지난 제네바 모터쇼에서 르노는 전기차 ZOE의 새 전기 모터를 공개했다. 이 모터는 고도의 파워트레인 제품에 특화돼 있는 프랑스 노르망디의 클레옹 공장에서 제조된 100% 르노산 모터로, 르노의 베스트셀링 전기차 ZOE의 주행거리를 240 km까지 늘리면서 일부 콘티넨탈이 제공하는 모터를 대체한다. 르노는 인하우스 생산 전기 모터와 서브 콤팩트 ZOE를 통해 전기차 판매에서의 손실을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

모터만으로 30 km 늘려

르노의 R 240 새 모터와 이에 최적화된 22 kWh의 리튬이온 배터리팩의 전기 파워트레인은 ZOE 전기차의 파워를 그대로 유지하면서 주행거리를 종전과 비교해 크게 확장한다. 한 번 충전으로 NEDC 기준 210km를 달렸던 ZOE는 더 경량화, 소형화된 새 모터와 최적화된 전자 관리 시스템을 장착하면서 주행거리를 30 km 더 늘려 240km를 달릴 수 있다. R 240 권선형 로터 동기 전동기는 종전과 같이 출력 65 kW, 최대 토크 220 Nm를 기록한다.

새 전기 모터의 개발 과제는 통합, 최소화, 간소화로 요약할 수 있다. 르노의 엔지니어들은 R 240의 크기를 성능 훼손 없이 종전의 콘티넨탈 모터 Q 210 대비 10%나 줄였다. 르노의 모터 디자이너들은 통합에서 매크로-모듈 스태킹을 풀 통합 모듈 방식으로 바꿨고, 최소화에서는 외부 파워 공급 케이블을 없애고 모듈 간 공간을 최소화했다. 정션박스, 파워 일렉트로닉스, 카멜레온 차저는 파워 일렉트로닉스 컨트롤러(PEC)란 하나의 시스템 내에 포함되면서 관련 기능들에 대한 크기를 25% 저감했다.

전기 모터의 간소화 측면에서 내장 모듈 덕팅을 에어 쿨링으로 전환했다. 단지 PEC만 지속적으로 수냉식으로 쿨링한다. 디자이너들은 3 kW, 11 kW의 저전압 인프라를 사용한 충간 시간을 줄이기 위해 충전 프로세스의 전자 매니지먼트를 향상시켰고, 인버터 시스템의 종합적인 재 디자인으로 전기 에너지 효율성을 높였다.

르노에 따르면, 아직까지 전기차는 수익성이 있는 모델이 아니다. 따라서 ZOE의 제품 비용 삭감은 정부의 지원 감소 등 여러측면을 고려했을 때 매우 중대한 부분으로, 인하우스 생산의 R 240의 적용은 종전의 콘티넨탈이 제공하던 Q 210 모터보다 비용을 저감한다. R 240의 장착 비용이 낮은 것은 일부분 일반적인 전기 모터에 쓰이는 값비싼 희토류 자석을 사용하지 않기 때문이기도 하다.

르노는 2011년 10월 캉구 Z.E.를 론칭한 이후 다양한 모델을 6만 5,000대 판매해왔다. 이중 ZOE는 론칭 이후 올 5월까지 2만 5,000대가 팔렸다. 르노는 ZOE의 연간 판매량이 새 모터와 함께 50% 늘어날 것으로 기대하고 있다. 주행거리의 증대란 장점도 있지만 13년 연령 이상의 디젤차를 전기차로 교체하는 것을 장려하는 프랑스 정부의 1만유로 지원이 크게 기대되기 때문이다.

한편, 르노는 콘티넨탈 모터를 채택한 ZOE 역시 지속적으로 팔고 있다. 500유로를 더 지불해야 하는 콘티넨탈 모터 장착모델이 주행거리는 조금 떨어지지만 R 240을 장착한 모델보다 급속충전 호환성이 높기 때문이다.

설비 투자의 최소화

R 240은 노르망디 지역 클레옹 공장에서 생산된다. 사실 클레옹은 Energy dCi(130, 140, 160) 내연 엔진을 심볼로 하는 얼라이언스 내연기관의 심장과 같은 곳이다.

그러나 이 첨단의 명성은 100% 전기차 ZOE에 장착되는 R 240 모터와 함께 공유하게 됐다. R 240의 개발 생산은 2011년 발표된 3억 유로 투자의 일부분이다. 전기차 관련 인프라 개발과 지원이 이뤄지는 동안 전기차의 주행거리와 성능을 최적화할 배터리와 모터 기술 향상을 이루겠다는 르노의 핵심 전략 중 하나다. 배터리 기술은 LG화학 등 배터리 메이커의 몫이라면 모터 등은 르노의 과제인 것이다.

그런데 왜 R 240은 클레옹 공장에서 개발 생산됐을까. 르노에 따르면, 클레옹이 이 프로젝트를 택한 이유는 두 가지다. 하나는 기존 생산 기반 관련이고, 다른 하나는 엔지니어링과 운용팀인데, 이 둘이 R 240 프로젝트의 필수 요건이다. 클레옹 공장의 제품 기반은 새로운 니즈를 위한 기존 생산자원의 재구성과 재사용이란 독창적인 ‘캐리오버(carryover)’를 통해 강화돼왔다.



예를 들어 R 240 프로젝트에는 260개가 넘는 머신과 검사 장비가 투입됐는데, 이중 50% 이상이 이미 이곳에서 사용되던 것들이었다. 이같은 새로운 제품 개발과 생산 기반의 재사용 검토 및 적용은 생산 엔지니어링 부문이 주도했고, 설비는 클레옹의 유지관리 부서의 툴링 팀에 의해 부분적으로 혹은 완전히 전환됐고 재조정됐다. 이런 접근으로 최대 40%까지 투자를 최소화했다.

