마일드 하이브리드로 가는 다임러

다임러 테크데이 - 드라이브트레인

2016년 09월호 지면기사  /  글│한 상 민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr


 

지난 6월 다임러는 친환경 파워트레인 기술에 2년 간 70억 유로(약 8조 5,400억 원)를 투입한다고 밝혔다. 요약하면, 다임러는 전체 모델에 대해 내연기관과 배터리 파워 구동 시스템을 모두 제공하는 전 세계 유일의 카 메이커가 될 것이다. 메르세데스 벤츠는 2020년까지 배터리 전기차 전용 아키텍처를 개발하고, 내년 중 플러그인 연료전지차 GLC F-CELL을 라인에 투입할 것이다. 그러나 핵심은 새로운 가솔린, 디젤 엔진의 내연기관과 48V 마일드 하이브리드화, 그리고 플러그인 하이브리드다.

 

다임러는 내일의 이동성에 대해 한 가지 타입의 파워트레인에 의존하지 않는다. 다양한 기술의 가능성은 차량 모델과 소비자 요구에 맞춰 조종된다.
토마스 베버(Thomas Weber) 박사는 “고객들은 효율성을 위해 소위 말하는 ‘작은 차’로의 희생을 원치 않는다. 이것이 우리가 더욱 지능적인 기술을 통해 효율성을 강화하고 지속적으로 모든 모델 시리즈에 이를 반영하는 이유”라며 “가솔린, 디젤, 플러그인 하이브리드, 배터리 전기차, 연료전지차 등 다양한 타입의 파워트레인은 각각의 타당성과 기회를 갖고 있다”고 말했다.

최근의 새 디젤 엔진 세대에 이어 다임러는 새 가솔린 엔진군을 추가하며 2017년을 위한 출발대에 서 있다. 다임러는 이것이 내연기관의 효율성 기준을 새롭게 할 것으로 여기고 있다. 특히, 가솔린 엔진으로는 처음으로 미립자 필터(particulate filter)를 장착한다. 동시에 48V 온보드 파워 서플라이가 도입되면서 스타터-제네레이터(스톱/스타트 기능)가 기본 사양의 일부가 될 예정이다. 이에 따라 종전까지 고전압 하이브리드 기술 영역에서만 가능했던 연료저감 성능이 마일드 하이브리드화를 통해 내연기관에서 가능해진다.

메르세데스 벤츠의 핵심은 플러그인 하이브리드다. 현재 벤츠는 플러그인 하이브리드 이니셔티브를 진행 중으로, GLC 쿠페 350 e 4MATIC, E 350 e 등 다양한 모델을 쇼룸에 내놓을 계획이다. 특히 이에 대한 기술적인 메이저 도약은 2017년 S 500e의 페이스리프트 버전으로, 더욱 최적화된 지능형 구동 전략과 리튬이온 전지 발전을 통해 처음으로 전기 구동 모드로만 50 km 이상을 주행할 수 있을 전망이다.

토마스 베버 박사는 “다임러는 다음의 2년 간 연구개발 부문에 14억 5,000만 유로(약 18조 원)를 투자할 것인데, 이 중 절반 이상을 친환경 기술에 쓸 것이고 특히 승용차에만 54억 유로(약 6조 6,000억 원)를 투입할 것”이라며 “스마트포투 등 소형차와 매력적인 메르세데스 벤츠 승용차부터 버스, 코치, 후조 트럭까지 우리는 모든 것을 단계별로 전기화할 것이다. 전기이동성 영역에서 그 어떤 제조사도 다임러와 같은 범위의 전기화 차량과 솔루션을 제공하진 않는다”고 말했다.

 


고효율 내연기관 전략
디젤 주도 지속
마일드 하이브리드
미립자 필터

 

메르세데스 벤츠는 지속가능한 이동성 로드맵에 현대적인 내연기관 엔진의 최적화를 핵심요소로 넣었다. 경제적이고 깨끗하며, 특히 유럽에서 높은 대중성을 지닌 디젤 엔진은 다임러의 플릿 배출저감에 매우 중요한 부분이다. 또 다임러는 새 가솔린 엔진군이 2017년부터 새로운 효율성의 기준을 세우게 될 것으로 자신했다.

이와 함께 48V 시스템(온보드 파워 서플라이)이 도입되면서 종전까지 고전압 하이브리드 기술영역에서만 가능했던 연료 저감 성능을 내연기관에서 가능케 할 것으로, 통합 스타터-제네레이터(ISG)와 벨트 스타터-제네레이터(RSG)가 내연기관의 효율성 강화에 중요 컴포넌트가 된다. 디젤 엔진에 기본화 돼 있는 미립자 필터는 메르세데스 벤츠의 가솔린 엔진에도 채용된다.

