The First Performance Hybrid from Mercedes-AMG
Vision AMG의 전주곡
메르세데스-AMG 플러그인 퍼포먼스 하이브리드
2022년 07월호 지면기사  /  정리 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr



상상을 초월하는 전기차 성능 전쟁이 발발한 가운데 메르세데스-AMG의 야심 찬 전기차 ‘Vision AMG’의 미래가 지난해 긴급 인수한 YASA의 축방향 자속 모터, 그리고 AMG.EA 전용 플랫폼과 함께 2025년으로 약속된 초여름, AMG는 그 전주곡인, 그들 역사상 가장 강력한 주행 성능을 뽐내는 양산 퍼포먼스 하이브리드를 출시했다. AMG GT 63 S E PERFORMANCE는 P3 레이아웃에 4.0리터 V8 바이터보 엔진, 영구자석 여자형 동기모터(PESM), F1에서 영감받은 고성능 배터리, 완전 가변형 AMG Performance 4MATIC+ AWD 시스템을 결합했다. 플러그인 하이브리드는 620 kW, 1,400 Nm 이상 토크를 발휘하고 정지 상태에서 100 km/h까지 가속하는 데 단 2.9초가 걸린다. 

정리 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

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“우리는 Mercedes-AMG GT 63 S E PERFORMANCE를 통해 브랜드 DNA를 전기화된 미래로 옮기고 있습니다. 이 차량은 전적으로 아팰터터바흐(Affalterbach)에서 개발됐습니다. 우리는 21세기의 고성능 럭셔리 브랜드를 경험할 새로운 고객 그룹을 열어가고 있습니다.”
메르세데스-AMG의 필립 쉬머(Philipp Schiemer) CEO가 말했다.

그들에 따르면, AMG 최초의 퍼포먼스 하이브리드는 자체 개발 고성능 배터리와 전기모터를 리어액슬에 올린 P3 드라이브 레이아웃을 특징으로 한다(12 km의 전기주행 범위). Mercedes-AMG GT 63 S E PERFORMANCE(복합연비: 7.9l/100km, CO2 배출: 180g/km, 전력소비: 12.0kWh/100km)는 4.0리터 V8 바이터보 엔진과 전기모터의 조합으로 620 kW(843마력)의 출력, 1,400 Nm 이상의 최대 시스템 토크를 발휘한다. 특히 리어액슬에서 전기 드라이브의 즉각적인 반응, 신속한 토크 빌드업 및 개선된 중량 분배는 새롭고 매우 다이내믹한 운전 경험을 선사한다. 또 배터리는 포뮬러(Formula) 1에서와 같이 빠른 전력공급 및 드로우를 위해 설계됐다. 

요헨 헤르만(Jochen Hermann) CTO는 “우리는 처음부터 AMG의 핵심 브랜드 가치와 고효율을 결합한 개념을 추구했습니다. 프론트에 배치된 내연기관과 리어액슬의 전기 드라이브 유닛은 다양한 이점을 제공합니다. 최적화된 중량 배분, 최대 토크 활용과 신속한 파워 공급은 최고 수준의 드라이빙 다이내믹스를 약속하고 여기에 기존 배터리보다 2배 높은 전력밀도를 갖는 포뮬러 기술에 영감받은 자체개발 고성능 배터리가 추가됐습니다”라고 말했다.




전기차 성능 전쟁이 발발하면서 메르세데스-AMG의 야심 찬 퍼포먼스 전기차 ‘Vision AMG’의 미래가 지난해 긴급 인수한 YASA의 축방향 자속 모터, AMG.EA 전용 플랫폼과 함께 2025년으로 약속된 초여름, AMG는 그 전주곡으로, 그들 역사상 가장 강력한 주행 성능을 뽐내는 양산 퍼포먼스 하이브리드를 출시했다. 사진은 Vision AMG.



PESM과 P3 아키텍처 

AMG GT 63 S E PERFORMANCE는 P3 레이아웃에서 4.0리터 V8 바이터보 엔진, 영구자석 여자형 동기모터(PESM), 고성능 배터리, 완전 가변형 AMG Performance 4MATIC+ AWD 시스템을 결합했다. V8 엔진과 전기모터의 조합은 620 kW, 1,400 Nm 이상 최대 토크를 발휘해 지금까지 아팰터바흐에서 생산된 양산 차량 중 가장 강력한 주행 성능을 뽐내 정지 상태에서 100 km/h까지 가속하는 데 단 2.9초만 걸린다. 200 km/h 도달에도 10초가 걸리지 않는다. 최대 속도는 316 km/h까지다.

