글로벌오토뉴스

상단배너
  • 검색
  • 시승기검색

메르세데스 벤츠의 전동화 전략

페이지 정보

글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2016-08-15 23:16:52

본문

지금 자동차산업의 화두는 에너지와 환경, 그리고 안전이다. 이를 바탕으로 기술을 개발해야 한다. 무엇보다 에너지 문제에 대한 흐름이 정리가 되어야 차세대 파워트레인의 미래도 전망이 가능하다. 전동화의 미래를 가늠해 볼 수 있다는 얘기이다. 그것은 환경과 직결되는 것이다. 안전 측면에서는 자율주행차라는 주제로 새로운 발전을 하고 있다. 자율주행차는 구글이 추진하는 무인자동차보다는 우선은 커넥티드카에 대한 관심이 더 높다. BMW는 전 세계 자동차 전문기자들을 대상으로 하는 기술 워크샵에서 BMW Connected 앱을 발표했다. 스마트폰은 6개월마다 새 모델이 나오는데 평균 6년이 되어야 혁신을 하는 자동차에 커넥티드 기능을 추가해 6주마다 업데이트되는 자동차를 지향하는 것이다. 여기에서는 메르세데스 벤츠의 전동화 전략에 대해 짚어 본다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

전동화에 대해서는 여전히 뚜렷한 전망이 없다. 후지경제 연구소는 2016년 6월 15일 2035년 전동화차의 판매대수가 연간 1,700만대에 달할 것이라는 보고서를 놓았다. 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)가 665만대(2015년의 31.7배)로 가장 많고 순수 전기차(BEV)는 567만대(16.7배), 하이브리드 전기차(HEV)는 468만대(2.9배)에 달할 것으로 내다봤다. 

하지만 이 보고서는 신뢰성이 없다. 후지 경제 연구소는 2011년 8월의 보고서에서는 2025년이 되면 2010년의 36 배에 달하는 3천210만대의 전동화차 판매될 것이라고 했었다. 당초 예상보다 10년 후의 전망을 하면서 예상 판매대수는 절반 수준으로 줄였다. 그만큼 부정적으로 상황이 바뀌었다고 할 수도 있지만 아직은 뚜렷한 기술적 진전이 없는데 대한 현실을 반영한 것이라고도 할 수 있다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

그럼에도 불구하고 석유 등 화석연료는 미국 패권주의 아래 전 세계가 신음하고 있으며 환경 파괴에 지대한 영향을 미친다는 점에서 다른 에너지의 사용이 촉구되고 있다. 대표적인 것이 태양광을 비롯한 지열과, 풍력 등 신 재생 에너지이다. 이 신 재생 에너지로 생산되는 전기마저도 완전 무공해는 아니지만 화석연료처럼 매장지역이 한정적이지 않다는 장점이 있다. 무엇보다 석유를 무기로 세계 경제를 뒤흔들고 있는 미국 패권주의로부터 벗어나고 궁극적으로는 소비자들의 선택권이 없어지는 상황을 벗어나기 위해서는 새로운 에너지로 전기를 만들고 그 전기를 사용한 자동차를 타는 것이 합리적이라는 의견이 이제는 큰 힘을 얻고 있다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

21세기 진입을 전후 해 전동화를 이끈 것은 토요타다. 1997년 최초의 양산 하이브리드 전기차 프리우스를 출시한 것이 그 시작이다. 그것을 가속화시킨 것이 2009년 들어선 미국의 오바마 정권이다. 석유 패권주의의 주범인 미국이 전기차를 전면에 내 세운 것은 다른 차원의 논란이지만 어쨌거나 전동화를 본격적으로 추진하게 하는 배경이 된 것은 부인할 수 없다. 

그로부터 7년이 지난 지금도 전동화차는 뉴스에 등장하는 빈도에 비하면 순수 전기차의 연간 전 세계 판매대수가 50만대에 미치지 못할 정도로 빈약하다. 대신 토요타가 이끄는 하이브리드 전기차와 독일 메이커들이 중심이 되어 있는 플러그인 하이브리드 전기차가 부상해 있다. BMW와 아우디는 이미 전 라인업에 플러그인 하이브리드 버전을 추가한다는 계획을 발표했다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

그리고 오늘의 주제인 메르세데스 벤츠는 ‘진화형 내연기관’과 ‘플러그인 하이브리드 테크놀러지’, 그리고 ‘전동화와 연료전지’ 등 세 가지 주제를 바탕으로 기술개발을 추진하고 있다. 이는 환경과 에너지 문제를 해결하기 위한 큰 틀이다. 