메르세데스 벤츠는 스스로를 올바른 방향으로 가고 있다고 진단했다. 1995년부터 20년 간 승용차 플릿의 평균 배출은 9.2 l/km(230 g CO₂/km)에서 거의 절반인 5.0 l (123 g CO₂/km)로 낮아졌다. 최근의 메르세데스 벤츠 62개 모델이 이미 120 g/km이하의 배출 성능을 기록했고, 104개 모델은 A+ 또는 A 효율성 라벨을 갖고 있다. 특히 88개 모델에서 디젤은 효율성 챔피언을 차지하고 있다.

따라서 메르세데스 벤츠의 새로운 프리미엄 디젤 엔진군은 당연한 미래의 파워트레인이다.

베버 박사는 “디젤의 미래가 있음을 확신한다. 우리의 새 디젤 엔진은 더욱 효율적이면서 파워풀하며 작고 가볍게 만들어져 미래의 배출 규제에 대응하도록 디자인됐다”며 “실제로 우리의 플릿 연료 소모는 내연기관의 진보로 20년 동안 절반으로 줄었다”고 말했다.

 

 

 

 

디젤 엔진은 중기적으로 메르세데스 벤츠 카와 밴 부문 전체 모델에 널리 적용될 것이고, 프론트, 리어, AWD, 수평대향, 수직대향에 따라 몇몇 출력 폭을 갖게 될 것이다. 예를 들어 4실린더 OM 654는 올봄 E클래스 202d를 통해 데뷔했다. 연비는 종전보다 13% 높아졌다. 흡기, 배기 측면의 에어플로우 최적화, 최대 2050바의 4세대 커먼레인 인젝션 사용과 함께 내부 마찰을 25%정도 줄임으로써 효율성을 더욱 높였다.

파워유닛과 차량 간 인터페이스의 표준화 및 배리언트의 축소인 모듈식 디자인 전략은 새로운 프리미엄 가솔린 엔진에도 적용됐다. 그 대표격인 직렬 6실린더 엔진 M 256과 ISG는 내년 중 론칭된다. 엔진 패밀리에는 RSG와 4실린더 엔진도 포함된다.

이 역시 2017년부터 론칭될 예정이다. 새로운 엔진 세대의 등장은 특히 가솔린과 하이브리드 모델의 경계를 희미하게 만든다. 바로 마일드 하이브리드의 전면화다. 

8V 시스템의 도입은 사실상 거의 모든 메르세데스 벤츠 승용차의 전기화를 뜻한다.
기술은 단계적으로 다양한 모델 시리즈에 도입될 것이다. 48V 시스템은 종전의 12V 시스템보다 동일한 전력을 1/4의 전류로 보낼 수 있어 작은 모터로부터 더 많은 파워를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 포괄적이고 치밀한 안전을 요구하는 60V 이하에 있기 때문에 적은 비용의 저전압 시스템으로도 고전압의 풀 하이브리드의 효율 성능을 쫓을 수 있다. 즉 회생제동, e부스트, 전기 모드 스타트와 같은 중요 풀 하이브리드의 기능을 저전압 시스템에서 실현하는 것이다.

한편 디젤 엔진에 기본 장착되는 미립자 필터가 가솔린 차량의 친환경성을 더욱 높이기 위해 가솔린 엔진에도 적용된다. 이같은 계획은 다임러가 업계 최초다. 메르세데스 벤츠는 S 500에서 2년 이상의 긍정적인 필드경험을 바탕으로 이르면 내년 중 이 기술을 모델 업데이트 차원에서 추가할 계획이다. 그런 후 필터를 다른 새 모델과 업데이트 모델, 새로운 엔진 세대에 통합시킬 계획이다.

 

C클래스 이상 플러그인화
전기 모드 주행 50 km 이상

 

베버 박사는 “플러그인 하이브리드는 지역적인 무배출, 배출규제 클리어에 있어 핵심 기술로, 고객에게 주행거리의 축소 없이 장거리 여행의 이점뿐만 아니라 도심주행에서 풀 전기 모드를 제공하는 최적화된 솔루션을 제공하는 동시에 충전과 같은 미래의 전기이동성을 미리 경험할 수 있게 해준다”고 말했다.

