전동화의 가속화를 위한 다양한 노력이 경주되고 있다. 우선은 기술적인 문제의 해결을 위한 연구개발이 진행되고 있고 인프라 구축을 위한 방안도 마련하고 있다. 2009년 미국 디트로"/> 전동화의 가속화를 위한 다양한 노력이 경주되고 있다. 우선은 기술적인 문제의 해결을 위한 연구개발이 진행되고 있고 인프라 구축을 위한 방안도 마련하고 있다. 2009년 미국 디트로"/> 아우디의 연료전지 전기차 프로젝트 > 스페셜이슈 | 글로벌오토뉴스

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아우디의 연료전지 전기차 프로젝트

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글 : desk(webmaster@global-autonews.com)
승인 2016-08-22 18:02:48

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전동화의 가속화를 위한 다양한 노력이 경주되고 있다. 우선은 기술적인 문제의 해결을 위한 연구개발이 진행되고 있고 인프라 구축을 위한 방안도 마련하고 있다. 2009년 미국 디트로이트 메이커들이 촉발은 현대의 전기차 바람은 7년이라는 시간이 지났지만 아직까지 획기적인 발전은 없다. 그럼에도 불구하고 화석연료의 수많은 문제점을 해소하기 위해 전동화는 점차 피할 수 없는 과제로 인식되어지고 있다. 크게는 배터리 전기차(BEV)를 시작으로 하이브리드 전기차(HEV), 그리고 그 두 가지의 결합이라고 할 수 있는 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)가 중심을 잡고 있다. 여기에 한 가지 더 연료전지 전기차(FCEV)에 대한 관심이 새롭게 부상하고 있다. 아우디의 연료전지 전기차의 개발 현황을 간단하게 짚어 본다. 

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FCEV에서는 메르세데스 벤츠가 가장 적극적인 행보를 보여왔다. 하지만 시판 모델은 혼다와 토요타, 현대자동차들이 더 먼저 내놓았다. 일정 비율의 점유율을 논할 단계가 아니라는 점에서 주목을 끌고 있지 못해왔지만 전동화의 물결에서 새로운 트렌드가 감지되고 있다.

다임러 AG는 2017년에 첫 양산형 연료전지 전기차를 출시한다고 발표했다. 이 차는 외부 전원으로도 충전할 수 있는 타입으로 수소를 에너지로 하는 플러그인 하이브리드인 것이다. 그동안 수소 연료전지 전기차의 기술 개발에 집중해 왔던 메르세데스 벤츠가 충전소의 미비 등 사회 인프라의 부족을 감안해 내놓은 대안이다. 

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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. 

그리고 오늘의 주제인 아우디가 2016 디트로이트오토쇼에 출품한 연료전지 전기차 프로토타입도 새로운 대안으로 부상하고 있다. 아우디의 연료전지차에는 h-tron이라는 서브 네임이 들어간다. 디트로이트 오토쇼에는 ‘h-tron 콰트로 컨셉트’라는 컨셉트카를 내놓았다.  

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아우디의 FCEV는 플랫폼 사용부터 전략적이다. 엔진을 세로로 배치한 앞바퀴 굴림방식을 베이스로 하는 그룹 내 MLB 에보를 유용하고 있다. 이 플랫폼의 특징은 가솔린과 디젤차의 공유비율을 높여 큰 폭의 비용저감을 실현하고 있다는 것이 포인트다. 이런 사고방식은 폭스바겐의 모듈러 플랫폼 MQB가 시작이고 프리우스부터 채용되기 시작한 토요타의 새로운 플랫폼 TNGA에도 반영되어 있다. 

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‘h-tron 콰트로 컨셉트’에 탑재되는 FC스택은 폭스바겐 아우디 그룹이 개발해 온 5세대에 해당하는 것이다. 최고출력은 110kW이고 1.8kWh의 리튬 이온 배터리를 사용하고 있다. 토요타의 시판 연료전지 전기차 미라이가 하이브리드를 핵으로 하고 있는데 비해 아우디는 EV기술을 기본으로 하고 있다는 점이 다르다. 2차 전지에서 추출한 출력은 100kW이고 시스템 출력은 210kW다. 

