2021년에는 전 세계 EV 판매량이 전체 승용차 판매량의 9%를 차지할 것으로 예상됩니다.
그 숫자를 늘리기 위해, 전기화의 개발, 제조, 홍보를 가속화하기 위해 새로운 사업 환경에 막대한 투자를 하는 것 외에도, 자동차 제조업체와 공급업체는 차세대 자동차 구성 요소를 준비하기 위해 고심하고 있습니다.
예를 들어 고체 배터리, 축류 모터, 800볼트 전기 시스템은 충전 시간을 절반으로 줄이고, 배터리 크기와 비용을 대폭 줄이며, 구동계 효율을 개선할 것으로 기대됩니다.
지금까지 일반적인 400볼트 대신 800볼트 시스템을 사용한 신차는 극소수에 불과합니다.
이미 시중에 800볼트 시스템을 탑재한 모델은 포르쉐 타이칸, 아우디 E-tron GT, 현대 아이오닉 5, 기아 EV6입니다. 루시드 에어 리무진은 900볼트 아키텍처를 사용하지만, 업계 전문가들은 기술적으로는 800볼트 시스템이라고 보고 있습니다.
EV 부품 공급업체의 관점에서 볼 때, 800볼트 배터리 아키텍처는 2020년대 말까지 지배적인 기술이 될 것입니다. 특히 현대자동차의 E-GMP와 폭스바겐 그룹의 PPE와 같이 전용 800볼트 아키텍처 전기 플랫폼이 점점 더 많이 등장함에 따라 더욱 그렇습니다.
현대자동차의 E-GMP 모듈형 전기 플랫폼은 콘티넨탈 AG에서 분사된 파워트레인 전문 기업 비테스코 테크놀로지스가 800V 인버터를 공급하는 데 사용하며, 폭스바겐 그룹 PPE는 아우디와 포르쉐가 공동 개발한 800V 배터리 아키텍처입니다. 모듈형 전기차 플랫폼입니다.
기술 개발 회사인 GKN의 전기 구동계 부문 사장인 디르크 케셀그루버는 "2025년까지 800볼트 시스템을 탑재한 모델이 더욱 보편화될 것"이라고 말했습니다. GKN은 또한 이 기술을 사용하는 여러 1차 공급업체 중 하나로, 800볼트 전기 액슬과 같은 부품을 공급하고 있으며, 2025년 양산을 목표로 하고 있습니다.
그는 Automotive News Europe에 "800볼트 시스템이 주류가 될 것으로 생각합니다. 현대차는 가격 면에서도 경쟁력을 갖출 수 있음을 입증했습니다."라고 말했습니다.
미국에서 현대 IQNIQ 5의 가격은 43,650달러부터 시작합니다. 이는 2022년 2월 기준 전기차 평균 가격 60,054달러보다 합리적이며, 더 많은 소비자가 수용할 수 있습니다.
비테스코의 혁신적 전력 전자 부문 책임자인 알렉산더 라이히는 인터뷰에서 "800볼트는 순수 전기 자동차의 진화에 있어서 논리적으로 다음 단계입니다."라고 말했습니다.
비테스코는 현대차의 E-GMP 모듈형 전기 플랫폼에 800V 인버터를 공급하는 것 외에도 북미 주요 자동차 제조업체와 중국 및 일본의 주요 전기차 두 대에 인버터를 공급하는 등 여러 주요 계약을 체결했습니다. 비테스코는 모터를 공급합니다.
미국 자동차 부품 공급업체 보그워너(BorgWarner)의 최고기술책임자(CTO) 해리 허스티드는 이메일을 통해 800볼트 전기 시스템 부문이 불과 몇 년 전 예상보다 빠르게 성장하고 있으며, 고객사도 더욱 강력해지고 있다고 밝혔습니다. 관심도 높습니다. 해당 공급업체는 중국 고급 브랜드의 통합 드라이브 모듈을 포함한 일부 수주도 확보했습니다.
1. 800볼트가 "논리적인 다음 단계"인 이유는 무엇입니까?
기존 400볼트 시스템에 비해 800볼트 시스템의 주요 특징은 무엇입니까?
