테슬라를 넘어: 메르세데스-벤츠가 혁신적인 기술로 전기차 시장을 재정의하다

자동차 혁신

최근 자동차 혁신에서는 테슬라 (TSLA )와 BYD 같은 전기차 제조업체들이 주목받았습니다.

이러한 흐름이 기존 제조업체의 연구개발 역량이 중요하지 않다는 뜻은 아닙니다.

새로운 전기차 업체들은 구동 방식뿐 아니라 차량의 설계와 소프트웨어, 생산 방식까지 처음부터 다시 검토할 수 있었습니다.

그러나 기존 제조업체들을 모두 과소평가해서는 안 됩니다. 메르세데스-벤츠(MBGAF)의 최근 연구 발표는 오랜 경험과 연구개발 자원도 미래 자동차 기술에 기여할 수 있음을 보여줍니다.

2040년 이후의 모빌리티 비전

메르세데스-벤츠는 2024년 11월 기자단을 독일로 초청해 자동차와 모빌리티의 미래에 대한 비전.

이 행사에서 제시한 자동차와 모빌리티의 미래 비전은 장기적인 연구 방향을 보여줍니다.

회사는 런던, 로스앤젤레스와 선전의 2040년 이후 모습을 시나리오로 제시했습니다.

이들은 확정된 도시계획이나 이미 판매 중인 제품이 아니라 미래의 가능성을 탐색하는 구상입니다.

메르세데스는 같은 행사에서 소개한 기술들이 이러한 미래의 발전에 기여할 수 있다고 설명했습니다.

런던

출처: Inside EVs

런던 시나리오는 현재의 도시 교통 정책을 바탕으로 혼잡 완화에 초점을 맞춥니다.

• 사람이 운전하는 차량과 자율주행차가 적절한 신호 체계 아래 공간을 공유합니다.
• 주차는 비용이 높은 다층 주차장에 집중됩니다.
• 소형 로봇이 작은 물품을 배송하고, 큰 자율주행 배송 차량은 지정 구역에서 운행합니다.
• 그늘과 태양광 발전을 제공하는 녹지 공간을 확대합니다.

로스앤젤레스

출처: Inside EVs

도시 밀도가 상대적으로 낮은 로스앤젤레스의 구상은 자동차 중심의 생활방식에 친환경 기술과 새로운 교통수단을 결합합니다.

• 전용 자전거 도로 옆 차로에는 전기차, 자율주행차와 기존 자동차가 함께 다닙니다.
• 런던 시나리오와 달리 공공 주차장과 도로변 주차 공간이 남아 있습니다.
• 드론과 로봇이 맞춤형 배송을 지원하고 산불 등 기후 관련 위험의 감시와 대응에도 활용됩니다.
• 맑은 날씨를 활용하는 태양광 코팅과 유도식 비접촉 충전 등이 전기차 충전을 보완합니다.

선전

출처: Inside EVs

선전은 중국의 주요 기술 중심지입니다. 미래 구상은 높은 밀도와 수직적인 도시 구조를 바탕으로 입체적인 이동을 상상합니다.

• 주차는 다층 주차장에 집중됩니다.
• 수직이착륙(VTOL) 택시가 도시 안에서 사람을 수송합니다. 자율비행을 포함할 수 있지만 실현에는 안전성과 규제 검증이 필요합니다.
• 보행자와 자전거를 위한 고가 통로 등으로 지상 교통도 여러 층으로 나뉩니다.
• 로봇이 조리와 배송 등 다양한 일상 서비스를 제공합니다.
• 공원과 녹지는 열을 줄이고 공동 생활 공간을 제공합니다.
• 고속철도는 선전과 주변 도시, 특히 광둥·홍콩·마카오 대만구를 연결하는 중요한 역할을 합니다.

출처: Research Gate

메르세데스-벤츠 CLA 전기차 시제품

메르세데스는 CLA 전기 세단 시제품을 통해 효율과 고속 충전 기술을 시연했습니다.

이 성능은 배터리 용량 하나만이 아니라 구동계 효율, 공기저항과 충전 능력 등이 결합한 결과입니다.

시제품은 충전 정차를 포함해 24시간 동안 2,309마일(3,715km)을 주행했습니다. 한 번 충전한 주행거리가 아니며, 모든 실제 도로 조건에서 같은 성능을 보장하지 않습니다.

주요 요소는 다음과 같습니다.

• 킬로와트시당 약 5.2마일의 높은 효율. 시험 조건이 다른 차량과 단순 비교하여 세계 최고라고 확정할 수는 없습니다.
• 800V 시스템과 최대 320kW 충전 능력. 적절한 조건에서 충전 상태 10%에서 50%까지 약 10분이 걸리고, 약 186마일(299km)의 주행거리를 추가할 수 있다는 시연 수치입니다.

