[칼럼] 게임체인저 '전기차용 자동변속기' 초격차 기술 보유한 대한민국

자동차 대세로 급부상한 전기차는 글로벌 시장에서 작년 1000만 대, 올해 약 1700만 대 이상이 팔릴 것으로 예상한다. 전기차 구매를 적극 고려하는 소비자가 늘고 올해 후반 전기차와 내연기관 가격 차이가 좁혀지면서 보급 속도는 더 빨라질 전망이다.

그러나 전기차는 10년이 채 안 된 신생 차종이다. 130여 년간 기술을 다듬어 오면서 완벽에 가까워진 내연기관차와 다르게 화재, 비상시 대처 방법 등 다양한 문제점은 지금도 해결 과정에 있다. 동시에 내연기관에서 전기차로 전환하는 기존 업체, 그리고 신생 업체들이 혼재해 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 

전기차 게임체인저 기술은 전고체 배터리다. 고체 전해액으로 화재 위험에서 벗어나고 에너지 밀도를 획기적으로 높일 수 있는 것이 전고체 배터리다. 하지만 여러 기업이 경쟁적으로 개발 과정을 언급하고 어떤 성과를 얘기하면서도 실제 경제성이 있는 전고체 배터리는 내놓지 못했다.

적어도 2030년 이후에나 전고체 배터리의 상용화가 이뤄질 것으로 보인다. 따라서 그때까지는 지금의 리튬이온 배터리 효율성을 높이는 일이 가장 중요한 일이 됐다. 중국이 주도하는 리튬인산철도 어느 정도 역할을 할 수 있을 것이다.  

다른 측면의 게임체인저는 '전기차용 자동변속기'다. 내연기관은 다단화한 변속기로 성능과 연료 효율성을 극대화한 반면, 전기차는 여전히 모터에 의존한다. 오래전부터 전기차용 자동변속기 필요성을 제기해 왔지만 초기에는 모터와 감속기 그리고 인버터가 있는 전기차에 변속기는 필요 없다는 주장에 힘이 쏠렸다.

그러나 포르쉐 타이칸(사진), 아우디 e-트론이 2단 변속기를 탑재해 엄청난 성능과 효율성을 보여주면서 분위기가 달라졌다. 대만의 이륜차 제작사인 킴코도 2단 변속기를 적용한 양산 모델을 판매하면서 좋은 반응을 얻고 있다. 올해는 미국 대용량 변속기 전문 기업 이튼이 전기버스에 새로 개발한 전기차용 4단 변속기를 양산형으로 보급할 예정이다.

초기 부정적으로 바라봤던 전기차용 변속기 개발에 너도나도 뛰어들고 있는 셈이다. 전기차용 변속기는 내연기관차와 마찬가지로 엔진의 힘을 바퀴에 전달할 때 가장 효율적으로 힘을 배분하는 역할을 한다. 에너지의 낭비를 줄이기 때문에 핵심인 배터리의 효율성을 극대화할 수 있는 기술이다.

전기차는 모터와 인버터 자체의 효율이 각각 95% 이상이지만 실제 바퀴에 전달되는 에너지는 50% 수준에 머문다. 정격 속도와 정격 출력만을 사용하는 공장 같은 일정한 조건이 아니라 자동차는 고속, 등판 등 다양한 조건에서 정격을 벗어난 에너지를 요구한다. 

이때 발생하는 무효전력의 손실과 열로 인한 에너지 낭비가 많은 것이 지금의 전기차다. 쉽게 말하면 등판 주행에서는 모터의 최고 속도가 필요한데 이때 인버터에 무리가 가고 모터의 온도가 높아지면서 배터리에서 끌어 쓰는 에너지 용량이 1.5배 이상으로 높아져 일종의 무효전력이 발생한다는 것이다. 

자동변속기는 모터가 정속·정격으로 작동하고 등판 주행에서 온도 상승을 막고, 배터리의 최적 용량만 사용하게 한다. 이렇게 하면 배터리 용량을 낮춰 전기차 가격과 무게를 낮출 수 있을 뿐 아니라 모터 등 각종 장치의 적정 온도 유지도 가능해 냉각장치 역할이 줄어드는 1석 10조의 효과를 기대할 수 있다.

따라서 전기차에도 다단화한 자동변속기가 꼭 필요하다. 경·박·단·소 변속기까지 가능하다면 글로벌 시장에서 초격차 기술을 가진 퍼스트 무버가 될 수 있다고 확신한다. 이러한 기술이 국내 기업이 주도하고 있다는 사실은 그래서 고무적이다.

초격차 기술을 가진 전기 이륜차 7단 자동변속기를 개발하고 세계 시장에 진출해 올해 후반부터 본격 양산에 돌입하는 기업도 국내에 있다. 국내 기업의 전기 이륜차 7단 자동변속기는 같은 배터리 용량으로 주행 거리를 30~50% 늘릴 수 있고 등판능력은 기존 모델과 비교가 되지 않는다.

모터 온도가 약 60도로 유지되면서 냉각장치가 필요 없을 정도로 높은 안정성을 유지하고 있다. 지금은 전기 이륜차에 적용하고 있으나 초소형 전기차 그리고 일반 전기차에도 적용이 가능한 제품이다. 글로벌 기업이 따라오기 힘들 정도로 초격차 기술을 가진 최고의 원천 기술을 확보했고 특허로 무장한 이 기업이 세계 전기차 시장을 주도할 수 있는 날을 기대해 본다.

김필수 교수/[email protected]