물론 이 과정에서 품질의 양보는 없었다. 장비의 나머지 50%를 구성하는 혁신적 기계들은 새로운 서플라이어들을 통해 조달했다.
클레옹은 프로젝트가 요구하는 기술, 관련 엔지니어링 능력과 운영 팀을 보유하고 있다. 전 분야에 걸쳐 탁월한 소통과 응용 능력을 보유한 기술 스페셜리스트들이 이곳에 근무한다. 디자인-투-코스트 접근의 한 부분으로 클레옹의 팀들은 엔지니어링 센터가 용이한 생산, 비용 조정과 관련해 가장 적절한 부품을 선택하도록 도왔다. R 240 개발에 대한 6,000시간에 이르는 교육 프로그램은 2012년에 론칭됐다. 이 플랜은 프로젝트와 관계된 모든 종업원에게 적용됐다. 예를 들어 전기 모터에 대한 일반적인 클래스, 설비에 대한 기술 트레이닝 코스, 서플라이어들과의 협업ㆍ운용 및 유지관리 담당자들을 위한 프로그램들이 이에 포함됐다.

정션박스와 전자적 전문성

2년을 조금 넘는 기간 동안 클레옹 공장은 테크노센터 엔지니어링 센터가 개발하고 서플라이어로부터 지속적으로 얻어온 전기 모터 연결 전문지식을 ZOE의 정션박스 생산에 활용했다. 클레옹은 R 240 프로젝트를 통해 전력/전자제어(PEC) 생산품에 대한 확고한 경험을 구축했고 전자 모듈 어셈블리를 완벽히 숙달하게 됐다. 예를 들어 종업원이 특수한 안전 슈즈를 신어야하는 정션박스 조립공장은 플로어 전체를 전도체로 코팅하고 있다.

슈즈에 대한 정전기 방지 대책(ESD) 테스트 머신은 공장 입구에 마련돼 종업원의 손과 플로어 간 전기저항을 검사하며, 공장 내 모든 출입자에게는 ESD 방지 수트 착용이 기본화됐다. PEC 조립공장 내의 이같은 대책은 정전기가 컴포넌트에 피해를 줄 수 있기 때문이다. 고도의 수작업으로 이뤄지는 PEC 조립라인은 180개 컴포넌트의 매우 작은 크기에 대해 극도의 세심함을 요구한다. 정적, 실링, 동적 등의 3가지 테스트가 20가지의 전기적 기준 확인을 위해 모든 PEC에 대해 수행되고 있다.

벤치마킹을 통한 권선 전문기술

파워 일렉트로닉스 제어로 팀은 그들의 에너지를, 예를 들어 로터와 스테이터 권선과 같은 다른 영역에 쓸 수 있게 됐다. 르노와 닛산 간의 비슷한 공통 컴포넌트들을 위한 프로세스 기능들은 전기차 리프(Leaf)를 위해 직접 모터를 생산한 닛산의 경험에서 영감을 얻었다. 클레옹은 또 클레옹에서 30 km 떨어진 지역, 다른 애플리케이션에 대한 전기 모터를 생산하는 기업들의 프로세스 전문지식을 통해 다양한 이점을 끌어냈다. 예를 들어 그들의 토론은 생산 라인과 조립 콘셉트, 특정 머신들의 주의사항 등에 대한 것이었는데, 르노는 이를통해 산업적 모델을 만들고 정의하기 위한 기술적 토대를 공유할 수 있었다.

로터와 스테이터는 전기 파워트레인과 르노의 신기술에 대한 양산기술 요구 관련 혁신의 핵심이다. 2011년 클레옹은 공장의 프로토타입 부서를 위한 최초의 로터와 스테이터 권선기를 구입했는데, 이는 대량생산을 위한 준비에서 기술과 권선기 서플라이어 선택 시 상당한 자산이 됐다.

품질을 위한 타협 없는 테스트

프로젝트의 시작에서 클레옹은 최소, 최대 면적 관점의 설비 구매를 산업적 다양성에서 고려했다. 그 결과 조립라인은 다른 그룹의 차량이나 파트너 차량과 차별된 면적으로 엔진을 생산할 수 있었다. 양산은 프로세스 혁신과 운용 스태프의 기술 습득을 고려해 디자인됐다. 모터 조립 라인은, 예를 들어 프로토타입 단계에서 이미 평가 검증된 모터 크랭크케이스에 권선형 모터를 접합하는 등의 여러 프로세스 혁신을 포함한다. 공장은 두 가지 벤치 테스트를 수행했는데, 하나는 빈 차량에서 여러 엔진 스피드(최대 10,000rpm)에 대한 기능성 체크였고, 다른 하나는 탑승자가 있는 실제 주행상황에 대한 시뮬레이션으로 다이내믹 벤치 테스트를 했다.

최종 조립 라인은 전기 파워트레인 구성을 위해 PEC, 감속 기어(미니 기어박스), 전기 모터(로터, 스테이터와 크랭크케이스) 세 가지 하위 부품들을 조립한다. 전체 파워트레인의 최종 테스트는 차량에 사용된 것과 같은 환경의 100% 제품화 단계로 조립 라인의 마지막에서 처음 실시된다. 르노 클레옹 공장의 R 240 생산능력은 연 5만 유닛이다. 그러나 이 공장은 장기적으로 생산량이 두 배가될 것으로 보고 있다.
 

AEM_Automotive Electronics Magazine