‘h-tron 콰트로 컨셉트’는 앞뒤 차축에 모터를 배치하고 네바퀴를 구동한다. 앞 차축에 최고출력 90kW의 모터, 뒤 차축에 140kW의 모터를 탑재하고 인텔리전트 매니지먼트 시스템이 상황에 따라 에너지 배분을 제어해 최고의 성능과 최저의 에너지 소비율을 양립하고 있다. 최대 550Nm의 토크를 발생하며 0-100km/h 가속성능은 7초. 

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아우토반 주행을 전제로 하며 최고속도 200km/h(스피드리미터 작동)에 달한다. 신유럽 연비 모드로 100km주행에 약 1kg의 수소가 사용된다. 

참고로 2014년 LA오토쇼를 통해 공개되고 일본시장부터 시판에 들어간 토요타의 미라이는 미라이는 한 번 충전으로 가능한 주행 거리는 482km이며 충전에는 3~5분이 걸린다. 미라이에는 TFCS(Toyota Fuel Cell System)가 핵심이다. TFCS에는 토요타가 개발한 FC 스택과 부스트 컨버터, 고압 수소 탱크가 포함된다. 토요타에 따르면 내연기관보다 에너지 효율이 좋다. 0→60마일(약 96km/h) 가속 시간은 9초이다. 

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FC 스택의 최고 출력은 114kW이고 여기에 113kW의 모터를 조합하고 있다. 리터당 파워는 3.1 kW로 기존의 FCHV-adv보다 2.2배가 높다. 그리고 가정용 연료전지보다 160배나 높은 힘을 낸다. FC 부스트 컨버터의 용량은 13리터이며 전압은 650v이다. 컴팩트한 부스트 컨버터 덕분에 전기 모터와 부품의 수를 줄일 수 있었다. 수소 탱크의 압력은 700바이다. 100km를 주행하는데 수소 0.76kg이 사용된다.

아우디는 FC스택의 고온성능에 더 비중을 두고 있다. 양자 교환막은 열에 약하기 때문에 냉각해서 사용하고 있다. 그만큼 효율이 떨어진다고 할 수 있다.  섭씨 100도 이상의 고온에서 발전가능하면 비열의 이용도 가능하게 되고 또 무엇보다 큰 라디에이터를 필요로 하지 않기 때문에 이점은 크다고 할 수 있다. 

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아우디의 5세대 스택은 기존 스택보다 15도 높은 섭씨 95도에서 발전이 가능하다고 한다. 또 저온특성은 섭씨 영하 28도에서도 기능할 수 있는 성능을 보유하게 됐다. 

수소는 700바로 가압되어 세 개로 분산된 탱크에 수납되어 있다. 뒤 차축 앞뒤에 두 개, 또 하나는 보통은 변속기가 탑재되는 곳에 세로로 배치된다. 이에 따라 합계 6kg의 수소를 탑재할 수 있어 항속거리는 600km에 달하게 된다. 

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아우디측은 ‘h-tron 콰트로 컨셉트’를 2020년에 시판할 예정이라고 밝히고 있다. 그 실용화를 위해서는 재생 가능하는 수소 제조와 인프라 구축이 핵심이다. 그 때문에 언제라도 양산 가능하도록 개발에 박차를 가하고 있다고 한다. 

아우디는 이 외에도 디젤 PHEV와 메르세데스 벤츠와 같은 FC PHEV도 개발하고 있다. 이 모든 것을 가능하게 한 것은 새로운 개념의 플랫폼 MLB evo의 철학에 있다. 모듈러 플랫폼은 비용 저감은 물론이고 다양화를 위해서 필수품이 되어 있다. 
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