첫째, 더 낮은 전류로 동일한 전력을 공급할 수 있습니다. 배터리 크기는 동일하지만 충전 시간은 50% 증가합니다.
그 결과, 전기 자동차에서 가장 비싼 부품인 배터리를 더 작게 만들 수 있어 전체 무게를 줄이는 동시에 효율성을 높일 수 있습니다.
ZF의 전기 파워트레인 기술 담당 수석 부사장인 오트마르 샤러는 "전기차의 가격은 아직 가솔린 차량과 같은 수준이 아니며, 더 작은 배터리가 좋은 해결책이 될 것입니다. 또한 아이오닉 5와 같은 보급형 소형 모델에 매우 큰 배터리를 탑재하는 것 자체가 의미가 없습니다."라고 말했습니다.
라이히는 "전압을 두 배로 높이고 전류는 동일하게 유지함으로써 자동차는 두 배 더 많은 에너지를 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다. "충전 시간이 충분히 빠르다면 전기차는 1,000km 주행거리를 확보하는 데 시간을 허비하지 않아도 될 수도 있습니다."
둘째, 전압이 높을수록 동일한 전력을 더 적은 전류로 공급할 수 있으므로 케이블과 전선을 더 작고 가볍게 만들 수 있어 값비싸고 무거운 구리의 소모를 줄일 수 있습니다.
손실되는 에너지도 그에 따라 줄어들어 내구성이 향상되고 모터 성능도 향상됩니다. 또한, 배터리가 최적의 온도에서 작동하도록 복잡한 열 관리 시스템이 필요하지 않습니다.
마지막으로, 새롭게 등장하는 실리콘 카바이드 마이크로칩 기술과 결합하면 800V 시스템은 파워트레인 효율을 최대 5%까지 높일 수 있습니다. 이 칩은 스위칭 시 에너지 손실이 거의 없으며 특히 회생 제동에 효과적입니다.
새로운 실리콘 카바이드 칩은 순도가 낮은 실리콘을 사용하기 때문에 비용이 절감되고 자동차 산업에 더 많은 칩을 공급할 수 있다고 공급업체들은 말했습니다. 다른 산업들은 100% 실리콘 칩을 사용하는 경향이 있기 때문에 반도체 생산 라인에서 자동차 제조업체들과 경쟁하게 됩니다.
"결론적으로 800볼트 시스템의 개발은 매우 중요합니다."라고 GKN의 케셀 그루버는 결론지었습니다.
2. 800볼트 충전소 네트워크 레이아웃
또 다른 질문은 다음과 같습니다. 현재 충전소의 대부분은 400볼트 시스템을 기반으로 하고 있는데, 800볼트 시스템을 사용하는 자동차에 실제로 이점이 있습니까?
업계 전문가들의 답변은 '네'입니다. 다만 차량에는 800V 기반 충전 인프라가 필요합니다.
허스테드는 "기존 DC 고속 충전 인프라는 대부분 400V 차량용입니다."라고 말했습니다. "800V 고속 충전을 구현하려면 최신 세대의 고전압, 고전력 DC 고속 충전기가 필요합니다."
가정용 충전에서는 문제가 되지 않지만, 현재 미국에서 가장 빠른 공공 충전망은 제한적입니다. 라이히는 고속도로 충전소의 경우 이 문제가 더욱 심각하다고 생각합니다.
그러나 유럽에서는 800볼트 시스템 충전 네트워크가 증가하고 있으며, Ionity는 유럽 전역에 800볼트, 350킬로와트 고속도로 충전 포인트를 여러 개 보유하고 있습니다.
아이오니티 EU는 BMW 그룹, 다임러 AG, 포드 자동차, 폭스바겐이 공동으로 설립한 전기차용 고출력 충전소 네트워크를 위한 여러 자동차 제조업체의 파트너십 프로젝트입니다. 2020년에는 현대자동차가 5대 주주로 참여했습니다.
ZF의 샬러는 "800볼트, 350킬로와트 충전기는 100km를 충전하는 데 5~7분이 걸린다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다. "그건 커피 한 잔에 불과하죠."