메르세데스 플러그인 하이브리드 이니셔티브는 현재 진행형으로 S 500 e, C350 e 살롱·에스테이트·롱휠 베이스 버전, GLE 500 e 4MATIC, GLC 350 e4MATIC, GLC 쿠페 350 e 4MATIC, E350 e 등이 쇼룸에 도착할 것이다. 메르세데스 벤츠는 이미 많은 플러그인 하이브리드 모델을 갖고 있다. 13개 모델로 구성된다. 최신 E 350 e는 9G-TRONIC PLUS 플러그인 하이브리드 트랜스미션과 최신 세대 전기모터를 조합해 연료소모, 승차감, 다이내믹에서 최고 수준을 자랑한다.

다임러는 다음의 기술적인 메이저 도약을 2017년 페이스리프트 S 500 e로부터 시작될 것이라고 강조한다. 더욱 최적화된 지능형 구동 전략과 리튬이온 전지의 발전으로 전기 구동만으로 50 km 이상을 주행할 수 있게 된다.

플러그인 하이브리드의 강점은 대형차와 혼합 루트 프로파일로 표면화되기 때문에 메르세데스 벤츠는 이 파워트레인 콘셉트를 C클래스부터 적용한다. 전략적인 하이브리드 이니셔티브는 여러 모델 시리즈의 바디 스타일 전환을 가능케 하는 메르세데스 벤츠의 인텔리전트 모듈러 하이브리드 콘셉트를 통해 진행된다.

 


 

 

4세대 스마트 등 12개 모델 BEV

배터리-연료전지의 플러그인 FCEV

 

베버 박사는 “다임러는 전기이동성에 대규모 투자를 하고 있고 시장이 준비됐다고 확신한다”며 “우리가 제공하는 새로운 차량과 함께 전기차를 아직 선택하지 않은 차주에게도 새로운 이동성의 혜택에 대한 영향이 미치길 원한다”고 말했다.

전체 차량 카테고리에서 CO₂ 배출 저감은 다임러의 최대 우선사항이다. 전기이동성은 이런 관점에서 매우 중요한 역할을 한다. 다임러는 이미 시장에 다수의 전기차를 내놓고 있고, 지속적으로 범위를 늘려가고 있다. 기본적으로 다임러가 바라보는 배터리 전기차는 도심형, 세컨드 카다. 그러나 다임러는 배터리 전기차를 위한 멀티 모델 전기차 아키텍처를 새로 개발 중이다. 이 아키텍처를 채택한 첫 모델은 2020년 이전에 시장에 론칭될 것인데 순수 전기 구동으로 500 km를 주행할 수 있다.

베버 박사는 “스포츠카, RV의 용도나 스타일이 적합지 않은 부분이 있듯이 지금의 전기차는 함부르크에서 로마를 가는데 적합하지 않다”며 “예를 들어 우리는 아침에 아이들을 통학시키고 출근을 하고 이곳에서 차를 쉽게 충전한다. 한 가정에는 2대 이상의 차가 있으며 이런 세컨드 카는 장거리 여행에 이용되지 않는다”고 말했다.

스마트포투 일렉트릭 드라이브는 2007년 다임러를 최초의 전기차 양산 메이커로 만들어줬다. 다임러는 이제 밴과 상용차를 포함해 무배출 드라이빙 능력을 갖는 12개 모델 이상을 보유하게 된다. 주행거리는 가까운 시일 내에 획기적으로 확대될 것 이다. 스마트포투, 포포와 같은 4세대 스마트는 올해 안에 시장에 론칭될 예정이다.

스마트포투 쿠페 일렉트릭 드라이브, 스마트 포투 카브리오 일렉트릭 드라이브, 스마트 포포 일렉트릭 드라이브는 9월 파리 모터쇼에서 글로벌 데뷔를 할 것이다. 전체 스마트차량 중 25%가 전기차로 팔리고 있는 미국에서도 뉴 스마트포투 일렉트릭 드라이브가 올해 안에 론칭될 것이다. 유럽에서 포포와 포투는 내년 초 론칭된다.

2017년부터는 혁신적인 플러그인 연료전지 기술의 메르세데스 벤츠 GLC F-CELL이 시장에 론칭된다. 연료전지 기술은 다임러의 파워트레인 전략의 필수 분야다.

베버 박사는 “여전히 인프라가 핸디캡이지만 연료전지가 가진 명백한 장점은 긴 주행거리와 3분 이내의 짧은 재급유 시간”이라며 “수소기술은 도시, 버스와 같은 교통수단에서 수요가 크기 때문에 미래의 무배출 이동성을 위한 주요 에너지원”이라고 말했다.