태양광으로 충전을 보완하는 자동차

장거리 운전에는 빠르고 접근하기 쉬운 충전 시설이 중요합니다. 일상 주행의 상당 부분은 통근이나 근거리 이동이므로 태양광 발전이 일부 충전 수요를 보완할 수도 있습니다.

차량 표면에서 전기를 생산하면 외부 충전량을 줄일 가능성이 있습니다. 다만 설치 비용이 없거나 모든 사용자의 통근에 충분한 전력을 생산한다는 뜻은 아닙니다.

메르세데스가 연구하는 태양광 도장은 이러한 가능성을 탐색합니다. 기존의 EQXX의 대형 태양광 지붕처럼 제한된 영역에 패널을 배치하는 방식에서 더 나아가는 구상입니다.

출처: Mercedes-Benz

도장 시스템에 얇은 광전지 층을 통합해 차체 표면을 발전에 활용하는 연구입니다. 일반적인 페인트 자체가 자동으로 발전한다는 뜻은 아닙니다.

출처: Motor Trend

회사는 약 20%의 변환 효율과 제곱미터당 약 50g의 무게를 제시했습니다. 이는 연구 기술의 수치이며 최종 양산차 전체에서 확보된 성능은 아닙니다.

빛을 통과시키는 나노입자 기반 표면층 등 여러 층으로 구성된 시스템입니다. 세부 제조 기술과 내구성, 실제 적용 방법은 추가 개발이 필요합니다.

회사의 예시에서는 중형 SUV의 약 11㎡ 표면을 활용해 조건에 따라 연간 최대 약 7,450마일(12,000km)에 해당하는 전력을 얻을 가능성을 제시했습니다.

이 연간 최대치를 하루 평균으로 환산하면 약 20마일(32.8km)입니다. 슈투트가르트의 예시에서는 일상 주행 수요의 약 62%를 충당할 수 있다는 추정도 제시했습니다. 일사량과 주차 환경에 따라 결과가 달라집니다.

Inside EVs

햇빛이 많은 캘리포니아나 스페인에서는 더 많은 전력을 얻을 수 있습니다. 그러나 그늘, 계절, 차량 사용량에 따라 외부 충전은 여전히 필요할 수 있습니다.

충전 시설의 부족이나 대기 시간은 소비자 선택에 영향을 주며 하이브리드 차량에 대한 관심을 높이는 요인이 될 수 있습니다. 태양광 기술은 이러한 부담을 줄일 가능성이 있지만 충전 시설을 불필요하게 만든다고 단정할 수는 없습니다.

증강현실 운전 인터페이스

최근 차량에는 제어와 정보 표시를 위한 대형 중앙 화면이 널리 사용되고 있습니다.

메르세데스는 증강현실 안경으로 대시보드 위에 떠 있는 것처럼 보이는 가상 화면을 제공하는 방식을 연구합니다.

출처: Inside EVs

핵심은 가상 정보를 차량과 자연스럽게 연결하는 것입니다. 운전 중 사용하려면 시야, 주의 분산과 안전성에 대한 검증이 필요합니다. 증강현실과 시야를 완전히 가리는 가상현실을 구분해야 합니다.

구매 상담에서는 VR 헤드셋으로 차량의 색상과 옵션을 미리 볼 수도 있습니다. 전시장이 모든 조합의 실물 차량을 보유하지 않아도 선택을 돕는 방법입니다.

출처: Inside EVs

뉴로모픽 컴퓨팅

자율주행은 많은 연산을 필요로 할 수 있습니다. 연산 하드웨어의 소비전력은 전기차 주행거리와 로보택시 운영 효율에 영향을 줍니다.

뉴로모픽 컴퓨팅은 생물학적 신경계에서 영감을 얻는 접근법입니다. 특정 작업에서 기존 방식보다 전력 사용을 줄일 가능성이 있지만 모든 연산에서 자동으로 유리한 것은 아닙니다.

출처: Tech Target

메르세데스는 이 개념을 시연하면서 뉴런을 연상시키는 회로판도 제시했습니다. 회로판의 겉모양만으로 뉴로모픽 성능이 결정되는 것은 아닙니다.

출처: Inside EVs

이 연구는 캐나다 워털루대학교와의 협력으로 진행되었습니다.

생명공학을 활용한 가죽 대체 소재

동물성 소재에 대한 환경·윤리적 우려가 있는 가운데, 고급 차량에서는 가죽과 비슷한 촉감과 내구성을 가진 대체 소재를 찾고 있습니다. 기존 인조가죽을 모두 품질이 낮다고 볼 수는 없습니다.

연구진은 미세구조와 질감이 가죽과 비슷한 소재를 개발했습니다. 재활용 원료와 생물학적으로 생산한 단백질 등을 활용하며, 단순히 폐타이어와 단백질 분말을 섞는 것만으로 완성되는 것은 아닙니다.

출처: Inside EVs

유사한 구조는 염색과 표면 처리의 가능성도 제공합니다. 실제 촉감과 냄새, 마감 품질은 제조 공정에 따라 달라집니다.

