[영상] 모든 파워트레인이 선택지, BMW iX5 하이드로젠
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글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)|
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승인 2023-04-11 23:35:51 |
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BMW 코리아가 BMW 드라이빙 센터에서 ‘BMW iX5 하이드로젠 데이(BMW iX5 Hydrogen Day)’를 개최했다. 이날 소개된 BMW 수소연료전지 파일럿 모델인 BMW iX5 하이드로젠 파일럿 모델은 친환경 미래 모빌리티에 대한 BMW 그룹의 비전, 그리고 파워트레인 다각화를 위한 BMW 그룹의 전략을 엿볼 수 있는 차량이다. BMW는 이번 iX5 하이드로젠 파일럿 모델을 시작으로 향후 수소연료전지차 역시 기존 전기차, 플러그인 하이브리드(PHEV) 등의 출시 로드맵과 비슷한 단계로 개발해 나갈 예정이다. BMW iX5 하이드로젠 데이 행사에서 전해진 내용을 정리해 소개한다.
BMW 그룹의 모빌리티 전략
BMW 그룹 역시 플러그인 하이브리드 모델과 순수 전기차 라인업을 확대하며, 전동화 전환을 추진하고 있다.
BMW 그룹은 2022년에 전 세계적으로 21만5000대 이상의 순수전기차를 판매했으며, 이는 전년 대비 약 108% 증가한 수치다. 작년 전체 판매량에서 순수전기차가 차지하는 비중은 거의 9%였으며, 2023년에는 이 비중이 15%로 늘어날 전망이다. BMW 그룹은 2030년까지 공급망, 생산 및 사용 단계 등 차량의 전체 수명주기에 걸쳐 이산화탄소 배출량을 2019년 대비 40% 이상 감축할 계획이다.
BMW 그룹의 이르면 2030년까지 전체 판매량에서 순수전기차가 차지하는 비중을 50% 이상으로 확대시키는 것을 목표로 하고 있다. 특히 순수전기차 뿐만 아니라 수소연료전지차의 개발도 이어가면서 파워트레인 다각화를 추진하고 있다.
프랭크 웨버(Frank Weber) BMW 그룹 개발 총괄 보드 멤버는 “수소는 BMW가 기후 중립을 실현하는 데 있어 핵심적인 역할을 하는 다목적 에너지원”이라며, “BMW는 개인용 모빌리티 분야에서 수소의 중요성이 크게 증가할 것으로 확신하는 만큼, 장기적으로는 배터리 및 수소연료전지 드라이브 시스템을 혼합하는 것이 현명한 접근 방식이라고 생각한다”고 말했다. 또한, “연료전지는 코발트, 리튬, 니켈과 같은 희토류 원자재가 필요하지 않으므로 원자재의 효율적 운용이 가능해져 다양한 대내외 위험 요소로부터 BMW 그룹의 지정학적 탄력성을 강화할 수 있다”고 설명했다.
수소연료전지차는 순수전기차에 생산에 비해 원자재 투입량이 100kg가량 적으며, 특히 배터리 생산에는 순수전기차 대비 10% 수준의 원자재가 투입된다. 또한 연료전지의 주원료인 백금은 재활용률이 높은 소재로 자원 재사용 및 순환 측면에서도 높은 효율을 기대할 수 있다고 전했다.
아울러 순수전기차 충전 인프라 구축에 치중하는 것보다 수소 충전 인프라 투자 비중을 적정 수준으로 유지하는 것이 전체 투자 비용을 30% 이상 줄일 수 있다는 연구 결과는 충전 인프라 측면에서도 수소연료전지차 보급 확대를 통해 얻을 수 있는 경제성을 뒷받침한다고 강조했다.
iX5 하이드로젠, 아시아 최초로 한국에서 공개한 이유
BMW iX5 하이드로젠은 BMW 그룹이 수소 드라이브 기술 분야에서 쌓은 광범위한 경험을 기반으로 개발됐다. 과거 BMW는 하이드로젠 7이라는 프로젝트를 추진하며, 수소로 주행하는 7시리즈를 국내에서도 선보인 바 있다. 다만 하이드로젠 7은 수소를 연소해 움직이는 ‘내연기관’에 가까운 차량이었고, iX5 하이드로젠은 수소연료전지 시스템을 탑재해 주요 특징은 ‘전기차’에 가깝다.
지난 2015년에는 연료전지 기술을 기반으로 한 BMW 5시리즈 GT 하이드로젠 셀을 통해 수소연료전지 차량을 처음 선보였으며, 이 때부터 쌓은 기술력은 iX5 하이드로젠으로 이어졌다.
BMW 그룹은 지난 2022년 12월부터 BMW iX5 하이드로젠 모델의 소규모 시범 생산을 시작했다. 현재 iX5 하이드로젠은 뮌헨 연구 혁신 센터(FIZ)에 위치한 BMW 그룹 파일럿 공장에서 생산되고 있다. 파일럿 공장은 개발과 생산이 만나는 지점이자, BMW 그룹의 모든 신규 모델이 처음 만들어지는 곳이다.
약 900명의 직원이 바디샵, 조립, 모델 엔지니어링, 콘셉트카 제작 및 3D 프린팅 제조 분야에서 근무하고 있으며, BMW iX5 하이드로젠의 경우 수소 기술, 차량 개발 및 신모델 최초 조립 전문가들이 최첨단 드라이브 및 에너지 저장 기술을 통합시키기 위해 긴밀히 협력하고 있다.
