전기 자동차가 직면하는 주요 비판 중 하나는 제한된 주행 거리와 ICE 차량에 비해 재충전 속도가 훨씬 느리다는 것입니다. 그 주된 이유는 연료 탱크에 비해 배터리가 운반하는 에너지 함량이 훨씬 낮기 때문입니다.
일반적으로 자동차의 주행 거리를 늘리는 방법에는 두 가지가 있습니다. 가장 간단한 방법은 연료 탱크의 용량을 늘리는 것입니다. 이는 일반적으로 연료 구동 자동차의 경우 쉽고 저렴하지만, 전기 자동차에 대해 이야기할 때는 상당히 어렵고 비용이 훨씬 더 많이 듭니다. 다른 방법은 공기 역학, 구름 저항부터 무게 감소까지 해당 자동차의 모든 측면을 최적화하는 것입니다.
Mercedes-Benz EQXX는 단 한 번의 충전으로 1,008km를 주행했으며, 총 에너지 소비량은 8.7kWh/100km, 평균 속도는 87km/h입니다. 그래서 Mercedes는 큰 배터리를 장착하고 차량 전체가 매우 효율적인지 확인했습니다. 정확히 어떻게 성공했는지 살펴보겠습니다.
공기역학
모든 자동차에서 에너지를 가장 많이 소비하는 요소는 공기역학적 항력입니다. 60km/h 미만의 속도에서는 이 항력이 그다지 높지 않지만 일반적인 고속도로 속도에서는 자동차의 가장 에너지 집약적인 측면입니다. Mercedes-Benz EQXX의 Cd 값은 0.17이고 전면 면적은 2.12m2입니다. 이는 총 항력 면적이 0.36m2로 매우 낮다는 것을 의미합니다. 이에 비해 현재 판매되는 가장 공기역학적으로 효율적인 자동차 중 하나인 Mercedes-Benz EQS는 총 드래그 면적이 0.5m2로 EQXX보다 39% 더 높습니다.
메르세데스-벤츠는 목표한 조치를 통해 이를 달성했습니다. 일반적인 물방울 모양, 50mm 더 좁아진 차량 후면, 주문형 공기 냉각, 차량 테일의 길어짐, 능동 및 수동 공기 역학의 조합. 20인치 휠은 자동차 전체 공기역학적 항력의 최대 4분의 1을 차지하므로 공기역학적 효율성을 높이기 위해 완전히 덮여 있습니다. 일반적인 고속도로 속도인 130km/h에서 이러한 조치로 인해 EQXX의 전력 요구 사항은 놀라울 정도로 낮은 14PS에 불과합니다.
파워트레인
메르세데스-벤츠는 배터리부터 휠까지 파워트레인 효율이 95%라고 주장하는데, 이는 또 다른 매우 인상적인 수치입니다. 배터리와 바퀴 사이의 동력 흐름에는 세 가지 에너지 손실 원인이 있습니다. 전력 전자 장치, 모터 및 기어박스. 이러한 종류의 효율성을 달성하려면 이들 세 가지 소스 각각이 98% 이상의 효율성을 가져야 하며 이는 현재 주류 자동차 산업에서는 불가능한 수준입니다.
하지만 우리는 동기식이어야 하고 아마도 영구 자석 유형이어야 하는 모터에 관해 교육적인 추측을 할 수 있습니다. 모터 및 전력 전자 장치는 효율성이 매우 높기 때문에 냉각 요구량이 매우 낮습니다. 여기에서는 공기 저항과 전력 요구 사항을 줄이기 위해 주문형(항공기 및 액체) 냉각 개념이 사용됩니다. 모터의 최대 출력은 180kW(245PS)이며 토크는 현재 알 수 없지만 약 400Nm이어야 합니다.
차체
효율성을 추구하려면 경량 구조가 필수입니다. 전기 자동차에는 회생 제동 기능이 있고 무거울수록 더 많은 운동 에너지를 활용하지만, 고속도로 주행 중에는 회생 제동이 거의 0에 가깝습니다. EQXX의 공차 중량은 1,755kg으로, 고전압 배터리 자체의 무게가 거의 0.5톤에 달한다는 점을 고려하면 그 자체로 기술적인 하이라이트입니다.
EQXX는 알루미늄, 마르텐사이트 강철, 탄소섬유 강화 플라스틱으로 만들어졌으며, 휠은 단조 마그네슘으로 만들어졌습니다. 최초로 기존 강철 디스크보다 가벼운 알루미늄 브레이크 디스크가 사용되었습니다.
마그네슘 휠과 결합된 알루미늄 브레이크 디스크는 차량의 스프링 하 질량을 크게 줄이고 가속력과 승차감을 향상시킵니다. 이 모든 소재는 높은 강성과 강성을 유지하면서 가벼움이 특징입니다.
일반적으로 건축 과정에는 생체 공학적 원리가 채택되었으며 재료는 필요한 부분에만 사용되어 과도한 사용을 피했습니다. 이 철학은 지속 가능하고 가벼운 소재를 곳곳에 사용함으로써 자동차 인테리어로 확장됩니다. 차량 효율성을 더욱 향상시키기 위해 지붕에는 태양전지가 사용됩니다. 이는 인포테인먼트 시스템, 공기 송풍기 및 LED 헤드라이트와 같은 저전압 소비자에게만 활용됩니다. 밝은 날에는 최대 25km의 주행 거리를 제공합니다. 이는 매우 작은 수치이지만 기록을 쫓을 때는 중요합니다.
고전압 배터리
EQXX가 사용하는 고전압 배터리의 순 에너지 함량은 100kWh이고 무게는 거의 500kg입니다. 셀-투-팩 아키텍처(셀은 모듈에 통합되지 않음)를 사용하며 공냉식이며 탄소 섬유 상단 뚜껑이 있습니다. 이러한 모든 특징 덕분에 무게가 가볍습니다. EQS에 사용된 고전압 배터리에 비해 30% 더 가볍고 부피는 50% 더 적게 차지합니다.
Mercedes-Benz의 또 다른 첫 번째 아키텍처는 >900V 아키텍처입니다. 이 높은 전압 값을 사용하면 지원되는 DC 충전기를 사용하여 배터리를 초고속으로 충전할 수 있습니다. 하지만 이 경우에는 이 배터리가 사용하는 수동 공기 냉각으로 인해 불가능합니다.
일반적으로 전압이나 전류를 통해 전력을 높이는 것이 가능합니다. "현재" 접근 방식을 취하면 케이블이 더 두꺼워지기 때문에 무게와 공간이 줄어들게 됩니다. 그렇기 때문에 전압을 높이는 것이 더 합리적입니다.
메르세데스-벤츠 역시 EQS와는 다른 양극 소재를 사용했는데, EQXX에는 고실리콘 양극이 통합되어 있습니다. 고실리콘 양극을 사용하여 EQXX 배터리의 에너지 밀도를 200Wh/kg으로 크게 높여 세계에서 가장 에너지 밀도가 높은 고전압 배터리가 되었습니다. 메르세데스-벤츠에 따르면 탄소섬유 뚜껑과 공냉식을 사용해 소형차에도 배터리를 장착할 수 있었다.
EQXX는 단지 컨셉일 뿐이지만 여기에 사용된 기술은 향후 몇 년 안에 메르세데스-벤츠의 생산 차량에 적용될 수 있으며 이는 e-모빌리티의 확립과 지배에 매우 중요합니다.