회사는 햇빛, 땀과 손 소독제·자외선 차단제·로션 등에 대한 내구성을 강조했습니다. 이를 모든 실제 조건에서 천연가죽보다 우수하다는 독립 검증으로 해석해서는 안 됩니다.

출처: Inside EVs

구동 장치에 통합하는 브레이크

일반적인 마찰 브레이크는 회전 부품과 패드의 마찰로 속도를 줄입니다. 마모로 정비가 필요하고 브레이크 분진이 발생합니다.

전기차는 회생제동으로 운동에너지 일부를 전기로 바꿔 배터리에 저장할 수 있습니다. 모터가 발전기처럼 작동하는 것이며 역방향으로 회전해야 하는 것은 아닙니다. 급제동이나 회생제동이 제한되는 상황에는 마찰 브레이크가 필요합니다.

메르세데스는 마찰 브레이크의 배치도 바꾸는 연구를 진행합니다.

인드라이브 브레이크

인드라이브 브레이크는 전기 구동 장치의 하우징 안에 브레이크를 통합하는 개념입니다.

출처: Inside EVs

제시된 설계에서는 고정된 수랭식 디스크에 회전하는 원형 마찰 부품을 눌러 제동합니다. 일반적인 휠 브레이크와 배치가 다릅니다.

목표는 차량 수명 동안 정비 부담을 크게 줄이는 것입니다. 양산차에서 어떤 상황에도 정비가 전혀 필요 없다는 보장은 아닙니다.

폐쇄형 구조는 브레이크 분진이 외부로 나가는 것을 줄이는 데 도움이 됩니다. 예상되는 다른 장점은 다음과 같습니다.

• 수랭을 통한 열 관리. 과열 위험이 어떤 조건에서도 완전히 없어진다는 뜻은 아닙니다.
• 밀폐형 휠 디자인을 활용하여 공기저항을 줄일 가능성.
• 제동 소음을 줄일 가능성.

마이크로 컨버터

회생제동에서는 모터가 발전하고 전력전자 장치가 에너지 흐름을 제어합니다. 배터리의 충전 수용 능력도 회수 가능한 에너지를 제한합니다.

메르세데스는 배터리 셀 단위의 마이크로 컨버터를 활용하여 셀을 보다 유연하게 연결하고 제어하는 방식을 연구합니다.

이는 NMC(니켈·망간·코발트)와 LFP(리튬인산철) 등 특성이 다른 셀을 함께 사용하는 시스템에도 도움이 될 수 있습니다.

충전 수용 능력과 셀 사용을 개선하면 효율을 높이고 회생제동이 담당하는 범위를 넓힐 가능성이 있습니다. 실제 효과는 셀 특성과 제어 방식에 따라 달라집니다.

또 다른 기존 제조업체의 혁신

기존 자동차 회사 중 전기차 기술을 개발하는 곳은 메르세데스만이 아닙니다. 도요타도 하이브리드와 배터리 전기차, 다른 구동 기술을 함께 연구하고 있습니다.

이 접근법은 “도요타(TM) 살펴보기: 다양한 기술을 활용하는 신중한 접근”에서 다뤘습니다. 비교할 만한 사례는 다음과 같습니다.

• 하이브리드에 대한 지속적인 투자. 예를 들어 2024년 9월 프리우스로 미국 대륙을 횡단하며 세운 연비 기네스 기록.
• 전기차 배터리 개발 계획:
• 2026년 도입을 목표로 한 고성능 리튬이온 배터리. 원문은 약 800km의 차량 주행거리와 20분 이하의 급속 충전을 제시했습니다. 급속 충전은 일반적으로 10~80% 구간을 뜻하며 주행거리는 차량 설계에도 달려 있습니다.
• 2027~2028년을 목표로 한 차세대 고성능 리튬이온 배터리. 원문은 약 1,000km 주행거리와 20분 이하의 10~80% 충전을 전망했습니다.
• 2027~2028년 실용화를 목표로 한 전고체 배터리. 원문은 약 1,000km 주행거리와 10분 이하의 충전을 제시했습니다. 이는 0~100% 완전 충전 시간이 아니라 적절한 조건의 10~80% 급속 충전 목표입니다.
  • 향후 약 1,200km 이상의 주행거리도 연구 대상입니다. 원문의 1,450km(900마일) 같은 수치는 2023년 발표된 배터리 기술 진전에 관한 미래 전망이며 양산차 전체에서 이미 달성한 주행거리가 아닙니다.
• 도요타는 연료전지와 다른 수소 내연기관도 연구합니다. 경쟁력은 수소 생산·유통 비용과 수소 경제의 발전에 달려 있습니다.
• 도요타는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)와 유인 가압식 달 탐사차 루나 크루저도 개발하고 있습니다. 이는 달 탐사와 일본의 아르테미스 협력 목표에 관련된 연구입니다.

출처: Toyota