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메르세데스 벤츠의 전동화와 직렬 6기통, 그리고 AIZ

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2017-01-13 13:13:08

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2017년 파워트레인 부문에서의 주목할 것은 전동화를 위한 기술의 발전과 내연기관 엔진에서의 새로운 움직임이다. 전동화를 위한 기술은 다양하지만 우선 주목을 끄는 것은 리튬 이온 배터리의 항속거리에 관한 것이다. 내연기관에서는 모듈러 엔진의 기술 진화와 직렬 6기통 엔진의 부활이다. BMW 외에는 대부분이 20세기 말을 기해 생산을 중단했던 직렬 6기통 엔진이 올 해 메르세데스 벤츠를 시작으로 양산차에 탑재된다. 여기에서는 메르세데스 벤츠의 전동화와 직렬 6기통에 관한 소식, 그리고 메르세데스 벤츠의 새로운 실험센터(AIZ)에 관해 소개한다.

 

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2016년 말 2016 파리오토살롱에 메르세데스 벤츠가 한 번 충전으로 500km를 달릴 수 있는 전기 구동 SUV E.Q를 발표하고 폭스바겐이 600km를 달릴 수 있는 전동화차 ID컨셉트를 내놓은 데 대한 흐름에 관한 칼럼을 게재한 바 있다. ‘전동화 시대, BEV일까, PHEV일까?’라는 제목의 칼럼에서는 메르세데스 벤츠는 2025년까지 10개 차종의 배터리 전기차를 출시할 계획이며 폭스바겐은 2020년에 골프 디젤과 같은 가격대의 전기차를 출시하겠다는 것도 포함되어 있었다. 나아가 2025년까지 배터리 전기차를 연간 100만대 판매하겠다는 내용도 있었다.

 

글로벌 차원에서 보면 배터리 전기차의 판매는 하락세다. 독일 만 해도 2015년 BEV의 점유율은 1%를 넘지 못했다. 2016년에도 8월까지 BEV의 누계 등록대수는 833대에 불과했다. 2016년 6월의 1,032대보다 크게 줄었다. 이는 전체 자동차 판매대수의 0.24%에 지나지 않는 수치이다. 그런데 BMW의 전동화 브랜드 i의 판매의 2016년 판매대수는 11월까지 2만 6,235대였다. 당초 연간 판매 2만 5,000대를 목표를 넘겼다.

 

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2017디트로이트오토쇼에서는 GM의 쉐보레 BEV 볼트(Bolt)가 올 해의 차로 선정됐다. 한 번 주행으로 383km를 주행할 수 있다는 인증을 받은 모델이다. 배터리셀 부문에서 LG화학과 함께 세계시장을 주도하고 있는 삼성SDI도디트로이트 모터쇼에서 20분 급속충전 기술을 접목한 ‘고 에너지밀도 600㎞ 주행 배터리 셀’과 고용량이면서 무게와 부품 수를 10% 이상 대폭 줄인 ‘확장형 배터리 모듈’을 내놓았다. 배터리 셀과 배터리 팩의 가격도 꾸준히 하락하면서 배터리 전기차에 대해 새로운 전망을 하게 한다.

 

이런 상황에서 메르세데스-벤츠가 BMW의 서브브랜드인 'I'같은 EQ 브랜드를 런칭한 것은 시사하는 바가 크다. EQ시리즈에는 EQA, EQC, EQE, EQS가 하위 네이밍으로 구분되고 있다. 메르세데스-벤츠의 각 클래스별 이름과도 일치한다. 이 네이밍은 각각 A 클래스, C 클래스, E 클래스, S 클래스의 EV 모델에 사용되는 것이다. 2020년까지 총 4개의 모델이 출시될 예정이며 서브 브랜드를 운영하게 된다.

 

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메르세데스 벤츠의 전동화를 위한 준비 중 가장 눈길을 끄는 것은 배터리 공장의 건설이다. 2016년 10월 24일 자회사 도이치 아큐모티브(Deutsche Accumotive) 제2전기 공장 기공식을 가졌다. 다임러AG는 2014년 봄 리-텍 배터리 GmbH와 도이치 아큐모티브 GmbH의 추가 지분을 인수했다. 리-텍 배터리 GmbH와 도이치 아큐모티브의 지분 인수는 전기차 배터리에 더욱 적극적인 투자를 하겠다는 것이다.

 

다임러와 에보닉은 지난 2008년에 리튬 이온 배터리 합작사를 설립했다. 에보닉은 다임러가 90%의 지분을 갖고 있으며 리-텍은 에보닉의 자회사였다. 에보닉과 리-텍은 보쉬와 BASF, 폭스바겐 등이 포함된 LIB 2015(Lithium-Ion Battery) 컨소시움의 멤버이기도 하다. 도이치 아큐모티브는 지난 2009년에 설립된 합작사로 다임러를 포함한 여러 자동차 회사가 지분을 참여했었다.

 

2014년 12월에는 도이치 아큐모티브에 1억 유로를 투자한다고 발표했다. 추가 투자를 통해 리튬 이온 배터리의 생산을 늘린다는 계획이며, 증산은 2015년 여름부터 시작됐다. 도이치 아큐모티브는 독일 드레스덴 근교의 카멘츠에서 공장을 가동하고 있다. 라인이 확대로 생산은 2011년 대비 4배로 늘었다.

 

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도이치 아큐모티브는 3가지 타입의 리튬 이온 배터리 시스템을 생산 중이다. 이곳에서 생산된 배터리 팩은 S 300 블루텍 하이브리드와 S 400 하이브리드, E 300 블루텍 하이브리드, C 300 블루텍 하이브리드 등에 탑재되고 있다. 다임러는 리텍의 전지 생산을 중단하는 대신 도이치 아큐모티브의 생산을 늘렸다.

