EtelligentEco가 장착된 BMW 모델 데모카

e드라이브 주행거리 확장 20%, PHEV는 배출저감 38% 

3월, 유럽 최북단 라플란트. 스웨덴 서북부 내륙에 위치한 작은 마을 아르예플록에서 마그나의 e모빌리티 로드맵에 한 획을 긋는 최신 ‘커넥티드 PHEV’, ‘차세대 e드라이브 시스템’이 BMW와 재규어 모델에 적용돼 선보여졌다. 이 시스템들은 까다로운 기후와 주행 조건, 얼어붙은 트랙 위에서 향상된 효율성과 주행거리 확장, 드라이빙 다이내믹스를 포함한 다양한 이점들을 보여줬다. 마그나 파워트레인 글로벌 제품관리 부문 월터 사클 이사가 신기술에 대해 말했다. 

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr 








“전기화는 전기구동을 위한 부품들뿐 아니라 커넥티드 모빌리티 솔루션의 통합 요소로서 구동 시스템과 차량을 마스터링하는 것입니다. 마그나의 2021년형 데모카에서 ‘EtelligentReach(e4의 후속 모델)’와 새로운 플러그인 하이브리드(PHEV) ‘EtelligentEco’ 솔루션은 마그나가 동급 최고의 차량 전기화를 위해 추구해온 최신 버전입니다.” 마그나 파워트레인 글로벌 제품관리 부문 월터 사클(Sackl Walter) 이사가 답변했다.

3월 유럽 최북단 라플란트(Lapland). 스웨덴 서북부 내륙에 위치한 인구 2,000명의 작은 마을 아르예플록(Arjeplog)에서 언제나처럼 마그나(Magna)의 윈터테스트가 펼쳐졌다는 소식이 왔다. 이에 따르면, 그곳에서 마그나의 e모빌리티 로드맵에 한 획을 긋는 최신 ‘커넥티드 PHEV’, 및 ‘차세대 e드라이브 시스템’이 BMW와 재규어 모델에 적용돼 선보여졌다. 이 시스템들은 까다로운 기후와 주행 조건, 얼어붙은 트랙 위에서 향상된 효율성과 주행거리 확장, 드라이빙 다이내믹스를 포함한 다양한 이점들을 뽐냈다. 

요약하면, ▶EtelligentEco 시스템은 탄소 배출량을 최대 38%까지 줄여주는 “지능형 커넥티비티 PHEV” 시스템이다.

기존에는 불가능했던 새로운 기능들을 수행할 수 있게 하는 클라우드 커넥티비티 기능이 큰 특징이다. 예를 들어, 차가 충전이 필요하면 해당 지역의 충전소 정보를 제공하고 운전자에게 친환경 주행 옵션을 권장한다. 또, 운전자는 위상 구조와 교통 상황을 포함하는 스마트 크루즈 컨트롤, 에코 라우팅 기능을 이용해 목적지까지 가장 효율적인 경로를 결정할 수 있다. 이런 기능들이 특별히 고안된 드라이빙 운용 소프트웨어와 제어 전략, 완전히 새로운 하이브리드 트랜스미션의 조합을 통해 상당한 탄소 절감 효과를 가능하게 한다. PHEV의 전기 주행거리를 100 km 정도 늘린다. 또 120 kW급 e모터가 통합된 마그나의 전용 하이브리드 트랜스미션(Dedicated Hybrid Transmissions, DHT)이 장착되는데, 이것이 다이내믹한 주행뿐만 아니라, 전/후진 시 모두 전기 모드를 제공한다.  

또 다른 구동의 전기화 혁신은 지능형 운용 소프트웨어와 제어장치를 포함하는 차세대 기술 옵션을 더한 ▶완전 전기 AWD 솔루션 EtelligentReach 시스템이다.

이 첨단 기술은 전례 없는 주행거리 증대와 향상된 드라이빙 다이내믹스를 제공한다. 소프트웨어와 하드웨어에 대한 혁신적인 업그레이드를 통해 현재 양산 중인 차량 대비 주행거리를 무려 20%(혹은 총 145 km 이상) 증가시킨다. 주요 업그레이드는 첨단 디커플링 기능, 실리콘 카바이드(SiC) 기술이 적용된 인버터, 더욱 개선된 운용 소프트웨어 등이다. 


