일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.4.7

폴리카보네이트 재질의 솔라루프, 초소형 EV의 항속거리 연장
테이진

테이진(帝人)은 초소형 전기자동차(EV) 스타트업 기업인 호주의 AEV(Applied EV)와 공동으로 폴리카보네이트(PC) 재질의 솔라루프를 개발했다. 태양전지 모듈을 내장한 PC 수지 솔라루프로 만든 전력을 리튬이온전지 팩에 저장할 경우, 초소형 EV의 항속거리를 최대 약 30% 연장할 수 있다고 한다. 양사는 2022년 후반에 이 솔라루프를 탑재한 초소형 EV의 실용화를 목표로 한다.

EV의 항속거리를 연장하기 위해서는 (1) 탑재하는 배터리 팩의 총 전력량(용량)을 늘려야 하고 (2) 배터리 용량이 줄어들 때에 엔진으로 발전기를 움직여 충전해야 한다 등의 방법이 있다. 하지만 이러한 방법들은 차량의 크기가 크고 어느 정도의 코스트가 투입된 EV에서는 유효하지만, 경자동차보다 작고 낮은 가격이 요구되는 초소형 EV에 적용하는 것은 어렵다.

테이진의 수지사업본부 개발·기술생산부문의 호타카(帆高) 수지글레이징 개발부장은  “큰 배터리 팩을 탑재하지 않고(탑재하는 배터리 팩의 용량 증가도 억제) 항속거리를 늘리기 위해 경량화가 가능한 PC 수지로 만든 솔라루프를 공동 개발했다”라고 말한다. 루프 자체의 경량화도 항속거리의 연장에 기여한다고 한다.

테이진과 AEV가 공동 개발한 PC 수지 솔라루프는 표층(외측)과 내층(내측)에 PC 수지를, 중간층에 태양전지 셀을 각각 배치하고 각 층을 접착제로 붙인 구조로 되어 있다.

시작(試作)한 루프의 질량은 약 12kg. 태양전지 셀의 구조가 같은 유리 재질의 솔라루프에 비해 약 30% 가볍다. 또한 이 루프에 탑재된 태양전지 셀의 출력은 호주의 맑은 날씨 속 실험에서 일반 솔라 패널과 같은 수준인 약 330W를 기록했다고 한다.

열가소성의 PC 수지는 사출 압축 성형기로 일체를 성형 할 수 있기 때문에 유리 재질보다 복잡한 형상의 루프를 만들기 쉽고 제조 비용도 낮출 수 있다. 사출 압축 성형이란 미리 금형을 조금 벌린 상태에서 녹은 PC 수지를 주입하고 금형을 닫으면서 압력을 가해 성형하는 방법이다. “성형 후 루프의 강도는 유리 재질 루프와 같은 수준이다”(호타카 부장)라고 한다.

-- 항속거리 약 30% 연장 --
PC 수지 솔라루프 성능을 확인하기 위해 양사는 초소형 EV의 프로토타입 차량을 시작(試作)해 호주에서 실증 실험을 실시했다. 이 차량에 탑재된 리튬이온배터리 팩의 용량은 10kWh로, PC 수지 루프를 탑재하지 않을 경우의 항속거리는 150km~200km. 배터리 팩은 일본제라고 한다.

실증 시험에서는 JC08 모드의 테스트 사이클을 이용해 호주의 맑은 날씨 속에 시작 차량을 40km/h 이하의 속도로 일정 거리를 달리게 했다. 소비한 배터리 팩의 전력량을 기반으로 솔라루프를 탑재했을 때와 탑재하지 않는 때의 연장 가능한 항속거리를 각각 산출했다.

그 결과, PC 수지 솔라루프를 사용했을 때 항속 거리를 약 30%(30km~55km) 연장할 수 있다는 것을 확인했다. 항속거리를 연장하지 않을 경우에는 그 만큼 배터리 팩의 용량을 줄이면서 동일한 항속거리를 확보할 수 있다.

솔라루프의 소재인 PC 수지는 투명성이나 내충격성은 뛰어나지만, 내후성에 해결해야 할 과제가 있다. 야외에서 장기간 사용하면 노란색으로 변색될 수 있고, 유리 재질의 루프에 비해 흠집이 생기기 쉽다.

-- 유리 재질의 루프와 같은 수준의 내구성 확보 --
양사는 유리 재질 루프와 같은 수준의 내후성과 흠집 잘 생기지 않도록 하기 위해 PC 수지 표면에 실리콘 수지 코팅을 실시했다. 이를 통해 “자동차 루프에 요구되는 10년 정도의 내구성을 확보할 수 있었다”(호타카 부장).

-- GFRP제 PF도 항속거리 연장에 기여 --
시작 차량에 적용한 GFRP(유리섬유강화수지) 플랫폼도 항속거리 연장에 기여했다. 시트 몰딩 컴파운드(SMC) 공법으로 만든 이 플랫폼의 크기는 길이 3.2m×폭 1.2m. 같은 크기의 알루미늄 합금 재질 플랫폼보다 약 20% 가볍다. 플랫폼 제조는 테이진 그룹 계열사로 복합재료 제품의 생산·판매·기술개발을 추진하는 미국의 Continental Structural Plastics(CSP)가 담당했다.

시작한 프로토타입 차량은 PF 중앙에 배터리 팩을 배치해, 4륜에 1개씩 구동용 모터가 탑재되어있다. 또한, PF 내부 전후에는 브레이크 시스템과 차량 제어용 ECU(전자 제어 유닛) 등이 탑재되어있어, 자율주행에도 대응이 가능하다.

AEV의 브로드벤트 CEO는 “어퍼바디에 센서를 장착해 미국 자동차기술학회(SAE)가 정한 레벨 4이상의 자율주행을 실현할 수 있도록 했다”라고 한다.

또한 브로드벤트 CEO는 “2022년 후반에 전세계 주요 도시에서 초소형 EV의 실용화를 목표로 하고 있다. 시가지 주행 중심의 자동차로서 사람들의 이동을 지원한다. 자율주행 기술을 통해 안전성도 강화해나가겠다”라고 강조했다. 구체적인 대상국 및 지역은 밝히지 않지만, 전동화와 자율주행 기술개발이 추진되고 있는 유럽과 중국, 일본 등에서의 실용화를 상정하고 있는 것으로 보인다.

사업화 형태에 대해서는 “검토 중이다”(帝人)라고 밝히고 있지만, (1) 초소형 EV 생산을 계획하는 자동차 제조사에 테이진(帝人)과 AEV가 PF 및 솔라루프를 제공하거나 (2) 어퍼바디도 포함해 테이진과 AEV가 직접 초소형 EV를 생산하는 등의 형태를 생각할 수 있다.

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