BMW iX5 하이드로젠의 기반 모델인 BMW X5는 미국에 위치한 BMW 그룹 스파르탄버그 공장에서 생산된다. 뮌헨 파일럿 공장의 바디샵에서는 이 BMW X5의 센터 터널과 뒷좌석 유닛 아래에 두 개의 수소 탱크를 장착할 수는 새로운 플로어 패널을 조립한다. 이어 iX5 하이드로젠 전용 12V 및 400V 전기 시스템, 고성능 배터리, 전기 모터 및 연료 전지가 표준 생산 부품과 함께 조립 단계에서 통합적으로 장착된다. 후륜에 고성능 배터리와 함께 자리잡은 전기 모터는 최신 5세대 BMW eDrive 기술이 적용되었으며, BMW의 순수전기 모델 및 플러그인 하이브리드 모델에도 적용되었다.
BMW iX5 하이드로젠의 보닛 아래에 위치한 고효율 연료전지 시스템은 뮌헨에 위치한 BMW 자체 수소 역량 센터에서 2022년 8월부터 생산되고 있다. 연료전지 시스템은 두 가지 주요 단계를 거쳐 제조되며, 연료전지 스택은 대부분 완전 자동화된 공정을 거친다. 먼저 셀을 연료전지 스택으로 조립한 후, 연료전지 시스템으로 완성하는데 필요한 부품들을 조립한다. 연료전지 스택의 최종 조립 단계에서는 전압 테스트와 함께 전지 내부의 화학 반응에 대한 광범위한 시험을 진행한다. 마지막으로 다양한 부품이 조립 공장에서 조립되어 시스템이 완성된다.
수소연료전지 내에서는 탱크에서 공급된 수소 기체와 공기 중의 산소가 만나 화학 반응이 일어난다. 연료전지 멤브레인에 수소와 산소를 안정적으로 공급하는 것은 드라이브 시스템의 효율성을 위해 매우 중요한 과정이다. 이를 위해 BMW 그룹은 충전식 공냉 쿨러, 공기 필터, 제어 장치 및 센서처럼 내연 엔진에도 사용되는 장치와 더불어 터빈이 장착된 고속 압축기, 고전압 냉각수 펌프 등과 같이 새로운 연료전지 시스템을 위한 특수 수소 부품을 개발했다.
BMW 그룹은 지난 4년간 일반 도로, 산악 지형, 혹서기 및 혹한기 테스트 등 다양한 주행 환경에서 이뤄진 대규모 시범 주행 프로그램을 성공적으로 수행했으며, 올해부터 운용하는 100여 대의 iX5 하이드로젠은 다양한 타겟 집단을 위한 시범 및 시험 목적으로 전 세계에서 운행될 예정이다.
특히 국내 시장은 현대 넥쏘가 오랜 시간 판매되어 온 만큼, 소비자들의 수소연료전지 차량에 대한 피드백을 반영하는데 유리하다. 현재 글로벌 시장에서는 현대 넥쏘, 토요타 미라이가 대표적인 수소연료전지차량으로 판매되고 있다. 이 중 넥쏘는 국내에서도 매달 7~800대가 판매될 정도로 소비자들의 인지도 역시 높은 편이다. 수소충전소도 이번 달 까지 140여곳이 마련되는 만큼 인프라도 유럽시장보다 잘 구축되어 있다. BMW가 iX5 하이드로젠을 아시아에서는 최초로 한국시장에 소개한 이유다.
BMW FCEV의 시작, BMW iX5 하이드로젠
BMW iX5 하이드로젠은 프리미엄 수소연료전기차(FCEV)에 대한 비전을 제시하는 모델이다. 지난 2019 IAA 모빌리티에서 콘셉트카로 처음 공개된 후, IAA 모빌리티 2021에서 초기 파일럿 모델로 등장했다. 한국에서는 지난 3월 개막한 2023 서울모빌리티쇼를 통해 국내 최초로 공개됐다.
iX5 하이드로젠 파워트레인은 후륜에 장착된 드라이브 유닛과 이 모델을 위해 특별 개발된 리튬 이온 배터리로 구성된다. 파워트레인에는 전기 모터와 변속기, 파워 일렉트로닉스를 소형 하우징에 통합한 5세대 BMW eDrive 기술이 적용되어 최고 출력 401마력을 발휘한다. 정지 상태에서 시속 100km까지 가속하는 데 걸리는 시간은 6초 이하다.
또한, 주행 중 가속 페달에서 발을 떼거나 제동 시에는 운동 에너지를 배터리로 되돌리는 회생제동이 가능하다. 수소연료전지에서 배출되는 유일한 물질은 수증기이며, 발생하는 폐열은 차량 내부를 따뜻하게 하는 데 활용되어 에너지 효율을 높인다.
연료전지에 공급되는 수소는 탄소섬유 강화 플라스틱으로 만들어진 두 개의 700바(bar)급 탱크에 저장된다. 두 개의 탱크에는 약 6kg의 수소 연료를 담을 수 있으며, 이를 통해 BMW iX5 하이드로젠은 한 번의 수소 충전으로 504km(WLTP 기준)를 주행할 수 있다. 수소 탱크를 완전히 충전하는 데에는 단 3~4분가량이 소요된다.