EtelligentEco  
전기주행 확대, 38% 배출저감

“지금까지, PHEV는 도심 등 단거리 주행 시 배기가스 배출이 없는 전기주행을 할 수 있고, 장거리 주행 시에는 내연기관이 지원했었습니다. 하지만 마그나의 EtelligentEco 솔루션은 여러 가지 방식으로 추가 지원하는데, 충전 시 실제 온실가스 배출을 최적화하는 데에 필요한 지역 전력 믹스까지 고려합니다. 훨씬 개선된 전기 주행거리를 제공하고 완전 전기 주행 시 성능 저하가 따로 없습니다.”
사클 이사가 요약했다. 

EtelligentEco는 전륜구동 양산 SUV 등에서 소프트웨어 및 제어전략과 DHTeco 하이브리드 트랜스미션을 통해 매일의 주행에서 최상의 주행성을 보장하는 순수 전기 드라이브 모드를 포함하는 PHEV 솔루션이다. 주행거리 증대는 물론 무려 38%의 온실가스 배출 절감을 실현한다.  
소위 웰투휠(well-to-wheel) 밸런스는 테일파이프의 배기가스 뿐 아니라, 전기 및 에너지 생산의 온실가스 풋프린트도 포함한다. 

사클 이사는 이에 대해 “마그나는 그라츠(오스트리아)에서 베를린(독일)으로의 가능 경로에서 이런 부분을 EtelligentEco 차량과 함께 조사했습니다. 해당 경로를 주행하면서 전기 믹스를 고려해 혁신적인 예측가능한 알고리즘을 구현했습니다. 즉, 차량이 커넥티비티 기능을 통해 온실가스 친화적인 충전 옵션, 전기의 비중이 높은 곳에선 배터리 충전, 그렇지 않은 곳에서는 연료를 주입하는 것을 알고 그에 따라 충전을 제안합니다. 나아가, 최적화된 운용 전략들이 활용돼, 파워트레인 자체에 최적화된 전략, 예측가능한 주행 전략, 스마트 크루즈 컨트롤 및 에코 라우팅 기능 등을 활용합니다”라고 설명했다.

이런 모든 옵션들을 운용 전략에 결합하면, EtelligentEco는 웰투휠 기준 최대 38%의 온실가스 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한 기존의 다른 PHEV가 50 km 정도의 완전 전기 주행이 가능했다면, 마그나 EtelligentEco 차량은 100 km의 완전 전기 주행이 가능하다. 게다가, 운전자들은 전기 주행 시 납득할만한 주행 성능을 기대하는데, EtelligentEco는 120 kW 파워의 e모터를 결합했다.  



탄소 배출량을 최대 38%까지 줄여주는 EtelligentEco 시스템


마그나의 전용 하이브리드 트랜스미션인 DHTeco, e머신, 인버터 및 하이브리드 매니저 등을 포함하는 EtelligentEco 기술은 가솔린 엔진과 프론트 액슬 전용 하이브리드 트랜스미션을 통해 완벽하게 확장 가능하다. 

프론트 액슬 드라이브는 ▶e런치, e리버스에 두 개의 기어를 더한 4기어의 e드라이브 기능 ▶공칭 230 Nm 및 e부스트 시 최대 300 Nm의 토크 ▶100 kW/ 1.5 L 가솔린 엔진 ▶350 V에서 120 kW, 200 Nm 피크 프로토타입 HV 배터리의 e머신 ▶방전출력 최대 135 kW ▶21 kWh를 주요 특징으로 하면서, 지능형 운용 전략으로 실질적인 드라이브의 최적화, 업계 최고 수준의 효율성으로 거리 확대 및 운용 비용 절감, 컴팩트한 디자인으로 패키징 길이 증대 없이 동급 최고의 토크 대 중량비를 실현한다. 소프트웨어 및 클러치 조정에 따른 가변 주행 및 맞춤 주행모드를 실현한다. 이 밖에도 정지 및 크리프 시의 충전, 맞춤형 애플리케이션을 위한 확장성을 가능하게 한다.  


전용 트랜스미션 
동급 최고의 효율성과 소형화

“DHTeco 하이브리드 트랜스미션은 EtelligentEco에 장착된 또 다른 핵심 혁신기술입니다. 마그나의 목표는 고전압 아키텍처를 갖춘 가장 저렴하고 효율적인 PHEV 트랜스미션을 시장에 선보이는 것이었습니다. DHTeco는 지배적인 전기구동을 위해 설계됐기 때문에 전기구동이 기능적인 핵심입니다. 120 kW의 e모터는 하이브리드 모드에서 가장 다이내믹한 주행 상황들을 처리합니다. 또, 내연기관을 보다 일관성 있게 작동시켜 사용되는 연료는 물론 온실가스 배출을 줄일 수 있게 해줍니다” 사클 이사가 말했다.

e모터는 출발 및 후진 주행도 다룬다. 이는 e모터들이 기존의 일반적인 클러치 혹은 토크 컨버터보다 더 정확하고 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 매우 유용하다. 결과적으로 DHTeco는 더 나은 트랙션과 출발 시 가속을 제공한다. 또, 클러치 및 시프트 작동이 없기 때문에, ‘스톱 앤 고’ 작동이 보다 편리하다.