"이것은 정말 파괴적인 기술입니다. 또한 자동차 산업이 더 많은 사람들에게 전기 자동차를 받아들이도록 설득하는 데에도 도움이 될 것입니다."
포르쉐의 최근 보고서에 따르면, 일반적인 50kW, 400V 발전소에서 250마일의 주행거리를 추가하는 데 약 80분이 걸립니다. 100kW라면 40분이 걸립니다. 충전 플러그를 냉각하는 경우(비용, 무게, 복잡성) 시간을 30분으로 더욱 줄일 수 있습니다.
보고서는 "따라서 더 빠른 충전 속도를 달성하기 위해서는 더 높은 전압으로의 전환이 불가피하다"고 결론지었습니다. 포르쉐는 800V 충전 전압을 사용하면 충전 시간이 약 15분으로 단축될 것으로 예상합니다.
연료를 공급하는 것만큼 쉽고 빠르게 재충전할 수 있는 가능성이 높습니다.
3. 보수적인 산업의 선구자들
800볼트 기술이 실제로 그렇게 좋다면, 앞서 언급한 모델을 제외한 거의 모든 전기 자동차가 왜 여전히 400볼트 시스템을 기반으로 하는지 물어볼 가치가 있습니다. 시장을 선도하는 테슬라와 폭스바겐도 마찬가지입니다.
샬러와 다른 전문가들은 그 이유를 "편리함"과 "업계 최초"라고 설명합니다.
일반적인 가정은 3상 교류 380볼트를 사용합니다(전압은 고정된 값이 아니라 범위입니다). 따라서 자동차 제조업체들이 플러그인 하이브리드와 순수 전기차를 출시하기 시작했을 때 충전 인프라는 이미 구축되어 있었습니다. 그리고 초기 전기차 시대는 400볼트 시스템을 기반으로 하는 플러그인 하이브리드용으로 개발된 부품을 기반으로 제작되었습니다.
"모두가 400볼트를 사용한다는 것은 모든 곳의 인프라에서 사용 가능한 전압이 400볼트라는 것을 의미합니다."라고 샬러는 말했다. "가장 편리하고, 바로 사용할 수 있죠. 그래서 사람들은 너무 고민하지 않고 바로 결정하죠."
케셀 그루버는 포르쉐가 실용성보다는 성능에 더 중점을 두었기 때문에 800볼트 시스템의 선구자라고 평가했습니다.
포르쉐는 업계가 과거로부터 물려받은 것을 재평가하는 과감한 시도를 합니다. 그는 스스로에게 이렇게 묻습니다. "이게 정말 최선의 해결책일까?" "처음부터 설계할 수 있을까?" 이것이 고성능 자동차 제조업체의 매력입니다.
업계 전문가들은 800볼트 전기 자동차가 시장에 출시되는 것은 시간문제일 뿐이라고 입을 모았습니다.
기술적 과제는 많지 않지만, 부품을 개발하고 검증해야 합니다. 비용이 문제가 될 수 있지만, 규모를 키우고 셀을 더 작게 만들고 구리 사용량을 줄이면 곧 비용이 낮아질 것입니다.
볼보, 폴스타, 스텔란티스, 제너럴 모터스는 이미 향후 모델에 이 기술을 사용할 것이라고 밝혔습니다.
폭스바겐 그룹은 800볼트 PPE 플랫폼 기반의 다양한 자동차를 출시할 계획이며, 여기에는 새로운 마칸과 새로운 A6 아방트 E-트론 컨셉트를 기반으로 한 스테이션 왜건이 포함됩니다.
샤오펑 모터스, NIO, 리 오토, BYD, 지리 산하 로터스 등 여러 중국 자동차 제조업체도 800볼트 아키텍처로의 전환을 발표했습니다.
"타이칸과 E-트론 GT는 동급 최고의 성능을 자랑하는 차량입니다. 아이오닉 5는 저렴한 패밀리카가 가능하다는 것을 증명합니다."라고 케셀 그루버는 결론지었습니다. "이 몇 대의 차가 할 수 있다면, 모든 차가 할 수 있습니다."
게시 시간: 2022년 4월 19일