■독일 포르쉐 타이칸의 세계 최초 2단 변속기 적용
당시에 비하여 지금은 완전히 달라진 분위기가 된 것을 피부로 느끼고 있다. 지난 2019년 포르쉐(Porsche) 최초의 전기차인 '타이칸'모델에 자동변속기 2단을 세계에서 처음으로 양산형에 탑재하면서 부각되기 시작했다.
포르쉐는 프리미엄 스포츠카의 대명사로 내연기관차를 통하여 얻은 명성을 전기차에 이르기까지 이어가기 위하여 심혈을 기울여 개발한 차종이 바로 포르쉐 타이칸이라 할 수 있는 것이다. 지금도 이 모델은 고성능 전기차의 표준이라 할 수 있을 정도로 다른 제작사의 샘플이 되고 있다고 할 수 있다. 포르쉐 타이칸은 고성능 전기차의 기본인 '투 모터(Two Motor)' 방식으로 전륜 모터는 감속기를 이용하고 후륜 모터에는 2단 변속기를 탑재하여 고속에서 효율을 극대화하고 유연성 높은 속도를 위하여 2단 변속기를 활용하는 방법이다. 물론 적용된 2단 시스템이 새로운 신개념 시스템이기 보다는 선기어와 위성기어를 활용한 응용 시스템이라 할 수 있다. 이러한 기술적 진보와 더불어 초고압 충전 등 각종 신기술을 10여 가지 부가하면서 출고 당시 그해 글로벌 혁신상을 받을 정도로 수준높은 표준이 되었다고 할 수 있는 모델이다.
전기차는 고속에서 단순히 모터의 회전력만을 의지하여 유지하는 경우 모터나 배터리에서의 열적 특성이 심각하게 올라가는 것은 물론 수명이나 에너지 소모 등 여러 면에서 매우 불리한 단점으로 작용한다. 특히 고속에서는 배터리 효율성이 과반으로 떨어지면서 주행거리가 과도하게 줄어드는 단점을 내포하고 있다. 즉 필요 없이 전기에너지가 낭비되고 내구성 측면에서 상당한 애로사항이 된다는 뜻이다. 고속에서 현실에 맞는 기어비를 가진 단순한 변속기만 있어도 상당한 에너지 절감과 무리한 운전을 줄일 수 있다는 뜻이다. 그래서 채택된 포르쉐 타이칸의 2단 변속기가 없는 경우와 달리 탁월한 성능을 발휘하고 있다. 당연히 전비 향상은 물론 달리기 성능을높이는데 크게 기여한 모델이다.
■독일 아우디 e트론의 2단 변속기 적용
포르쉐 타이칸의 후륜 2단 변속기 채택으로 상당한 효과를 나타내고 실절적인 효율을 증명하면서 같은 폭스바겐 그룹에서는 또 다른 프리미엄 자동차인 아우디(Audi) 전기차에 같은 2단 변속기를 탑재하여 판매하고 있다.
(14) 최근 판매가 증가하고 있고 평가가 좋은 아우디 ‘e트론’의 고성능 특성은 바로 2단 변속기에서 나타난다고 해도 과언이 아니라는 것이다. 현재 2단 변속기는 폭스바겐 그룹에서 최고의 긍정적인 평가가 이어지면서 전기차에 새롭게 적용할 수 있는새로운 다단 변속기 개발에 전념하고 있다고 할 수 있다.
■대만 이륜차업체 킴코의 전기이륜차 2단 변속기 양산형 적용
대만 킴코(Kymco)는 이륜차제작사 중 규모가 적지 않은 대표적인 기업이다. 중국, 한국, 동남아시장 등 해외 수출도 많으며, 기술수준도 높은 기업이다. 역시 이륜차도 전기이륜차로의 변화가 가장 큰 분야인 만큼 약 7년 전부터 전기이륜차용 변속기의 필요성을 느끼고 개발에 전념을 기울여 왔다.
지난 2021년 초 드디어 양산형 2단 전기이륜차용 변속기를 탑재하여 시중에 판매하기 시작했다.
(16) 역시 효과는 좋은 만큼 양산형으로 시장에 내놓았으나 2단 임에도 불구하고 무게와 부피가 커서 전기이륜차 적용에 고민이 많았던 모델이다. 특히 전기이륜차는 이륜차 구조상 일반 전기차와 달리 구조적으로 노출되고 몸체가 작아서 상대적으로 큰 변속기는 상당한 부담이 되었다
고 할 수 있다. 현재 판매되고 있는 모델도 전체적인 균형에서 차체 대비 변속기 크기는 커서 보기 좋다고는 할 수 없다. 역시 변속기 업그레이드 개발에 여념이 없는 상황이다.