일반적으로 하이브리드 아키텍처에서 부스팅 및 회수를 위해 트랜스미션 또는 엔진에 e머신을 추가해야 하는데, 이는 중대한 비용 편익에 대한 질문으로 이어지기도 한다. 마그나는 여기서 하이브리드 듀얼 클러치 트랜스미션의 장기 개발 경험을 활용하면서 DHT를 통해 기존의 하이브리드 개념을 단순화했다. 엔진 동작을 표준화하면서 동적 운용을 전환하는 강력한 e머신을 추가하고 기어 수를 줄였다. 그 결과 DHT 설계는 애드온 솔루션보다 덜 복잡하고 비용이 적게 든다. 여기서 기계적 기능은 전기모터 사용으로 대체돼 기본 기술을 변경하지 않고도 물리적 기어와 부품 수를 크게 줄인다. 
DHTeco 하이브리드 트랜스미션은 EtelligentEco에 장착된 핵심 혁신기술이다.


“기계적인 복잡성이 크게 줄어든 DHTeco는 시장에서 가장 비용 효율적인 PHEV 트랜스미션입니다. 동급 최고의 효율성과 소형화된 패키지는 추가적인 이점입니다. 불과 83 kg에 불과한 DHTeco는 모든 경쟁사의 PHEV 솔루션을 능가합니다. 이 컴팩트한 제품은 B세그먼트 차량에도 장착이 가능합니다. 차세대 PHEV 주행을 지원하며, 전기 및 하이브리드 주행 모드 모두에 새로운 차원의 효율성과 성능을 제공합니다.”

DHTeco는 230 제품군에 속한다. 350V(200 Nm 피크) 120 kW의 e모터, 230 Nm의 토크, 부스트 토크 최대 300 Nm, 장착 길이 350 mm, 오일 포함 83 kg, 중심길이 183 mm로 로우 토크 하이브리드 애플리케이션에 스마트 모듈식 확장성 접근 방식을 사용한다. 트랜스미션 하우징에 통합된 PSM e머신은 습식 듀얼 클러치 및 기어 세트를 위한 오일 서킷 냉각 방식, 미션에 머운트된 인버터는 수냉식이다. 엔진 재시작은 모든 차량 속도에서 트랜스미션으로 작동될 수 있다. 

사클 이사는 “전기구동 부품들로 이뤄진 DHTeco는 모듈식 확장형 빌딩 블록의 마그나 키트의 일부분입니다. 이런 핵심 컴포넌트에는 e모터, 인버터, 변속 요소 및 클러치 뿐 아니라 소프트웨어 자체도 포함됩니다. 이를 통해 성능 및 범위와 같은 매개 변수를 실제 다양한 차량 세그먼트 및 시장의 요구사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 마그나는 모든 빌딩 블록을 지속적으로 보완하며, 하이브리드 및 전기 플랫폼 모두에 대한 통합형 시스템 접근 방식을 검토하고 있습니다”라고 말했다. 




최첨단 EtelligentReach e드라이브 시스템이 장착된 재규어 모델 데모카


EtelligentReach:              
최고의 토크와 거리 확장

프론트와 리어액슬, 소프트웨어 및 제어기능과 함께 고도로 통합된 EtelligentReach는 마그나의 차세대 e드라이브 솔루션으로 주행거리 및 스포츠 다이내믹스에서 새로운 벤치마크를 설정하는 첨단 BEV 솔루션이다. 

업데이트된 차량 제어 전략은 두 개의 e드라이브 시스템을 이용해 그에 상응하는 기동성, 드라이빙 익스피리언스를 정밀하게 조종한다. 디커플링+ 옵션과 SiC가 적용된 새로운 인버터 옵션, 그리고 향상된 운용 전략들이 효율성과 편안함을 더욱 향상시킨다.?

마그나는 지속적인 기술 빌딩 블록 확장을 활용했다. 예를 들어, 더 높은 효율성을 위해 e모터 권선기술을 개선해 모든 마그나의 e드라이브 제품에 혜택을 주고 있다. 또 다른 혁신은 SiC를 인버터용으로 사용한 것이다. 대개 인버터들은 실리콘을 사용한다. 하지만 SiC는 Si 대비 더 높은 스위칭 주파수를 가능케 해 변환 손실이 적으며, 이는 다시 전기 주행거리를 확장하는 데 기여한다. 

