▶ 전동화의 경계를 밀어올리다 – 아우디 e-트론 FE07
이제는 본격적인 자동차의 전동화 시대다. 대부분의 주요 자동차 브랜드들이 순수 전기차 모델을 선보였고 앞으로 몇 년 안으로 전동화 모델의 라인업을 급격하게 확장하겠다고 발표했다. 그리고 더 이상 새로운 내연기관은 개발하지 않는다고 선언한 브랜드들도 적지 않다.
이것을 한 마디로 정리하면 ‘전기차의 보편화’다. 보편화는 시장을 넓게 확대하는 것이다 넓게 확대한다는 것은 일반 대중들이 이해하기 쉬운 방향으로, 그리고 납득할만한 가격과 가치로 안정감을 찾아간다는 뜻이다. 편안하게 받아들일 수 있는 방향으로 숙성되어가는 것이다.
그러나 쉽고 편안하다는 뜻은 역동성을 잃어간다는 뜻이기도 하다. 역동성은 에너지다. 에너지는 변화와 성장의 원동력이다. 특히 전기차처럼 새롭게 세상의 주인공으로 발돋움하는 존재에게는 새로운 기술로 빠르게 성장하는 것이 대단히 중요하다.
자동차 산업의 기술적 성장을 이끄는 방법은 여러 가지가 있겠지만 그 중에서 가장 뜨거운 것은 단연 자동차 경주다. 이것은 전기차에서도 다르지 않다. 내연기관차 레이스의 정점에 포뮬러 1이 있듯이 전기차 레이스의 정점에는 포뮬러 E가 있다. 그리고 8번째 시즌에 돌입하는 포뮬러 E에 독일 자동차 브랜드 최초로 참가한 아우디는 새로운 포뮬러 E 머신인 e-트론 FE07을 공개했다.
새로운 아우디 머신의 기술적 특징을 이해하려면 포뮬러 E의 독특한 경기 규칙을 이해할 필요가 있다.
포뮬러 E는 새로운 시대에 걸맞는 독특한 게임 룰을 갖고 있다. 가장 독특한 룰은 아마도 부스트 모드일 것이다. 포뮬러 E 머신의 최고 출력은 250kW로 제한돼 있다. 연습이나 예선에서는 최고 출력을 모두 사용할 수 있다. 하지만 서킷을 정해진 바퀴수, 즉 거리를 주행하는 포뮬러 1과는 달리 독특하게 45분이라는 시간을 목표로 진행되는 본 경기인 E-프리(E-prix) 중에는 최고 출력이 200kW로 제한된다. 시간과 출력 제한은 전기 구동계의 내구성을 발전시키는 포뮬러 E의 기본 취지에 입각한 것이다.
그런데 특별한 조건을 만족시키면 마치 컴퓨터 게임에서 보너스를 얻는 것처럼 출력을 더 사용할 수 있다. 그 첫 번째는 2018/19 시즌에 도입된 ‘어택 모드’다. 가장 효율적인 레코드 라인을 벗어나 속도가 떨어지는 것을 감수하고 코너 바깥쪽 라인의 ‘액티베이션 존’을 통과하면 제한된 시간동안 35kW의 출력을 더 사용할 수 있다. 그리고 재미있는 부스트 모드가 하나 더 있는데 그것은 ‘팬 부스트’다. 팬들의 온라인 투표에서 최고 득표를 얻은 다섯 명의 드라이버는 레이스 후반에 5초동안 풀 파워를 사용할 수 있는 특별한 기회를 사용할 수 있다.
부스트 모드를 이용하면 더 빠른 속도를 낼 수 있게 되지만 어택 모드는 레이서는 물론 머신, 특히 전동 파워트레인에 매우 큰 부담을 주게 된다. 특히 레이싱 머신이 이미 지쳐가는 경기 후반에 풀 파워를 사용하는 팬 부스트 모드는 극한의 부담을 전동 파워트레인에게 요구한다. 관중에게는 재미 요소인 부스트 모드가 포뮬러 E 머신을 개발하는 엔지니어들에게는 기술의 한계를 밀어올리게 만드는 도전을 강요하는 것이다.
올 시즌을 앞두고 포뮬러 E는 새로운 기술 규칙을 발표했다. 효율과 안전도를 한 차원 끌어올리는 것이 그 주요 목적이었다. 새로운 도전이 시작되는 것이다.
새로 도입된 첫 번째 기술 규칙은 100,000 RPM으로 MGU, 즉 모터-제너레이터 유닛의 최고 회전수를 제한한 것이다. 이미 적용된 최고 출력 제한과 더불어 MGU의 발전 방향을 효율성과 응답성에 집중하도록 유도하는 규칙이다. 두 번째는 앞바퀴 하중을 증가시키는 무게 배분의 변화다. 전륜 하중을 40.5%~42.5% 범위로 이전보다 3% 증가시켜 조종성을 향상시켰다. 기술적으로는 뒷바퀴에 탑재되는 전동 파워트레인의 소형 – 경량화를 유도하게 된다.
그리고 마지막으로 화재 방지를 위한 냉각장치의 확대 적용이다. 메인 배터리와 모터, 컨버터, 인터버, ECU 등 핵심 장치에만 적용되었던 냉각장치를 변속기와 보조 배터리에도 확대 적용했다. 이것은 안전을 위한 규칙이기도 하지만 냉각 장치의 성능과 전체적인 시스템 효율을 향상시키라는 기술적 도전이기도 하다. 냉각 장치가 더 많은 출력 혹은 전력을 소모한다면 그 모퓰러 E 머신은 경주를 위하여 사용할 출력을 그만큼 잃어버리는 것이기 때문이다.
이처럼 더욱 강력한 도전을 요구하는 추세에 앞장서 아우디는 e-트론 FE07에 완전히 새로운 전기 파워트레인을 적용했다. 그 핵심은 ‘Audi MGU 05’라고 명명된 신형 MGU 인터버 유닛이다. 외부 영구 자석 – 내부 로터 6상 모터와 싱글 스피드 변속기를 중심으로 완성된 신형 유닛은 전체 중량이 35kg에도 미치지 않는 초경량 유닛이며 97%의 뛰어난 효율성을 발휘한다.
초경량 – 고효율의 MGU 05는 정확하게 새로운 규정이 추구하는 방향과 일치한다. 그 결과 e-트론 FE07의 전기 파워트레인 전체의 효율도 95% 이상으로 향상됐다. 동일한 배터리 용량과 모터 출력을 갖고 경쟁하는 포뮬러 E 세계에서 높은 효율성은 필요할 때 더 마음껏 가속 페달을 밟을 수 있다는 여유를 뜻하며 경량 – 컴팩트한 MGU 인버터는 앞바퀴 하중 증가와 이에 따른 조종 성능 향상을 뜻한다. 903kg의 최소 중량 규정을 여유 있게 만족시키면서 차량의 하중 분배를 보다 여유롭게 설계할 수 있다는 뜻이기도 하다.
‘기술을 통한 진보’의 아우디는 새로운 기술과 도전이 절실하게 필요한 전기차 여명기에 더욱 필요한 존재이다. 그리고 e-트론 FE07 포뮬러 E 머신은 그 정점에 있다.
자동차 칼럼니스트 나윤석
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