메르세데스 벤츠는 가까운 미래에 모든 모델을 전동화한다는 전략을 발표했다. 가까운 미래라는 표현이 애매하기는 하지만 당장에는 큰 틀을 그렇게 잡고 있다는 것이다. 메르세데스-벤츠는 현재 플러그인 하이브리드의 라인업을 강화 중이다. 이미 'C 클래스'나 'S 클래스'의 차명에 'e'를 붙인 플러그인 하이브리드 모델을 추가하고 있다. 메르세데스-벤츠는 이러한 변화에 더욱 속도를 높인다. 2016년에는 'GLC 쿠페'와 신형 'E클래스'에 플러그인 하이브리드 모델을 추가해 전동화 차량을 8개 차종까지 추가한다. 또한 2017년에도 13개 차종으로 확대해 나갈 계획이다.

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270
 
메르세데스 벤츠의 전동화 전략은 48볼트 마일드 하이브리드를 시작으로 BEV(순수 전기차), PHEV(플러그인 하이브리드 전기차), FCEV(연료전기전기차) 등 모든 부문을 포함하고 있다. 

우선 48볼트 시스템은 기존 12볼트 전원에 48볼트 보조 전원시스템을 추가한 것을 말한다. 엔진과 기어박스 사이에 전기모터를 배치하고 ISG(Integrated Starter Generator)의 탑재와 세트를 이룬다. 엔진 시동과 경미한 구동 어시스트, 감속시의 에너지 회생을 하는, 소위 말하는 마일드 하이브리드다. 48볼트화는 한꺼번에 많은 전력을 사용할 수 있도록 고효율화가 추구되는 한편, 풀 하이브리드 만큼의 고전압이 아니기 때문에 안전대책이 쉬워진다는 이점이 있다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

48볼트 시스템에는 1kWh 의 작은 리튬 이온 배터리가 사용되는데 전용 스타터 제너레이터를 사용한다는 점이 포인트다. 이로써 에너지를 회생하고 아이들링 스톱에서의 엔진을 재시동한다. 또 48볼트의 전압을 이용해 스타터 제너레이터는 발진 가속을 보조할 수도 있다. 스타터 제너레이터가 회생한 전력은 다른 기기에도 사용할 수 있다. 적은 비용으로 비약적인 효율을 얻을 수 있다는 것이 장점이다. 

하지만 이 시스템의 구축을 한 업체가 독자적으로 할 수는 없다. 때문에 독일에서는 자동차업체와 부품업체가 공동으로 연구개발을 추진하고 있다. 48볼트 시스템은 이미 2016년 5월 아우디가 SQ7 TDI에 채용해 선보였다. 세계 최초로 전기 터보를 구동하기 위해 사용하는 것이다. 뒤를 이어 메르세데스 벤츠와 BMW, 포르쉐도 채용을 적극적으로 추진하고 있는 것이다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

48볼트 시스템은 마일드 하이브리드와 전동 터보 뿐 아니라 앞으로 PHEV에도 적극적으로 이용될 것으로 전망되고 있다. 예를 들어 메르세데스 벤츠는 2017년 출시 예정인 S550e에 48볼트 시스템을 채용한다고 발표했다. 

S550e는 배터리도 진화해 기존 8.7kWh에서 13.3kWh로 용량을 늘림으로써 EV모드의 주행거리를 48km까지 늘린다. 그것을 바탕으로 2020년경에는 플러그인 하이브리드 전기차의 EV모드 주행을 100km까지 늘린다는 계획이다. 내연기관차의 도시 진입을 막는 추세에 대응하기 위함이기도 하다. 
7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

한가지 특이한 뉴스는 배터리의 발전이다. 리튬 설퍼(Li-S) 즉 리튬황 배터리의 개발에 관한 뉴스다. 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 1kg 당 100kWh인데 + 극에 유황, -극에 리튬을 사용하는 리튬 설퍼의 중량당 에너지 밀도는 리튬 이온의 약 3배라고 한다. 