파워트레인의 핵심 중 하나인 150 kW(204마력) PESM 전기모터는 리어액슬에 위치해 전기적으로 변속되는 2단 기어박스 및 전자제어식 슬립제한 리어 디퍼런셜(LSD)과 함께 소형 전기 드라이브 유닛(EDU)을 형성한다. 또 경량 고성능 배터리가 리어액슬과 연결된다. 
이 컴팩트한 디자인은 퍼포먼스 카에 다양한 장점을 제공한다. 전기모터가 리어액슬에 직접 작용하기 때문에 스타트, 가속, 추월 시 추가적인 부스트를 위해 동력을 보다 직접적으로 전달한다. 특히 모터 동력은 본질적으로 최대 토크로 적용될 수 있어 민첩한 기동을 가능하게 한다. 게다가 운전자는 전자제어식 LSD 덕분에 눈에 띄는 성능 향상을 경험할 수 있다. 커브를 벗어나 가속할 때에 훨씬 더 민첩하고 더 높은 트랙션과 더 나은 주행 안전성을 제공한다.

리어액슬 슬립 증가에 따라 전기모터의 구동력도 트랙션을 높이기 위해 필요한 만큼 프론트 휠로 전달된다. 풀 가변 AWD의 기계적 연결은 프론트 휠의 구동 샤프트와 프롭 샤프트를 통해 이를 가능하게 한다. 
특별히 보정된 기어비를 갖춘 리어액슬의 자동화된 2단 변속기는 민첩한 시동을 위한 높은 휠 토크에서부터 더 높은 속도에서 안전한 연속 출력까지 보장한다. 전기 액추에이터는 늦어도 약 140 km/h에서 2단 기어에 맞물리며, 이는 전기모터의 최대 속도인 약 13,500 rpm에 해당한다. 


 




Mercedes-AMG GT 63 S E PERFORMANCE는 4.0리터 V8 바이터보 엔진과 전기모터의 조합으로 620 kW(843마력)의 출력, 1,400 Nm 이상의 최대 시스템 토크를 생성한다. 정지 상태에서 100 km/h까지 가속하는 데 단 2.9초가 걸린다. 

사운드  
일반적으로 전기모터가 켜지면 컴포트 주행 모드에서 사일런트 모드로 시작된다. 계기판에는 Ready 아이콘이, 또 AMG 특유의 웅장한 시동음이 라우드스피커를 통해 실내로 방출된다. 특별히 구성된 저주파 속도-종속 AMG 사운드는 전후면에 있는 라우드스피커를 통해 외부로 방출된다. 더 높은 속도에서 고객은 센터 콘솔이나 스티어링 휠의 사운드 버튼을 사용해 ‘밸런스’과 ‘파워풀’ 사이에서 사운드 경험을 선택할 수 있다. 엔진이 가동되면 선택한 설정이 배기 시스템 소리에 영향을 준다. 

트윈-스크롤 터보차저 V8 바이터보 엔진 
밴드는 2,500~4,500 rpm이다. 이는 처음부터 최대 320 Nm를 전달하는 전기모터와 완벽하게 조화를 이룬다. 2개의 트윈 스크롤 터보차저가 부분적으로 높은 출력을 담당한다. 터빈 하우징은 서로 평행하게 흐르는 두 개의 유로로 나뉜다. 배기 매니폴드의 두 개 개별 덕트와 결합해 터빈 휠에 작용하는 배기가스의 운동량을 개별적으로 제어할 수 있다. 

스타터-제네레이터  
벨트 구동식 스타터-제너레이터(RSG)는 교류 발전기와 스타터를 하나의 컴포넌트로 결합하고 10 kW(14마력)의 출력을 제공한다. RSG는 400V 고전압 전기 시스템에 통합돼 있기 때문에 특히 반응이 좋다.

 



고성능 배터리          

전기화 전략을 정의할 때, 메르세데스-AMG는 모든 필수 컴포넌트가 아펠터바흐에서 개발될 것을 처음부터 분명히 했었고, 그 중심에 AMG 고성능 배터리(HPB)를 뒀다. 이 리튬이온 배터리의 개발은 메르세데스-AMG 페트로나스 F1 팀의 포뮬러 1 하이브리드 레이싱카의 극한의 조건에서 이미 입증된 기술이다. 