메르세데스 벤츠의 엔지니어들은 전통적인 엔진부에 들어가는 새로운 콤팩트한 연료전지 시스템 개발을 위해 파트너들과 협력했다. GLC F-CELL은 또 9 kWh급 배터리가 전기모터의 추가적인 에너지원으로 이용돼 사상 처음으로 플러그인 기술을 통한 외부 충전을 할 수 있는 차가 됐다. 이 배터리 시스템과 연료전지의 조합은 지능적인 구동 전략의 개선과 함께 최고의 에너지 효율성과 안락함을 제공한다.

4 kg의 수소를 저장할 수 있고, 리튬 배터리만으로 50 km를 주행할 수 있다. 종합적으로 GLC F-CELL의 주행거리는 NEDC 기준 500 km다.

 


 

 


 

 

이동성 서비스의 전개
에너지 저장장치 사업

 

다임러는 수년간 자동차 제조사에서 모빌리티 프로바이더로의 전환을 시도해왔다.
포커스는 더 이상 자동차만을 생산하는 것이 아니라 이동성 서비스를 제공하는 데 있다.

첫 번째는 충전을 더 쉽게 만드는 것이다. 월박스 충전 시스템을 이용해 가정에서, 또 쇼핑 중, 직장의 주차장, 혹은 거리에서 하는 것처럼 이미 충전 방법은 다양해졌지만, 다임러는 특히 가정에서 무선으로 충전하는 혁신적인 솔루션을 개발해 2017년 부터 상용화할 방침이다. 이 기술의 최초 사용은 S 500 e 페이스리프트 모델부터다.

케이블 연결 충전도 2018년부터 CCS 표준의 DC 충전이 모든 메르세데스 벤츠 차량에서 가능해질 예정이다. 현재보다 더 빠른 충전이 가능한 것이다. 전기차와 플러그인 차량에 대한 메르세데스 벤츠의 서비스는 메르세데스 미 커넥트 기능과 함께 메르세데스 벤츠 월박스 충전 시스템의 설치가 포함된다.

 

 

 

 

 

또 유연하고 네트워크화된, 모든 종류의 교통수단을 고려해 가장 빠른 연결성을 제공하는 서비스를 자회사 무벨(moovel)을 통해 강화하고 있다. 이미 카 셰어링 서비스인 카2고는 130만 명 이상의 고객들이 가입해 이용하고 있고, 마이택시는 40개 유럽 도시에서 서비스되고 있다.

한편, 다임러의 100% 자회사 도이치 어큐모티브(Deutsche ACCUMOTIVE)는 고도로 복잡한 드라이브 배터리 개발 및 생산과 관련해 노하우를 확대하고 있다. 또 누셀시스(NuCellSys)는 차량용 애플리케이션을 위한 연료전지 시스템의 개발 및 제조에 있어 글로벌 리더가 되고 있다. 전문가 네트워크 또한 보쉬와 전기모터 개발을 위한 임모티브(EM-motive), 포드와 연료전지 스택을 위한 AFCC, 수소 인프라를 위한 H₂ 모빌리티와의 파트너십 등을 통해 확대되고 있다.

2009년 설립된 어큐모티브는 독일 카 메이커가 소유한 유일한 배터리 생산기지로 5억 유로의 투자와 함께 캐파를 확대 중이다. 2009년 리튬이온 기술의 도입은 에너지저장 기술과 이를 통한 전기이동성의 실현을 가능케 했다. 같은 해 메르세데스 벤츠는 S 400 하이브리드와 함께 리튬이온 기술을 시장에 내놓은 전 세계 최초의 카 메이커가 됐다. 이 배터리가 현재 다임러의 플러그인 하이브리드, 배터리 전기차의 기반이 되고 있다. 현재 배터리 관련 기술 진보는 다가오는 10년 동안 가장 장래가 촉망되는 차세대 리튬 배터리인 리튬서퍼(lithium-sulphur)를 통해 기대되고 있다.

2015년 다임러는 에너지 저장장치 비즈니스와 관계되며 자동차 부문 밖에서 새로운 기회를 열게 됐다. 다임러는 메르세데스 벤츠 브랜드의 에너지 저장장치의 개발과 글로벌 보급을 위한 ‘메르세데스 벤츠 에너지’를 설립했다. 모빌리티 하우스(Mobility House), 지이텍(GETEC)과는 조인트벤처 임베이스(Embase)를 설립해 독일 베스트팔렌의 뤼넨에 전력 수요안정화를 위한 에너지 저장시설을 만들었다. 용량은 13 MW급으로 세계에서 두번째로 크다.

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