프론트 및 리어 액슬은 각각 180 kW의 영구자석 동기 모터(PMSM)에 의해 구동된다. PMSM e모터는 차세대 니들 권선기술, 고도로 최적화된 베어링 컨셉, 스마트 윤활 컨셉으로 혁신됐다. 직접 스테이터 쿨링 컨셉은 파워 퍼포먼스의 지속성을 증대시킨다. 선택적인 파크 록, 디스커넥트가 가능하고 소형 트윈-클러치 토크 벡터링이 패키징됐다. 

두 모터의 피크 토크는 WLTC에서 92% 이상이며, 종방향 토크 제어장치는 다이내믹스와 효율성 간의 공통적인 대립 요소들을 제거한다. 리어 액슬 구동 모듈에는 측방향 토크 벡터링 기능이 포함돼 있으며, 이 기능은 각 휠에 하나씩 전기기계적으로 작동되는 2개의 클러치를 통해 구현된다. 


EtelligentReach에서 업데이트된 차량 제어 전략은 두 개의 e드라이브 시스템과 함께 그에 상응하는 기동성, 드라이빙 익스피리언스를 정밀하게 조종한다.
우측은 월터 사클 이사. 


“마그나의 이번 제품은 현재 시장에 출시된 제품 중 휠 당 토크량이 가장 높은 것이 특징입니다. 개발 팀은 능동형 주행 안전성은 물론 주행 다이내믹스를 위한 업계 최고 수준의 솔루션 설계에 성공했습니다. 이는 두 가지 이점을 제공하는데, 양쪽 클러치가 모두 열리면 별도의 작동 전력 없이 e드라이브를 분리할 수 있고, 양쪽 클러치를 모두 닫으면 완벽한 트랙션을 위한 횡방향 차동 잠금장치가 가동됩니다.”

전기 주행거리를 늘리는 데 도움이 되는 또 다른 기능은 보조 액슬을 분리하는 디커플링+ 기능이다. 이 기능은 글로벌 전기차 분야에서 세계 최초다. 필요에 따라 결합 및 분리함으로써 주행거리를 더욱 확장할 수 있게 한다.

사클 이사는 “하나의 e모터를 분리하면 다른 액슬의 모터만 차량을 구동합니다. 결과적으로, 이 남은 모터는 더 높은 부하에서 작동하기 때문에 최적의 효율로 작동합니다. 사륜구동을 위해 다른 모터를 다시 결합할 때, 지능형 모터 속도제어는 결합 시간을 최적화하게 돼 주행 다이내믹스 및 안전성을 향상시키는 사륜구동 기능을 완전하게 사용할 수 있습니다”라고 설명했다. 마그나는 이르면 2022년 중반 이 기술을 시장에 선보일 예정이다.


EtelligentReach는 소프트웨어와 SiC, 모터 등 하드웨어에 대한 혁신적인 업그레이드를 통해 양산 전기차 대비 주행거리를 무려 20%(145 km 이상) 증가시킨다.



지속적인 혁신   

마그나는 10년 이상 포괄적인 전기화 전략을 업계에 제공해 왔다. 

마그나가 개발한 최초의 전기구동 기술은 2011년 포드의 포커스 모델에 적용됐다. 2012년엔 볼보의 V60, S60 PHEV 모델에 전기 리어 액슬을 제공했다. 2017년엔 중국 SAIC의 자회사인 화위 오토모티브와 합작법인인 HME를 설립해 현재까지 다양한 글로벌 OEM의 양산 차량에 e드라이브 시스템을 공급하고 있다. 지난해엔 LG전자와 마그나의 강점과 e모터 및 인버터용 부품개발에 대한 LG의 전문지식을 결합하는 조인트벤처를 설립했다.

“마그나는 지속적으로 효율성, 안전성, 다이내믹스, 편의성을 위한 동급 최고의 솔루션을 개발하고 있습니다. 그 결과는 마그나의 데모카들이 분명하게 증명했습니다. 2017년, 마그나는 사륜구동과 첨단 토크 벡터링 기능을 갖춘 완전 전기차 e1을 선보였고, 2019년엔 플러그인 하이브리드 데모카인 e2를 공개했으며, 지난해엔 효율성과 주행 다이내믹스를 개선한 e4 전기 스포츠카를 공개키도 했습니다.” 사클 이사가 말했다. [AEM]

AEM_Automotive Electronics Magazine