개발 과정에는 영국 브릭스워스(Brixworth)의 고성능 파워트레인(HPP) 포뮬러 1 엔진공장과 아펠터바흐의 메르세데스-AMG 간 전문지식의 활발한 교류가 있었고, 그 결과 AMG의 고성능 배터리는 연속적이고 빈번한 호출을 위한 높은 출력, 가벼운 중량를 결합해 차량의 전반적인 성능을 향상시키도록 개발됐다. 빠른 에너지 드로우와 높은 전력밀도가 핵심요건이었다. 이것은, 예를 들어 언덕이 많은 지형에서 빠르게 주행하는 동안 오르막길에서도 최대 출력의 잠재력을 즉시 전개할 수 있고, 내리막에서는 강력한 회생제동을 실시한다는 의미다. 

AMG GT 63 SE PERFORMANCE의 고성능 배터리는 6.1 kWh 용량, 70 kW의 연속 출력, 10초간 최대 150 kW 출력을 자랑한다. 89 kg의 가벼운 무게, 1.7 kW/kg의 매우 높은 전력밀도를 자랑한다(비교하면, 셀을 직접 냉각하지 않는 기존 배터리는 이 수치의 약 절반을 달성한다).
충전은 3.7 kW 온보드 AC 충전기, 충전소, 월박스 또는 가정용 소켓을 통해 이뤄진다. 배터리는 일반 전기차처럼 긴 주행거리가 아닌 빠른 전력공급 및 드로우를 위해 설계됐다. 따라서 12 km의 전기주행이 가능하다. 이 거리면 충분히 주거지역에서 도시 외곽 또는 고속도로까지 조용하고 배기가스 없는 운전을 할 수 있다.



셀 직접냉각        

‘AMG 400 V 배터리’의 고성능 기반은 혁신적인 ‘직접냉각’이다. 처음으로 비전도성 액체를 기반으로 하는 첨단 냉각수가 560개 셀 주위를 흐르고 개별적으로 냉각한다. 

모든 배터리는 최적의 전력공급을 위해 최적 정의 온도가 요구되는데, 배터리가 너무 차갑거나 너무 뜨거워지면 때때로 눈에 띄게 전력이 손실되거나 열이 과도해져 손상될 수 있다. 전체 배터리 팩을 공기나 물로 간접적으로 냉각하는 기존 시스템은 한계에 빠르게 도달할 수 있고, 특히 에너지 밀도가 증가하는 셀로 인해 요구사항이 계속 증가함에 따라 더욱 그렇다. 결국 기능을 최적으로 수행하지 않으면 배터리는 조기 노화될 위험이 있다.

직접냉각을 위해 AMG 전문가는 두께가 ‘밀리미터’에 불과한 새로운 냉각 모듈을 개발했다. 약 14리터의 냉각수가 특별히 개발된 고성능 전기펌프의 도움으로 각 셀을 지나 전체 배터리를 통해 위에서 아래로 순환하며 배터리에 직접 부착된 오일/워터 열교환기를 통과한다. 이것은 차량의 2개 저온(LT) 회로 중 하나로 열을 전도하고 거기에서 차량 전면의 LT 라디에이터로 전달해 외기로 방출된다. 

결과적으로, 배터리는 충방전 빈도에 관계 없이 평균 45도의 일관된 최적의 작동온도 범위 내에 있게 된다. 고속으로 운전할 때는 평균을 초과할 가능성이 있기 때문에 보호 메커니즘이 배터리가 최대 성능을 얻을 수 있도록 가동되고, 이후에는 직접냉각을 통해 온도 수준을 낮춘다. 배터리 시스템은 특히 가볍고 컴팩트하다. 경량화는 또 소재 절약형 버스바 개념과 알루미늄 하우징의 가벼우면서도 강한 충돌 구조로 가능해졌다.


 


배터리는 6.1 kWh 용량, 70 kW의 연속 출력, 10초간 최대 150 kW 출력를 자랑한다. 89 kg의 무게, 1.7 kW/kg의 매우 높은 전력밀도를 갖는다. 충전은 3.7 kW 온보드 AC 충전기, 충전소, 월박스 또는 가정용 소켓을 통해 이뤄진다. 12 km의 전기주행을 가능하게 한다. 

4단계 선택 가능한 회생 
운전자는 오른쪽 AMG 스티어링 휠 버튼을 사용해 4가지 회생 레벨을 선택할 수 있다. 이는 Slippery를 제외한 모든 주행 모드에 적용되고, 주행 모드에 따라 에너지 회수는 다르다.
레벨 0: 회생 수준은 매우 낮으며 차량의 전원 공급을 유지하는 역할만 한다. 
레벨 1: 운전자가 회생을 인지할 수 있는 표준 설정이며 클러치가 결합된 기존 연소 엔진의 감속에 대략 해당한다.
레벨 2: 더 강력한 회생, 교통상황에서 이동할 때 브레이크 페달을 거의 밟을 필요가 없다.
레벨 3: 최대 에너지 회수, 배터리 전기차처럼 소위 ‘원 페달’ 주행이 가능하다. 주행 상태에 따라 100 kW 이상의 전력을 배터리에 피드백할 수 있다.
RACE 드라이빙 모드: RACE 모드에서 회생은 한계에서 가능한 한 가장 재현 가능한 차량 동작을 허용하기 위해 레벨 1에서 자동으로 설정된다. 