 

제 2공장은 카멘츠에 있는 1공장 부근에 약 8만 평방 미터의 부지에 건설된다. 2017년 4월 착공해 2018년 6월 완공을 목표로 하고 있다. 마찬가지로 메르세데스 벤츠와 스마트의 모든 BEV와 PHEV용 리튬 이온 배터리를 생산하게 된다. 그 외에도 메르세데스 벤츠의 일반 주택용 에너지 저장 시스템을 위한 리튬 이온 배터리의 생산과 앞으로 채용이 확대될 것으로 보이는 48V 온보드 네트워크 시스템도 생산한다.

 

2016 파리살롱에 출품된 항속거리 500km의 EQ가 2019년 출시될 예정인데 이 후 2025년까지 10개 이상의 EQ시리즈에도 이곳에서 생산되는 리튬 이온 배터리가 탑재된다.

 

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다임러AG는 현재 배터리사업에 10억 유로 이상을 투자할 계획이다. 이번 카멘츠 공장에의 5억 유로도 거기에 포함된다. 그렇게 해서 메르세데스 벤츠의 글로벌 배터리 생산 거점이 되게 된다.

 

또 새로 건설되는 공장은 태양광 발전 시스템과 코제너레이션(cogeneration) 유닛을 에너지 저장 시스템과 조합해 CO2제로 시설로 만들어진다. 솔라 패널은 축구장 두 개의 면적을 가진 신공장의 옥상에 설치되며 2메가와트의 발전용량을 갖는다.

 

메르세데스 벤츠는 2025년이 되면 10개 이상의 BEV가 라인업되며 동시에 PHEV로 확대해 나간다는 전략이다. 여기에 48V 시스템의 도입도 더 해 고효율의 배터리 시스템에 많은 비중을 두고 있다. 또한 이들 시스템은 차량 아키텍처(플랫폼)과 일체화되어야 하는데 이런 복잡한 시스템의 개발과 생산에 그동안 축적해 온 노하우가 반영될 것이라고 밝히고 있다.

 

 

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또 하나 주목을 끄는 것은 직렬 6기통 엔진에 관한 것이다. 메르세데스 벤츠는 1997년까지 직렬 6기통 엔진을 갖고 있었다. 하지만 보행자 보호 문제 등으로 V6(M12)화 해 지금은 M272라는 코드네임의 V6가 주류를 이루어왔다.

 

하지만 모듈 구조에 의한 다양성을 고려해야 하고 주력 모델을 V6에서 직렬 4기통으로 전환하는 것은 한계가 있다는 점 때문에 직렬 6기통의 필요성이 대두됐다. 그래서 기통당 500cc의 3리터로 최고출력 408ps, 최대토크 500Nm을 발휘하는 직렬 6기통 엔진이 올 해 안에 S클래스에 탑재된다.

 

여기에 양산 엔진으로는 처음으로 48V시스템이 채용된다. 그로 인해 우선 통상의 배기터보에 더해 전동 터보(보조 전기 터보)가 장비되어 저회전역에서 발생하는 터보의 효율 저하를 해소할 수 있게 된다. 충분한 배기압이 나오지 않은 상황에서도 전력으로 터빈을 돌려 과급을 보조해 주행성이 향상된다.

 

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이 외에도 트렁크에 직결된 ISG(Integrated Starter Generator)는 아이들링 스톱의 재 시동을 부드럽게 하는 효와 부스트 효과도 있다. 물론 이 시스템은 환경 성능에도 좋아 구형 V6에 비해 이산화탄소 배출량은 약 15% 저감된다고 한다. 또한 브레이크 에너지 회생의 효과도 좋아 회수되어 48V 리튬 이온 배터리에 충전된 에너지는 전기 터보 외에 워터 펌프와 에어컨 컴프레서의 구동에도 이용될 수 있다.

 

다임러는 배터리 공장 외에 신형 엔진의 개발에도 30억 유로를 투자하고 있다. 이는 전동화가 배기가스와 연비 규제로 인해 필수품으로 떠 올랐지만 상당한 기간 동안 내연기관이 주류인 것은 변함이 없다는 생각을 갖고 있다는 것을 말해 준다.

 

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한편 다임러AG는 새로운 개발시설 AIZ(Powertrain Integration Center)도 2016년 10월 말 오픈했다. 슈투트가르트 교외 진델핑겐에 위치한 AIZ는 10개의 실험실을 갖추고 있는데 표고 5,000m, 온도 영하 30도에서 영상 40도까지의 조건이 재현 가능하다.

 

AIZ에서는 FF, FR, 4WD 등 구동시설은 물론이고 전통적인 내연기관과 HEV, PHEV, BEV, 그리고 FCEV에 이르기까지 다양한 데이터를 측정할 수 있는 실험실을 갖추고 있다. 이곳의 섀시 다이나모에서의 측정은 테스트차에 타이어를 장착한 차량을 돌리는 것이 아니라 벤치상의 차량 구동축이 직접 측정기와 연결되어 있다. 그리고 이미 입력된 주행 조건에 따라 다양한 테스트를 할 수 있다.

 

이곳에는 또한 모든 수소를 포함한 자동급유장치가 설비되어 있어 24시간, 또는 장기간의 테스트도 가능하다. 이 벤치에서 테스트중인 브레이크 에너지의 98%는 전원회로에 회수되는 친환경적인 장비이다. 그 에너지의 양은 10개 실험실의 온도관리 에어컨의 연간 사용 전력량의 2/3를 충당할 수 있다. 다임러AG는 이 AIZ에 6억 유로를 투자하고 있다.

 

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