경제

전기차 배터리 난제, 국내 중소기업이 풀었다

입력 2018.12.18. 03:38
음성 기사 옵션 조절 레이어
번역beta

Translated by kakao i

번역할 언어 선택
글자 크기 조절 레이어
바이젠, 유압장치 없는 자동변속기 기술 개발

[서울신문]

김복성 바이젠 대표

국내 중소기업 바이젠이 구조가 복잡한 유압장치 없이 자동 변속이 되는 변속기를 세계 최초로 개발해 화제다. 배터리 주행거리를 대폭 늘려 전기자동차·전기바이크 등의 연비를 개선하고 가격을 낮출 수 있는 핵심기술이다.

바이젠이 개발한 전기차량용 ‘In-Wheel 4단 자동 변속기모터’(이하 변속기모터)는 변속기와 모터를 일체화시켜 각각의 차량 바퀴에 직접 장착하는 방식이다. 유압장치를 없애 자동변속기를 기존의 10분의 1 이하로 소형·경량화했기에 구현할 수 있는 방식이다.

전기자동차에서 자동변속기가 중요한 이유는 배터리의 주행거리와 관련이 있다. 모터는 에너지 효율이 가장 높은 정격RPM 영역에서 벗어날수록 효율이 급격히 떨어지는데, 정격RPM을 유지하려면 모터에 적합한 변속기 개발이 절실했다. 모터의 효율이 떨어지니 배터리 탑재량을 늘릴 수밖에 없었고, 이 때문에 생산원가가 높아졌다.

내연 자동차도 엔진의 효율을 높이기 위해 변속기를 사용한다. CVT(연속변속기)를 포함해 내연 자동차에서 사용하는 모든 자동변속기는 유압장치를 사용하는 방식으로 전기자동차에는 적합하지 않았다. 변속기 자체의 부피가 크고 무거웠기 때문이다. 바이젠의 기술이 세계적으로 주목받을 만한 이유가 여기에 있다. 자동변속기의 크기를 획기적으로 줄여 바퀴에 직접 장착하는 기술은 세계 주요 자동차 기업들이 시도해왔지만 구현하지 못한 기술이다.

이 같은 기술을 실용화한 바이젠의 변속기모터를 전기 이동수단에 적용하면 같은 용량의 배터리로 주행거리를 크게 늘릴 수 있다. 서울과학기술대학교 친환경 자동차 기술연구소의 테스트 결과 변속기모터는 정속주행 시 비교 대상 전기2륜차량 대비 주행거리가 최소 50%, 많게는 100% 이상까지 길게 측정됐다. 서울 도심지에서 실시한 주행 테스트에서는 2.4 배터리로 5시간 동안 102㎞를 주행했다. 비교 모델의 2배 정도 되는 거리였다.

연구소의 시험 결과만으로도 놀라운 연비 향상이 확인되지만 향후 상용 모델에 적용되면 더욱 차이가 커질 것으로 기대된다. 모터의 특성상 속도가 빠른 고속 차량일수록 정격RPM 영역에서 벗어나는 속도 범위가 넓어지기 때문이다. 따라서 다단 변속기의 연비 향상 효과도 더욱 크게 나타나게 된다.

김복성 바이젠 대표는 “너무나 혁신적이니까 다들 검증 시험 자체를 받아주질 않았다”면서 “말로 아무도 믿어주지 않던 중에 다행히 서울과기대 연구소에서 승인을 했고 정밀한 자료를 얻을 수 있었다”고 시험 과정을 설명했다.

자동변속기를 장착한 오토바이.

2010년부터 연구… 전기차 혁신 발판 마련

변속기모터 기술은 다가오는 전기자동차 시대를 감안할 때 그 중요성이 매우 크다. 이는 전기자동차의 생산 비용과 직접적인 관련이 있다. 전기자동차가 기존 엔진 차량보다 부품은 1/3밖에 안 되면서도 가격이 상대적으로 높은 배터리 때문인데 변속기모터로 이 문제를 개선할 수 있다. 배터리뿐 아니라 모터와 제어장치 등의 핵심 파워트레인 비용도 절감하게 된다. 또 정격RPM 영역에서 모터를 회전시키면 과부하로 인한 열 발생이 없어 수냉식 냉각장치가 필요 없어진다.

유압장치 없는 자동변속기 기술 개발의 배경에는 김복성 대표의 오랜 노력이 있다. 2010년부터 연구를 시작해 2012년부터는 모든 일을 접고 이 연구에만 매달렸다. 그사이 개발 비용도 100억원 넘게 들어갔다. 그는 “엄청난 시행착오를 거쳤다. 아주 끔찍했다”고 기술개발 과정의 어려움을 돌아봤다.

바이젠은 변속기모터 기술을 바탕으로 정3륜 틸팅 차량을 2019년에 제작할 계획이다. 배터리를 포함한 차량 무게가 300kg 정도로 가벼울 것으로 예상된다. 제조원가를 낮춘 만큼 전기차 대중화에 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

한편 바이젠은 현재 기술을 더욱 고도화해 5단 자동변속기를 제작 중이다. 김복성 대표는 “엔진 자동차보다 싼 차를 만드는 것이 꿈이었다”면서 “소비자가격 기준으로 1000만원대 초반이 넘지 않는 자동차를 내놓을 계획”이라고 밝혔다.

정태기 객원기자 jtk3355@seoul.co.kr