 



F1 운용 전략       

차량의 기본 운용 전략은 페트로나스 F1 레이싱카의 하이브리드 파워팩에서 파생된다. 
최고 등급의 모터스포츠와 마찬가지로 운전자가 필요로 할 때 항상 최대 출력을 사용할 수 있도록 했다. 높은 회생 성능, 온디멘드 충전을 통해 전기 출력을 항상 호출하고 빈번하게 사용할 수 있다. 독립적인 배터리 개념은 극적인 드라이빙 다이내믹스와 현대적인 효율성 사이에서 최적의 절충안을 찾아 모든 컴포넌트가 완벽하게 조정된다. 

이 퍼포먼스 하이브리드와 운용 전략은 레이스 트랙에도 적용된다. 예를 들어, 호켄하임링(Hockenheimring)에서의 AMG 테스트 드라이브 동안 E PERFORMANCE Hybrid의 테스트 드라이버는 추가적인 전기 드라이브가 없는 AMG GT 63 S 4MATIC+보다 랩 당 약 2초나 더 빨리 주행했다. 뉘르브르크링(Nurburgring)의 전설적인 노르트슐라이페(Nordschleife)에서도 하이브리드 4도어 쿠페는 AMG의 이전 랩 기록 보유자보다 1초나 앞섰다. 

이것은 ‘레이스 드라이빙 프로그램’의 트랙 기반 부스트 전략으로 가능했다. 운전자는 ‘킥다운’ 기능을 통해 전기 출력을 필요한 때에 호출했다. 엔지니어들은 각각의 레이스 트랙 특성을 기반으로 특수 연산 기반을 개발해 배터리에 저장된 전기 에너지를 결승선까지 추가 전력으로 최적으로 사용해 더 나은 랩 타임을 달성할 수 있도록 했다. 물론 트랙 레이스의 성패는 ??드라이버에 달려 있다. 드라이버는 결정된 섹터에서 부스트 여부와 시기를 결정한다. 부스트 섹터의 수, 길이는 주로 트랙의 코스, 즉 직선 구간에 대한 곡선 비율에 따라 달라지는데, 엔진의 최대 3,000 rpm까지 전기 드라이브가 지속적으로 부스트되고, 3,000 rpm 이상에서는 부스트가 완전히 감소한다. 그렇게 되면 최대 150 kW의 추가 출력을 킥다운을 통해 불러올 수 있다.



AMG DYNAMIC SELECT  

Mercedes-AMG GT 63 S E PERFORMANCE는 AMG DYNAMIC SELECT에 7가지 주행 모드를 제공한다. 이는 Electric, Comfort, Sport, Sport+, RACE, Slippery, Individual로 구동 시스템 및 변속기 응답, 조향 특성, 서스펜션 댐핑, 사운드와 같은 중요한 매개변수를 조정한다. 모드는 센터 콘솔의 로커 스위치 또는 AMG 스티어링 휠 버튼을 사용하여 선택할 수 있다.

Electric: 엔진이 항상 꺼져 있는 상태로 정지에서 최대 130 km/h까지 완전 전기주행이 가능하다. AMG Performance 4MATIC+ 컴포넌트에 대한 기계적 연결은 항상 4륜구동이 가능함을 의미한다. 뒷바퀴에 갑자기 너무 많은 슬립이 발생하면 전기모터의 동력이 프로펠러 샤프트와 구동 샤프트를 통해 앞바퀴에도 전달된다. 배터리가 소모되었거나 운전자가 더 많은 출력을 요청하면 지능형 작동 컨트롤이 자동으로 ‘컴포트’ 모드로 전환하고 엔진이 가동돼 추진력을 제공한다.