나아가 +극에 산소를 시용하는 리튬이온 공기전지의 경우 에너지 밀도가 리튬 이온의 약 4~5배에 달한다고 한다. 다만 열로 인해 충전된 전기 중 1/3이 손실되는 문제와 전력의 저장 기간이 길지 않다는 문제로 인해 아직까지 기술이 활성화되지 못했다. 메르세데스 벤츠가 2025년 실용화를 목표로 하고 있는 것이 이 리튬 이온 공기전지라는 소문도 있다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

리튬 이온 공기전지에 대해서는 바텔 에너지 얼라이언스(Battelle Energy Alliance)와 MIT에서 핵 과학과 엔지니어링을 담장하는 교수인 주 리(Ju Li)와 연구팀은 이와 같은 문제들을 극복할 수 있는 기술을 찾고 있으며, 전기 자동차 뿐 아니라 스마트폰에도 사용할 수 있는 기술을 개발 중인 것으로 알려졌다. 
 
주 리 연구팀이 접근하는 방법은 나노리시아 캐소드(nanolithia cathode) 방식으로, 현재의 리튬 산소 전지보다 더 다양하게 사용할 수 있으며, 공기를 이용해서 화학 반응을 일으킨다. 그러나 연구팀은 충전과 방전을 거듭하는 과정에서 산소가 다시 기체로 돌아갈 필요가 없는 방법을 찾아냈다. 산소는 기체로 환원되는 대신 내부에 남아있게 되며, 그 외에도 다양한 방법으로 인해 전체 충전량 중 열로 손실되는 전기의 비율은 8%에 불과하다고 한다.

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

만약 이와 같은 방법이 실현된다면, 배터리의 급속 충전도 가능하고 좀 더 긴 수명을 갖게 된다. 현재 이 방법은 특허 출원을 진행 중이며, 프로토 타입은 2017년 여름까지 만들어지고 생산까지는 이후 18개월 정도가 걸릴 것이라고 한다. 사실 이 프로젝트의 가장 큰 벽은 역시 돈이며, 이 때문에 연구팀은 투자자를 찾고 있는 중이다. 

전동화차에 사용되는 배터리는 충전 문제도 중요하다. 메르세데스 벤츠는 PHEV의  EV모드 항속거리 50km를 실현하고 있으며 비접촉 충전 시스템을 채용하고 있다. 주차장 등의 플로어에 충전 설비를 설치하고 그 위에 자동차를 올려 놓으면 커넥터의 접속없이 충전이 가능하다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

충전은 계기판 안에 표시된 영상 가이드에 따라 플로어에 설치된 베이스 플레이트에 차 바닥 아래의 코일을 겹치게 주차하면 자동으로 이루어진다. 베이스 플레이트의 출력은 3.6kW로 2시간 30분이면 완전 충전된다. 

PHEV의 당면 과제는 충전 방법과 인프라다. 비접촉 충전은 우선 후자에 있어 혁명적인 진화가 필요할 것으로 보인다.  

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270

마지막으로 그동안 메르세데스 벤츠가 가장 적극적인 자세를 보여온 수소연료전지 전기차에 관한 것이다. 다임러 AG는 2017년에 첫 양산형 연료전지 전기차를 출시한다고 발표했다. 이 차는 외부 전원으로도 충전할 수 있는 타입으로 수소를 에너지로 하는 플러그인 하이브리드인 것이다. 
 
메르세데스 벤츠의 연료전지 전기차는 SUV GLC를 베이스로 내장한 배터리와 조합된다. 수소와 전기를 완충한 상태에서 500km를 주행할 수 있다. 플러그인 하이브리드 타입으로 하는 것은 수소 충전소의 구축이 늦어지고 있기 때문이라고. 물론 EV모드의 주행 가능거리는 100km를 넘는다. 

7288c0ed586ef4fc740a3fd41a3be38b_1471270
 
이 외에도 항속거리 연장형 배터리 전기차(EREV)도 2016 파리살롱을 통해 공개한다. 기술적으로 500km를 주행할 수 있다고. 

전동화는 에너지와 환경 문제 해결을 위해 피할 수 없는 인류의 과제로 부상해 있다. 그 과정이 어떻게 진행될지는 미지수다. 특히 거대 자본이 장악하고 있는 화석연료 시장에서 신재생 에너지가 얼마나 빨리 자리를 잡을지도 알 수 없다. 그러나 역사가 증명하듯이 거대한 흐름은 거역할 수 없다. 
  • 페이스북으로 보내기
  • 트위터로 보내기
  • 구글플러스로 보내기
우측배너(위)
우측배너(아래)