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자동차 전압 48볼트 시대…전장·고효율·저공해 잡아라

입력 : 2017.08.09 14:38:35


박진우 기자

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자동차 업계에 48볼트(V) 전기 시스템 바람이 불고 있다. 기존 표준으로 여겨졌던 12V 배터리보다 4배 높은 전압을 사용해 늘어난 차량 내 소비 전력에 대응하는 것. 나아가 남은 전기를 동력으로 활용해 연료효율을 높이는 동시에, 오염물질 배출을 줄이기도 한다.

자동차에서 전기에너지를 활용한 건 1920년대로 거슬러 올라간다. 당시 엔진은 막대기를 운전자가 직접 돌려 시동을 걸어야 했는데, 이 불편함을 덜기 위해 전기로 엔진을 돌릴 수 있는 셀프 스타터가 고안됐다. 자동차에 배터리가 들어온 순간이다. 다만 방전이 되면 다시 충전할 수 없어 교체가 잦았다.

▲폴크스바겐 48V 전기 시스템. / 폴크스바겐 제공

이후 1950년대 배터리 전압이 12V로 증가했다. 엔진 성능 증대와 다양한 전기장치(전장)가 부착된 결과다. 하지만 여전히 재충전은 불가능했다. 배터리 장착 수명이 길어진 시기는 1971년 알터네이터가 엔진 옆에 부착되고 나서다. 엔진이 돌아가는 힘을 이용해 배터리의 전력을 채웠다.

48V 시스템은 12V가 6V의 한계를 넘기 위해 그랬던 것처럼 차량 내 전장 증가로 인해 12V 배터리가 부족해질 것을 우려해 등장했다. 1990년 처음으로 48V 전기 시스템에 대한 개념이 나타났고, 최근에 들어서는 더욱 활성화되고 있다. 더욱이 거센 자동차 전기동력화(전동화) 흐름은 차량 내 전력 수요에 대한 요구를 키웠고, 5~6년전부터 48V 시스템이 구체화되고 있다.

▲도요타 하이브리드 구동용 니켈수소배터리. / 도요타 제공

그렇다고 모든 자동차가 48V를 도입해야 하는 것은 아니다. 아직 자율주행 시대가 활짝 열린 것도 아니고, 커넥티드카를 위한 네트워크는 양산 기초 단계일 뿐이다. 또 자동차 전동화 역시 100% 내연기관을 대체하지도 않았다. 이에 따라 48V 시스템에 대한 새 개념이 나오는데, 바로 차에서 쓰고 남은 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 방식이다. 이른바 '세미 하이브리드 시스템'이다.

48V 하이브리드 시스템은 동력보조는 물론, 배출가스 저감에도 효과가 있어 배출가스 규제를 고민하던 업계의 주목을 단숨에 끌었다. 단순하게 보자면 차량 내 전기에너지 활용도를 높인 것에 불과하지만, 기존 내연기관의 설계를 크게 바꾸지 않아 새 동력 기술을 개발하는 것보다 비용면에서 유리하다. 또 통합 시스템의 경우 소형 모듈화가 가능해 기존 제품에도 무리없이 장착할 수 있다.

▲48V 시스템을 적용한 기아차 K5 T-하이브리드 콘셉트. / 기아차 홈페이지 갈무리

현대기아차의 경우 2014년 파리모터쇼에서 1.7리터 CRDi 터보 디젤에 48V 시스템을 적용한 하이브리드 콘셉트를 선보였다. 감속 시에 버려지는 에너지로 48V 배터리를 충전해, 가속할 때 전기모터 역할을 하는 시동발전기로 동력을 더한다.

2017년 4월에는 현대모비스가 48V 마일드 하이브리드 기술을 독자 개발해 2018년 양산하겠다고 발표했다. 새 기술의 핵심은 통합으로, 컨버터와 배터리를 따로 제작해 적용했던 것을 하나로 합친 시스템을 선보였다. 내연기관과 전기차 모두에 적용할 수 있는 이 시스템은 경량화와 소형화, 냉각효율 개선 등에 기여할 전망이다. 모비스는 시동발전기, 전동식 조향장치, 전동식 회생제동장치, 전동식 컴프레서 등도 해당 시스템에 호환되도록 개발한다는 방침이다.


▲콘티넨탈 48V 전기 시스템 개념도. / 콘티넨탈 제공

콘티넨탈 또한 48V 전기 시스템에 적극적이다. 이미 지난 2013년 기술 설명회에서 구체적인 기술 개요를 설명했다. 역시 배터리 단일 구성이 아닌 구동장치를 추가한 통합형 시스템이다. 이 시스템의 발전형이 바로 르노가 2016년 말 내놓은 소형 MPV 세닉이다. 유럽기준 연비가 리터당 28.6㎞에 이르면서도 이산화탄소 배출량은 ㎞당 92g으로 줄였다. 100% 디젤엔진만을 사용했을 때와 비교해 효율은 13% 개선됐고, 질소산화물 배출은 10% 하락했다. 해당 시스템은 푸조의 208에도 장착될 예정이다.

▲델파이 48V 시스템을 탑재한 혼다 시빅. / 델파이 제공

델파이는 1.6리터 디젤 엔진에 48V 하이브리드 시스템을 결합한 혼다 시빅을 소개했다. 이 기술은 이산화탄소를 기존보다 10% 이상 적게 배출하면서도 엔진 설계 변경을 최소화한 것이 특징이다. 또 e-차저로 불리는 장치는 동력 전달 효율을 높여 낮은 엔진회전수에서 토크를 평균 25% 향상된 결과를 냈다.

▲아우디 신형 A8이 채택한 48V 하이브리드 시스템. / 아우디 제공

디젤게이트라는 홍역을 치른 폴크스바겐그룹은 2015년 하이브리드 전략 발표 이후 48V 시스템을 적극 활용하는 중이다. 2016년 3월 아우디가 SQ7에 48V 전기 시스템을 도입했고, 2017년 7월 공개한 신형 A8에도 동일한 기술을 활용했다. 폴크스바겐은 MQB 플랫폼에 기반한 모든 양산차에 48V 시스템을 얹을 예정으로, 그 첫차는 2017년 8월 생산에 들어가는 소형 SUV 티록이다.

이와 관련, 제프 오웬스 델파이 최고기술책임자는 "2025년에는 전세계 자동차의 10대 중 한대에 해당하는 1100만대에 48V 전기시스템이 장착될 것으로 예상된다"고 밝혔다.








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