■미국 변속기업체 '이튼'의 4단 대형 자동변속기 개발 및 적용 예정
미국 '이튼'은 글로벌 대형 변속기 회사이다. 상용 내연기관 모델인 버스나 트럭, 트레일러는 물론이고 각종 건설기계 등에 적용할 수 있는 고성능의 변속기에 적용이 가능한 경우이다. 일반 자동차용과는 달리 대형의 경우 내구성은 물론 저속 고토크로 바퀴에 회전력을 전달하는 만큼 고도의 기술적 노력도 요구된다는 것이다. 물론 적은 부피의 승용차와 달리 큰 몸체와 공간이 있는 만큼 여유가 있으며, 승용차 대비 낮은 대형 모터의 속도 등을 고려하여 전기차용 변속기 개발에는 다른 특성이 많은 경우이다.
'이튼'은 지난 7년 전부터 전기상용차용 자동변속기 개발에 전념하여 지난 2021년 후반에 개발한 대형 4단 자동변속기를 전기버스에 적용할 경우의 테스트 결과를 발표하여 많은 반향을 일으켰다. 당시 발표에서 개발한 4단 자동변속기를 전기버스에 적용하여 20~30%의 효율향상을 나타내었다고 발표하면서 글로벌 시장의 관심이 크게 증폭된 사례이다.
(17) 특히 지난 2023년에 실제 양산형 전기버스에 탑재하여 판매용으로 하겠다고 선언하여 많은 기대를 하였으나 해당기업이 파산보호신청을 하면서 주춤한 상황이다. 아마도 탑재가 된다면 글로벌 시장에서 대형 변속기로 적용되는 최초의 양산형 전기버스일 것으로 판단된다. 적용되는 전기버스는 ‘전기버스계의 테슬라’라고 하는 미국 프로테라의 전기버스로 기대가 되었지만 최근 파산보호신청으로 정상적인 적용 기회에 문제가 발생할 가능성이 커진 경우이다. 현재 '이튼'이 개발한 전기차용 변속기는 중형 트럭이나 버스 등에 적용되는 4단과 6단이 있고, 대형 트럭 등에 적용되는 4단 자동변속기 등 3종이 준비되어 있다.
■기타
현재 글로벌 자동차 제작사는 물론 전문 변속기 전문기업들도 전기차용 변속기 개발을 서두르고 있다. 각자 독특한 방식으로 시작되고 있는 만큼 누가 미래 전기차의 주도권을 쥘 수 있는지는 두고 봐야 하는 상황이다. 토요타 등 일본의 제작사들은 아직 전기차의 중요성이나 필요성이약하여 글로벌 수준의 전기차 출시가 적은 만큼 전기차용 변속기의 필요성을 인지하지 못하고 있다. 일본 내외에서 미래 자동차 산업에서 일본의 갈라파고스를 우려하는 목소리가 높아지는 형국이어서 앞으로 두고 봐야 한다는 것이다.
미국 GM 등도 필요성을 인지하여 내부적으로 개발 중일 것으로 판단되고 있으며, 한국의 현대차 그룹의 경우도 같은 상황이어서 앞으로 수면 위로 올라올 모델에 대한 관심이 증폭되고 있다.
모두가 앞으로 전기차 시대에 대비하여 배터리, 모터도 중요하지만 자동변속기가 중요한 게임체인저 역할을 할 것이라는 인식은 같다는 것이다. 특히 현재 화두가 되고 있는 ‘반값 전기차’ 구현의 화두가 되는 기술인 만큼 저렴한 전기차 위한 전기차용 자동변속기 개발과 적용은 핵심적인기술로 자리매김할 것으로 예상된다.
■향후 전기차용 변속기 시장 동향
가장 큰 문제는 변속기가 갑자기 6~7단 자동변속기가 개발되는 것이 아니라 2단부터 시작된다
는 것이다. 검증과 적용을 통하여 시장에서 입증되고 하나하나 올라가는 만큼 우리가 예상하는 현재의 내연기관차용 10단 변속기와 마찬가지로 본격적으로 전기차에 적용되는 시점은 시간이 많이 요구된다는 뜻이다. 아마도 조만간 우후죽순 격으로 여러 종류의 다단 변속기가 전기차에 적용되는 기회가 매우 많아질 것이다.
앞서 언급한 바와 같이 전기차는 아직은 미완의 대기인 만큼 새로운 신기술로 무장한 최고 효율과 가격까지 갖춘 경제성과 내구성으로 무장한 전기차가 등장하는 사회가 될 것으로 확신한다.
따라서 앞으로 10년 정도가 가장 중요한 시기라는 것이다.