다. 바이젠만의 기술로 변속기에 꼭 필요한 유압장치를 없애고 전기차 모터에 바로 변속기를 탑재해 배터리로 인해 공간이 좁은 전기차에 이점을 갖는다. 또한, 자체개발한 모터제어장치(MCU)와 변속제어장치(TCU)도 함께 위치해 있어 무게와 부피를 크게 줄여냈다.
이를 통해 전기차 생산가격을 낮출 수 있을 것으로 살펴진다. 변속기 장착으로 개선된 효율성 만큼 전기차 배터리 용량을 줄일 수 있으며, 열이 발생하지 않아 냉각장치와 모터 컨트롤러의 비용을 크게 줄일 수 있어서다. 전기차 가격이 낮아 질 경우 전기차의 보급 속도는 더 빨라질 것으로 예상된다.
바이젠의 기술력은 전 세계에서 3번째로 큰 이륜차 시장인 인도네시아에서 먼저 선보일 예정이다. 바이젠은 인도네시아 3곳의 이륜차업체와 양산형 변속기를 총 5만대를 보급한다는 구매계약을 채결했다. 또한 인도네시아의 국영기업 윈마(WINMA)의 성능개발의뢰를 받은 반둥공대 전기차 연구소와 협업을 이어왔다. 바이젠과 반둥공대의 협업의 결실인 전기이륜차는 오는 11월 발리에서 개최되는 G20 세계 정상회의에서 공개된다.
김필수 대림대 미래자동차학부 교수는 “엔진보다 우수한 성능을 지닌 전기차 모터가 변속기를 적용할 경우 그 성능이 그대로 발휘될 뿐만 아니라 생산원가를 대폭 절감할 수 있다”라면서 “글로벌 완성차와 변속기 업체들이 전기차용 자동변속기 개발에 심혈을 기울이고 있지만 2단에 그치고 있다. 그러나 국내 중소기업이 소형화된 7단 자동변속기를 먼저 개발할 것은 우리 경제의 새로운 활력소가 될 것”이라고 기대감을 전했다.
김태준 기자 tjkim@viva100.com
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