Comfort: 시동은 대부분 전기다. 연소 엔진과 전기모터는 상황에 따라 작동한다. 예를 들어 주거지역이나 도심에서는 전기구동으로, 시골과 고속도로에서는 엔진과 전기모터를 사용하는 하이브리드 주행을 한다. 전반적으로 AMG SPEEDSHIFT MCT-9G 변속기의 초기 업시프트 덕분에 조화롭고 연비에 최적화된 주행이다. 서스펜션과 스티어링은 편안함에 중점을 둔다. 
Sport: 엔진 및 전기모터로 시작하고 두 드라이브가 상황에 따라 상호작용한다. 전기모터에서 더 많은 부스트가 발동한다. 더 민첩한 가속 응답, 더 짧은 변속시간 및 더 빠른 저단 변속으로 스포티한 주행 느낌을 준다. 보다 다이내믹한 서스펜션 및 스티어링이 설정된다.
Sport+: Sport보다 더 높은 부스트 성능을 제공한다. 최적의 변속 시간을 위한 실린더 비활성화와 함께 고단 변속 중 더욱 민첩한 스로틀 응답, 목표 토크 개입 덕분에 매우 스포티한 특성을 보인다. 더 빠른 스타트를 위해 아이들 스피드가 증대되고 서스펜션, 스티어링이 훨씬 더 다이내믹하게 설정된다.
RACE: 폐쇄된 레이스 트랙에서 매우 다이내믹한 주행을 위한 설정이다. 이 모드에서 모든 매개변수는 최대 성능을 위해 구성된다. 급가속 시 엔진을 지원하기 위해 전기모터의 풀 전기 부스트 파워가 제공된다. 최대 전기가용성을 위해 낮은 전력 수요에서 강력한 배터리 재충전이 발휘된다.
Slippery: 감소된 출력과 평평한 토크 곡선으로 미끄러운 도로 조건에 최적화된다. 완전 전기 구동 및 회생 조정이 비활성화된다. 
Individual: 드라이브, 트랜스미션, AMG DYNAMICS, 섀시, 조향, 배기 시스템의 사용자 지정이 가능하다.

차량 다이내믹스 제어도 하이브리드 드라이브의 이점이 활용된다. ESP에 의한 제동 개입 대신 전기모터는 바퀴가 너무 많이 미끄러지는 신호를 받으면 즉각 트랙션을 제어할 수 있다. 이를 위해 지능형 제어 시스템은 LSD를 통해 휠로 전달되는 전기모터의 구동 토크를 줄인다. ESP가 개입할 필요가 전혀 없거나 나중에야 개입할 수 있어 엔진은 더 높은 토크로 작동될 수 있고, 이것은 이후 민첩성을 향상시키고 효율성을 증가시킨다.  


 


AMG DYNAMIC SELECT에는 Electric, Comfort, Sport, Sport+, RACE, Slippery, Individual 등 7가지 주행 모드가 있다.  

AMG RIDE CONTROL+ 서스펜션
AMG RIDE CONTROL+ 서스펜션은 적응형 전자제어 조절식 댐핑과 결합된 자동 레벨 제어 기능이 있는 다중 챔버 에어 서스펜션을 기반으로 한다. 두 개의 압력 릴리프 밸브가 사용된다. 댐퍼 외부에 위치한 연속 가변제어 밸브를 사용하면 감쇠력을 다양한 주행 조건 및 주행 모드에 맞게 훨씬 더 정밀하게 조정할 수 있다. 리바운드 및 압축 단계가 서로 독립적으로 제어된다.

AMG DYNAMICS  
ESP®(Electronic Stability Program), 4륜구동 및 LSD 제어 전략에 영향을 미친다. 주목할 점은 AMG DYNAMICS가 차량의 반응 방식을 결정한다는 것이다. 이 시스템은 사용 가능한 센서를 사용해 속도, 측면 가속도, 조향 각도 및 요 레이트를 확인한다. 운전자의 행동과 센서 데이터를 기반으로 운전자가 차량이 어떻게 동작하기를 원하는지 예측하고 운전자의 다이내믹한 운전 능력에 맞게 조절한다. AMG DYNAMICS Basic은 Comfort 및 Electric 주행 모드에 할당된다. Advanced는 Sport 모드에서 활성화된다. 차량은 중립적으로 균형을 유지한다. 감소된 요 댐핑과 증가된 민첩성은 구불구불한 시골길에서 운전하는 것과 같은 동적 기동을 지원한다. Pro는 Sport+ 모드의 일부다. Pro에서 운전자는 코너링 시 도로의 민첩성과 피드백이 더욱 향상되는 동시에 다이내믹한 주행 기동에 대해 더 많은 지원을 받는다. Master는 주행 모드 RACE와 결합된다.

AMG 세라믹 고성능 복합 브레이크  
카본 세라믹 브레이크 시스템은 극한의 출력과 관련 성능을 유지하기 위해 엔진 모델보다 더 크다. 디스크 크기는 프론트액슬에서 420 × 40 mm, 리어액슬에서 380 × 32 mm다. 경량 소재는 추가 무게를 줄이고 스프링이 없어 질량을 줄인다. 

 





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